水冷系統(tǒng)結(jié)垢對RWF399E丙烷壓縮機(jī)組 運(yùn)行的影響及控制措施

楊柳，何婷(長慶油田分公司第三采氣廠，陜西 西安 710018)

0 引言

結(jié)垢問題是影響水控制的主要原因。結(jié)垢現(xiàn)象可能會發(fā)生在水系統(tǒng)中任何部件，水垢形成后會導(dǎo)致?lián)Q熱器傳熱效果大大降低，同時(shí)水垢滯納沉淀后也會對丙烷壓縮機(jī)運(yùn)行造成局部腐蝕堵塞，從而降低水流截面積，加大水流帶來的阻力和傳輸能量，從而使得生產(chǎn)過程中形成一定安全隱患。因此，采取有效控制措施及時(shí)阻止水垢結(jié)成，才能夠保證丙烷壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行從而帶動生產(chǎn)。

1 水冷系統(tǒng)結(jié)垢的主要原因

縱觀天然氣處理廠里丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)，結(jié)垢問題仍然是影響機(jī)組運(yùn)行的主要原因。在歷年檢修中發(fā)現(xiàn)部分冷卻器在管束過程中由于結(jié)垢已經(jīng)發(fā)生堵塞現(xiàn)象(如圖1～圖3所示)。而有的在運(yùn)行幾個月后就無法達(dá)到冷卻效果。因此水冷裝置系統(tǒng)需要在運(yùn)行半年至一年后必須進(jìn)行清洗。通過對水冷系統(tǒng)結(jié)垢分析出相應(yīng)原理:當(dāng)天然水在溶解過程中會出現(xiàn)各種鹽類，例如碳酸鹽、氯化物、硅酸鹽等，而在天然水中主要包含有Ca(HCO3)2居多且不具有穩(wěn)定性，當(dāng)在換熱器中感受到傳熱后表面就會發(fā)生分解現(xiàn)象。水冷系統(tǒng)通過冷卻塔時(shí)，就會將水中存在的CO2溢出，此時(shí)重碳酸鹽就會產(chǎn)生相應(yīng)反應(yīng)。

圖1 冷凝器管束外觀

圖2 冷凝器管束管壁結(jié)垢情況

圖3 管束外護(hù)罩結(jié)垢圖

通常在一般溫度下，碳酸鹽濃度若不能超過飽和極限，則會處于穩(wěn)定狀態(tài)；但隨著冷卻水在空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)下，溫度隨之升高及蒸發(fā)，促使水中鹽類濃度大于飽和極限，就會出現(xiàn)沉淀從而形成水垢。伴隨溫度逐漸增高，鹽度越濃，水垢生成速度就會越快、越硬[1]。而丙烷需要通過蒸氣壓縮進(jìn)行制冷，當(dāng)水冷系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢后就會使丙烷壓縮機(jī)排氣壓力升高，進(jìn)而影響對天然氣的脫烴脫水效果。

2 RWF399E丙烷壓縮機(jī)組運(yùn)行典型故障分析

2.1 經(jīng)濟(jì)器內(nèi)漏

經(jīng)濟(jì)器主要作用是將壓縮機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)行過程中，能夠?qū)⒗淠髦幸后w制冷并引入到蒸發(fā)器中制冷，從而加強(qiáng)水系統(tǒng)制冷效果和制冷量。從整體流程分析來看，從殼程液體丙烷到蒸發(fā)器總過程中都處于流通狀況，當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生高負(fù)荷情況下管程氣體丙烷控制閥門打開后方能傳送到壓縮機(jī)內(nèi)。

RWF399E壓縮機(jī)是螺桿壓縮機(jī)，屬于單級壓縮機(jī)，當(dāng)負(fù)荷不斷增加后，所承載壓力會隨之增大，而承載壓力會隨著壓縮機(jī)泄漏同比增大，從而導(dǎo)致效率降低，損耗功能增大[2]。在高負(fù)荷中，經(jīng)濟(jì)器管程控制閥門打開后就會將丙烷注入壓縮機(jī)內(nèi)，使得單級螺桿壓縮機(jī)依照兩級壓縮運(yùn)行，也就是等同于雙級壓縮工程，進(jìn)一步將壓縮機(jī)內(nèi)漏損失減少，從而提高丙烷壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行工作效率。

2.2 凝聚段濾芯失效

壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)中需要冷凍油進(jìn)行輔助，且冷凍油能夠發(fā)揮十分重要作用。第一，冷凍油能夠給壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)動部件提供潤滑油作用，從而縮短減少壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中部件由于摩擦后而受損，進(jìn)而提高機(jī)械運(yùn)行效率；第二，循環(huán)系統(tǒng)中會將壓縮機(jī)所產(chǎn)生的熱量帶走，同時(shí)對壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)動部件冷卻，從而提高循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行效率和可靠性；第三，將壓縮機(jī)中轉(zhuǎn)動部件所產(chǎn)生的磨屑帶走，保證部件運(yùn)轉(zhuǎn)過程匯總不會由于轉(zhuǎn)子摩擦而受損傷；第四，在壓縮過程中要加強(qiáng)密封性，從而減少泄漏問題；第五，要為機(jī)組及時(shí)提供液壓油，使得滑閥和滑塊能夠正常推動。

而在具體運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)分離系統(tǒng)常常會出現(xiàn)狀況，從而對壓縮機(jī)正常效率產(chǎn)生一定影響。當(dāng)聚結(jié)濾芯發(fā)生堵塞后，所壓縮氣體的流通量會跟隨一同下降，而壓縮機(jī)的排氣壓力會上升一定數(shù)值，使得壓縮機(jī)出口處出現(xiàn)憋壓、溫度更高現(xiàn)象，最終壓縮機(jī)組無法承受高負(fù)荷運(yùn)行，使得壓縮機(jī)運(yùn)行效率降低。

3 RWF399E丙烷壓縮機(jī)組運(yùn)行注意事項(xiàng)

首先在開始運(yùn)行500 h以內(nèi)要對油溫和油壓變化仔細(xì)觀察，若油滴到白紙上后變?yōu)榘咨珓t必須要及時(shí)更換油，直至系統(tǒng)更換清潔，通常更換次數(shù)為2～3次。在每次換油過程中要對油過濾器進(jìn)行更換清洗，同時(shí)換油過程中要注意將真空抽空。

在第一次進(jìn)行啟動過程中也需要將油泵啟動，但是需要注意的是在啟動油泵開始前要先對壓縮機(jī)進(jìn)行預(yù)潤滑，在潤滑過程中會出現(xiàn)少量的泄漏，但這并不表明密封效果差，而是油封與動靜環(huán)之間的磨合過程，但需要對此提高重視。

其次，在對閥門進(jìn)行開啟和關(guān)閉中都不能操之過急，在對容器內(nèi)注入制冷器時(shí)，要將閥門慢慢開啟，從而避免由于容器導(dǎo)致?lián)p壞。在供液和回氣閥門開啟前，也要慢慢開啟，避免由于壓力波動大造成液擊，在安全閥起跳后要再一次進(jìn)行校驗(yàn)，保證嚴(yán)密性和準(zhǔn)確性。同時(shí)安全閥的截止閥必須始終保持在開啟。由于閥門具有低溫脆性，因此禁止敲擊、碰撞低溫閥門。

最后，在壓縮機(jī)組運(yùn)行中，要注意排氣壓力、吸排氣溫度、油溫和油壓，同時(shí)要將數(shù)據(jù)詳細(xì)記錄。對于自我保護(hù)裝置而引發(fā)的自動停止運(yùn)行，需要對壓縮機(jī)故障原因重點(diǎn)排查，禁止擅自更改設(shè)定參數(shù)值或者尚未解決故障而直接運(yùn)行開機(jī)。

4 水冷系統(tǒng)結(jié)垢對RWF399E丙烷壓縮機(jī)組運(yùn)行的影響

當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行中，由于運(yùn)動部件之間互相產(chǎn)生機(jī)械摩擦，使得潤滑油溫度隨之升高從而產(chǎn)生積碳，當(dāng)進(jìn)行壓縮時(shí)候空氣分子間所產(chǎn)生的劇烈運(yùn)動也會產(chǎn)生一定的熱量，這一過程需要通過水冷系統(tǒng)對其冷卻散熱，也就是熱交換[3]。而目前我廠在用自來水系統(tǒng)都是由水源井和供水站地面管線組成。而我廠所處的鄂爾多斯地區(qū)水中堿性較高，很容易造成新鮮水系統(tǒng)結(jié)垢，而結(jié)垢后的水冷系統(tǒng)所產(chǎn)生危害是巨大的，因此只有不斷積極地對水系統(tǒng)結(jié)垢危害進(jìn)行研究并及時(shí)提出相關(guān)控制措施，并尋找相應(yīng)的預(yù)防結(jié)垢技術(shù)和工藝，才能最大限度地避免水系統(tǒng)結(jié)垢所帶來的危害。

水系統(tǒng)結(jié)垢所帶來的影響有以下四點(diǎn)：

第一，會引起地面管線和供水站結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)而對全廠水系統(tǒng)整體流量和效率產(chǎn)生影響。

第二，地下自來水管網(wǎng)結(jié)垢會導(dǎo)致管線局部被腐蝕，而被腐蝕后的管線極易造成管線穿孔，甚至?xí)l(fā)嚴(yán)重破壞性事故。在某些處理廠由于被腐蝕后需要頻繁更換管線，一定程度上增加生產(chǎn)成本，降低經(jīng)濟(jì)效益。

第三，丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)結(jié)垢后會使得壓縮機(jī)組換熱效率下降，排氣壓力升高，丙烷機(jī)組無法對丙烷蒸汽進(jìn)行壓縮，進(jìn)而無法滿足天然氣處理中脫烴脫水工藝所需的溫度，嚴(yán)重時(shí)會使天然氣處理無法滿足國家指標(biāo)。

第四，丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)結(jié)垢維護(hù)成本較大，對水冷系統(tǒng)管束清洗一次動輒需要上萬元，除經(jīng)濟(jì)成本較大以外，因丙烷壓縮機(jī)降溫水箱中的水經(jīng)常因?yàn)楣物L(fēng)下雨等極端天氣導(dǎo)致水會灑落在丙烷機(jī)組及周圍輔助設(shè)備上，導(dǎo)致丙烷機(jī)組本身及其他輔助設(shè)備上也產(chǎn)生水垢，若不及時(shí)人為清理，會對丙烷壓縮機(jī)及其他輔助設(shè)備造成損壞，由于在天然氣處理廠中為滿足生產(chǎn)需要，丙烷壓縮機(jī)近乎全年無休運(yùn)行，所以每天安排員工對水垢進(jìn)行清理無疑也是增加了人力成本。

總之，丙烷壓縮機(jī)組水冷系統(tǒng)結(jié)垢所造成的危害是嚴(yán)重的，因此要根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)做好預(yù)防控制措施，盡最大可能降低因丙烷機(jī)組水冷系統(tǒng)結(jié)垢帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

5 改善水冷系統(tǒng)對RWF399E丙烷壓縮機(jī)組運(yùn)行的控制措施

5.1 采用軟水裝置對水質(zhì)進(jìn)行軟化

在供水站到丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)之間安裝軟水裝置，在將水質(zhì)進(jìn)行軟化后，再將軟化后的新鮮水用于丙烷壓縮機(jī)組水冷降溫，軟化后的新鮮水可從根本上解決結(jié)垢的問題，但安裝軟水裝置需對現(xiàn)有工藝進(jìn)行改造，改造會產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)成本。

5.2 利用緩蝕阻垢劑和防垢劑預(yù)防

緩蝕阻垢劑能夠降低水冷系統(tǒng)中水垢的生成概率和速率，從而達(dá)到預(yù)防的作用。而防垢劑中則含有多種有機(jī)結(jié)合水的鎂離子和鈣離子，能夠形成相對穩(wěn)定的化合物，對水中陽離子含量沉淀達(dá)到削弱的目的[3]。因此，通過酸性液體將管線進(jìn)行浸泡后就可以達(dá)到除垢的目的。

5.3 適當(dāng)使用殺菌劑除垢

相關(guān)工作人員可以通過對油田水溫進(jìn)行實(shí)際結(jié)合，對水冷系統(tǒng)中的水垢進(jìn)行分析，進(jìn)而選擇殺菌處理。目前，大多采氣廠使用的殺菌劑有三種：第一種是JYSJ-01殺菌劑，這款殺菌劑可以對硫酸鹽降低并還原菌群生長，從而對硫化物的沉淀速率降低，并將鋼材腐蝕性降低；第二則是氯化苯甲烷銨，該殺菌劑屬于活性劑，能夠?qū)孱惿L產(chǎn)生抑制作用，并且能夠?qū)崿F(xiàn)去除水垢和去油作用。

6 結(jié)語

丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)結(jié)垢后會對天然氣處理產(chǎn)生一定影響，嚴(yán)重情況下會引發(fā)安全事故。因此工作人員必須對丙烷壓縮機(jī)水冷系統(tǒng)除垢方面采取控制預(yù)防措施，并及時(shí)制定相應(yīng)的解決方案，不斷探索經(jīng)濟(jì)性且實(shí)用性強(qiáng)的新措施，確保油氣田生產(chǎn)質(zhì)量。