濕式螺桿壓縮機(jī)在常減壓瓦斯氣回收中的應(yīng)用

董 飚

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

常減壓蒸餾利用原油中各個(gè)組分的沸點(diǎn)不同，通過(guò)加熱、分餾、冷卻等傳質(zhì)、傳熱過(guò)程，使得氣相多次冷凝，液相多次氣化，將原油分離成不同的餾分油。分離過(guò)程主要在初餾塔、常壓塔、減壓塔中進(jìn)行。塔頂餾分油經(jīng)過(guò)冷卻、冷凝后會(huì)產(chǎn)生不凝的瓦斯氣。在以往的常減壓裝置中，這些瓦斯氣的數(shù)量非常有限，一般直接去加熱爐燃燒或送至火炬氣管網(wǎng)。但是隨著裝置規(guī)模的擴(kuò)大，瓦斯氣的數(shù)量變得比較可觀；特別是加工高含硫原油，瓦斯氣的含硫量比較高，直接燃燒的話，對(duì)燃料氣系統(tǒng)、火炬管網(wǎng)系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)的腐蝕比較嚴(yán)重，對(duì)大氣也會(huì)造成污染。因此回收常減壓裝置的瓦斯氣既有一定的經(jīng)濟(jì)效益，又能減少大氣污染，保護(hù)環(huán)境，具有一定的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)共有2套常減壓裝置，分別為6 Mt/a的2#常減壓裝置和8 Mt/a的3#常減壓裝置。瓦斯氣H2S體積分?jǐn)?shù)高，直接作為燃料會(huì)影響常減壓裝置加熱爐的正常運(yùn)行及加熱爐煙氣排放的環(huán)保要求，因此將其排入火炬系統(tǒng)，通過(guò)氣柜進(jìn)行回收，但是受氣柜壓縮機(jī)回收能力的制約，氣柜仍有部分瓦斯氣沒(méi)有得到回收，損失了部分經(jīng)濟(jì)效益。

1 設(shè)備選型

煉油改造項(xiàng)目完成后，兩套常減壓裝置原油設(shè)計(jì)加工量14 Mt/a(最大將達(dá)16 Mt/a)，且均將加工高硫原油，原油硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2.12%～2.48%，常減壓三頂瓦斯氣量將達(dá)到3 600 m3/h，H2S體積分?jǐn)?shù)也將有明顯的增加，為了確保裝置的長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行，從環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)效益等方面綜合考慮，在2#常減壓裝置安裝1臺(tái)瓦斯氣壓縮機(jī)，回收常減壓瓦斯氣。經(jīng)過(guò)過(guò)濾、壓縮、冷卻、分液后，產(chǎn)生的瓦斯氣、液化氣經(jīng)脫硫系統(tǒng)脫硫后分別進(jìn)燃料氣管網(wǎng)和作為產(chǎn)品出廠。2套常減壓裝置的瓦斯氣組分見(jiàn)表1所示。

表1 瓦斯氣組分

從表1中瓦斯氣的組分看，C1、C2占30.6%，C3、C4占46.5%，C5及以上組分占9.3%，H2S占11.7%，介質(zhì)的組分比較重，腐蝕性也比較強(qiáng)。在壓縮過(guò)程中，C5及以上組分極易液化，因此不適合選用往復(fù)式壓縮機(jī)；同時(shí)考慮到流量偏小，又不適合選用離心式壓縮機(jī)。螺桿壓縮機(jī)兼有往復(fù)式壓縮機(jī)和離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，氣體經(jīng)過(guò)吸氣、壓縮、排氣過(guò)程，沒(méi)有脈動(dòng)，且對(duì)帶液不敏感[1]；同時(shí)考慮到原油來(lái)源多種多樣，組分變化范圍廣，瓦斯氣的流量極其不確定，壓縮機(jī)需要進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，因此選用帶滑閥調(diào)節(jié)的濕式螺桿式壓縮機(jī)。壓縮機(jī)的選型情況見(jiàn)表2所示。

表2 瓦斯氣壓縮機(jī)選型參數(shù)

螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)分為吸氣、壓縮、排氣3個(gè)過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)[2]?；y調(diào)節(jié)的原理是滑閥安裝在壓縮機(jī)高壓側(cè)，其軸向移動(dòng)使得壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積內(nèi)的部分氣體通過(guò)滑閥回流孔回流到吸氣系統(tǒng)，即改變轉(zhuǎn)子的有效工作長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)輸氣量大小。

2 壓縮機(jī)運(yùn)行問(wèn)題與原因分析

2.1 壓縮機(jī)的運(yùn)行問(wèn)題

機(jī)組在安裝、配管、吹掃、跑油、控制方案組態(tài)、聯(lián)鎖調(diào)試完成后，進(jìn)行了空氣試車，操作穩(wěn)定，控制靈活。但是在瓦斯氣試車的時(shí)候，出口壓力分別在1.4 MPa和0.8 MPa工況下發(fā)生了潤(rùn)滑油油箱液位持續(xù)上升、潤(rùn)滑油被稀釋的現(xiàn)象，運(yùn)行3～4 h后不得不停機(jī)。

針對(duì)上述問(wèn)題，分析時(shí)首先懷疑壓縮機(jī)介質(zhì)中的重組分體積分?jǐn)?shù)是否太高，在介質(zhì)進(jìn)行壓縮、與潤(rùn)滑油混合后，在出口溫度、壓力狀態(tài)下，重組分無(wú)法完全揮發(fā)，使得潤(rùn)滑油被稀釋、液位持續(xù)上升。因此對(duì)兩套常減壓的實(shí)際瓦斯氣取樣分析，實(shí)際介質(zhì)組成見(jiàn)表3所示。

表3 實(shí)際瓦斯氣組分 %

從表3數(shù)據(jù)看，瓦斯氣中C3、C4、C5及以上組分的體積分?jǐn)?shù)都比設(shè)計(jì)參數(shù)高得多。為了了解C5及以上組分在設(shè)計(jì)出口溫度、壓力下能否完全揮發(fā)，對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行了計(jì)算分析，結(jié)果如下：

(1)壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況(如進(jìn)氣溫度40 ℃、C5及以上體積分?jǐn)?shù)為9.4%、排氣溫度105 ℃、排氣壓力1.4 MPa等)下，潤(rùn)滑油箱液位會(huì)有所上升，理論計(jì)算潤(rùn)滑油黏度會(huì)達(dá)到16.2 mm2/s，壓縮機(jī)是可以長(zhǎng)期運(yùn)行的；

(2)在進(jìn)氣溫度15 ℃、C5及以上體積分?jǐn)?shù)為15%、排氣溫度92 ℃、排氣壓力1.4 MPa等條件下，潤(rùn)滑油箱液位會(huì)上升更多，理論計(jì)算潤(rùn)滑油黏度只有7.1 mm2/s，壓縮機(jī)是不可以長(zhǎng)期運(yùn)行的；

(3)在進(jìn)氣溫度15 ℃、C5及以上體積分?jǐn)?shù)15%、排氣溫度105 ℃、排氣壓力1.4 MPa等條件下，理論計(jì)算潤(rùn)滑油黏度為11 mm2/s，壓縮機(jī)也是可以長(zhǎng)期運(yùn)行的。

2.2 原因分析

造成潤(rùn)滑油油箱液位持續(xù)上升的直接原因是：

(1)瓦斯氣中C5及以上組分體積分?jǐn)?shù)比設(shè)計(jì)高(設(shè)計(jì)為9.4%，實(shí)際為18%～25%)，液相進(jìn)入一級(jí)分離器。

(2)進(jìn)氣溫度低于設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)值為40 ℃，實(shí)際僅約14 ℃)，導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣溫度低于設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)值為88/100 ℃，實(shí)際只有73/92 ℃)，使得一級(jí)分離器液相無(wú)法完全蒸發(fā)。

濕式螺桿壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油與工作介質(zhì)經(jīng)過(guò)混合、分離、循環(huán)的過(guò)程。壓縮機(jī)的選型、設(shè)計(jì)和潤(rùn)滑油的選擇都是根據(jù)入口溫度40 ℃、C5以上組分9.5%的工況進(jìn)行的。但是壓縮機(jī)的實(shí)際工況偏離了其設(shè)計(jì)工況，介質(zhì)實(shí)際入口溫度只有10 ℃左右、C5以上組分15%～30%，甚至帶液。C5以上的重組分在潤(rùn)滑油中積聚，溶入潤(rùn)滑油中，無(wú)法分離，造成潤(rùn)滑油箱液位持續(xù)上升，潤(rùn)滑油的黏度下降。而入口溫度偏低，使排氣溫度無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的排氣溫度，降低了重組分的揮發(fā)，加劇了重組分的溶解，使得潤(rùn)滑油無(wú)法達(dá)到飽和狀態(tài)，潤(rùn)滑油持續(xù)被稀釋。

3 解決措施

為了提高壓縮機(jī)入口溫度、降低介質(zhì)重組分的比例，采取了以下措施：

(1)增加壓縮機(jī)回流，既可使進(jìn)氣溫度有所上升，又可使油箱中C5及以上組分體積分?jǐn)?shù)有所下降，但壓縮機(jī)效率會(huì)有所降低；

(2)壓縮機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)增加分液罐，并且要有一定的容積，分液罐后的壓縮機(jī)入口管線增加保溫、伴熱，以減少壓縮機(jī)入口帶液的可能性，并進(jìn)一步提高入口溫度；

(3)壓縮機(jī)出口管線，一級(jí)、二級(jí)分離器增加保溫與伴熱，提高壓縮機(jī)出口溫度，增加介質(zhì)中重組分的揮發(fā)性；

(4)調(diào)整操作，盡可能降低瓦斯氣中的C5及以上組分的體積分?jǐn)?shù)，提高壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度；

(5)提高壓縮機(jī)排氣溫度，將0.8 MPa工況下的排氣溫度設(shè)定值由88 ℃提高到100 ℃，將1.4 MPa工況下的排氣溫度設(shè)定值由100 ℃提高到105 ℃，增加介質(zhì)中重組分的揮發(fā)性；

(6)采用長(zhǎng)城牌4513-1合成壓縮機(jī)油。該油具有良好的潤(rùn)滑性、黏溫性，適用于含輕烴介質(zhì)的螺桿壓縮機(jī)的潤(rùn)滑。合成潤(rùn)滑油具有較好的熱氧化安定性和黏溫性能,黏度隨溫度變化小，具有較低的揮發(fā)性、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。介質(zhì)中的重組分在合成潤(rùn)滑油中的溶解度比較低，有利于重組分的揮發(fā)、分離。

經(jīng)過(guò)以上改造，壓縮機(jī)在出口壓力0.8 MPa工況下開(kāi)機(jī)運(yùn)行，入口溫度在25～30 ℃，出口溫度控制在100 ℃，潤(rùn)滑油箱液位從開(kāi)機(jī)前的55%上升到60%～64%；壓縮機(jī)在出口壓力1.4 MPa工況下開(kāi)機(jī)運(yùn)行，入口溫度在25～30 ℃，出口溫度控制在105 ℃，潤(rùn)滑油箱液位從開(kāi)機(jī)前的55%上升到62%～66%。潤(rùn)滑油箱液位在開(kāi)機(jī)前后雖然還是有所上升，一部分重組分溶解在潤(rùn)滑油中，但是液位能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，不再繼續(xù)上升，處于平衡狀態(tài)。壓縮機(jī)運(yùn)行的機(jī)械性能如振動(dòng)、軸位移、聲音都比較好，可以投入正常的生產(chǎn)運(yùn)行。

4 結(jié)論

(1)濕式螺桿壓縮機(jī)的介質(zhì)與潤(rùn)滑油有混合、分離的過(guò)程，壓縮機(jī)選型時(shí)，介質(zhì)的組分分析一定要準(zhǔn)確。

(2)壓縮機(jī)進(jìn)口溫度偏低影響了出口溫度的提高，限制了分離器中重組分的揮發(fā)。

(3)介質(zhì)中的重組分在合成潤(rùn)滑油中的溶解度要比其在礦物潤(rùn)滑油的溶解度低的多，潤(rùn)滑油的選擇也是比較重要的。

(4)生產(chǎn)上要加強(qiáng)工藝操作管理，盡可能降低瓦斯氣中的C5及以上體積分?jǐn)?shù)，加強(qiáng)瓦斯氣的采樣分析。