王百奎

（中石化股份有限公司濟南分公司，山東濟南 250101）

0 引言

生產(chǎn)設備的安全性、穩(wěn)定性對于石化企業(yè)來說是保障安全生產(chǎn)的決定性因素，作為高風險企業(yè)，高故障率的設備必然會進一步增加企業(yè)生產(chǎn)風險，所以石化企業(yè)設備故障的處理意義重大。運用合理的維修模式以及故障排查手段，做到相應的改進優(yōu)化措施，就可以提高企業(yè)的整體管理質(zhì)量和運行效益。下面以煉廠回收氣往復壓縮機出口氣體超溫的問題為例進行分析，并針對問題實施相應的改進措施。

1 設備概況

煉廠低壓瓦斯回收主要是將各煉油裝置的排放氣經(jīng)低壓瓦斯管網(wǎng)收集至瓦斯氣柜，再由瓦斯回收壓縮機增壓至中壓瓦斯管網(wǎng)回收利用，維持瓦斯系統(tǒng)平衡，并產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益，因此瓦斯壓縮機的穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。瓦斯壓縮機J-2#、J-3#于2017 年3 月更新投用，短暫運行后二級排氣溫度均在110～120 ℃并逐步上升至聯(lián)鎖停機值。壓縮機的超溫故障嚴重影響瓦斯系統(tǒng)平衡，對兩臺壓縮機逐臺停機檢修，排查超溫具體原因。

這兩臺設備均為活塞式往復壓縮機，型號為4LW-20/0.04-9，設計排量為1200 Nm3/h，一級進氣壓力為0.004 5 MPa，二級排氣壓力設計為0.9 MPa，瓦斯氣經(jīng)一級進氣、排氣經(jīng)級間冷凝器進入二級進氣，二級排氣溫度設計聯(lián)鎖停機值為120 ℃，實際運行時壓縮機二級排氣出口壓力在0.55 MPa 以下。

2 故障現(xiàn)象

壓縮機自投入運行后頻繁聯(lián)鎖自停，集中表現(xiàn)為壓縮機出口超溫、運行周期短、不能滿足生產(chǎn)需求等，嚴重影響瓦斯回收系統(tǒng)正常運行。

排氣超溫會降低潤滑油的黏度，加劇壓縮機構(gòu)件的磨損，在活塞環(huán)槽、氣閥等處容易產(chǎn)生碳化、結(jié)焦現(xiàn)象，造成活塞環(huán)卡死、氣閥動作異常等。

3 原因分析

根據(jù)壓縮機的實際運行狀況、瓦斯系統(tǒng)組份、介質(zhì)因素，分析導致壓縮機出口氣體超溫的原因可能有以下5 個。

3.1 壓縮機氣閥與現(xiàn)有工況不匹配

瓦斯組份中氫氣組份占比較大，基本在40%以上。以2017年6 月28 日瓦斯采樣分析為例，氫氣占比為47.17%，原設計氫氣組份在28%左右，實際運行工況與設計時工況變化較大，因為氫氣密度較小、傳熱系數(shù)大，能接受較多的熱量，對排氣超溫也有影響，壓縮機氣閥已經(jīng)不再適用現(xiàn)有的工況。

3.2 氣閥質(zhì)量的影響

氣閥是往復式活塞壓縮機的重要部件，也是易損壞的部件，其性能優(yōu)劣直接影響壓縮機的排氣量、排氣溫度及運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，而氣閥壽命的長短與氣閥的閥片、閥座、彈簧質(zhì)量及升程大小等有關(guān)。

3.3 壓縮機出口管線堵塞

壓縮機出口管線堵塞時二級排氣壓力會比較高，此時壓縮機需克服阻力做功，排量下降，效率下降，會造成壓縮機出口溫度超溫。因為瓦斯中攜帶焦粉較多，現(xiàn)有生產(chǎn)工藝無法消除焦粉來源，造成瓦斯管線彎頭、低點位置焦粉顆粒物沉積、固化堵塞管線，致使瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)壓力增加。

3.4 級間冷卻器冷卻效果下降

壓縮機級間冷卻器冷卻效果差，氣體經(jīng)一級壓縮后溫度沒有下降多少，進入二級壓縮后出口溫度會隨之升高，也會造成壓縮機出口超溫停機。級間冷卻器一般循環(huán)水走殼程，瓦斯氣體走管程，在使用中往往因循環(huán)水介質(zhì)不純凈、瓦斯中攜帶焦粉等顆粒物，殼程上泥垢積聚，管程上附著固狀焦粉顆粒物，致使級間冷卻器冷卻效果下降。

3.5 介質(zhì)因素影響

瓦斯中焦粉顆粒物較多，在壓縮機運行中，氣閥易結(jié)焦，對氣閥的閥座和密封元件造成磨損，影響氣閥的嚴密性，不能正常閉合止回，致使氣閥漏氣。氣體經(jīng)過壓縮后溫度上升，高溫氣體返回進氣腔，造成閥溫升高、進氣溫度上升，從而再次被壓縮后排氣溫度升高。

瓦斯中同時含有少量凝縮油等粘性物質(zhì)，在壓縮機運行時對閥片運動產(chǎn)生不利影響，進而導致氣閥黏滯現(xiàn)象的發(fā)生，最終導致排氣超溫。

4 改進措施

4.1 改進壓縮機氣閥

持續(xù)檢測瓦斯氣中氫氣含量，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)氫氣含量基本穩(wěn)定在40%左右，將數(shù)據(jù)提供給廠家，由廠家對壓縮機氣閥進行適應性改進，使壓縮機能滿足實際工況要求。

4.2 瓦斯系統(tǒng)管網(wǎng)定期吹掃

在降低氣柜柜容后，停壓縮機，用蒸汽吹掃系統(tǒng)管線至裝置，進裝置閥門溫度超100 ℃，確定瓦斯管網(wǎng)蒸汽全線貫通，以防止管線中焦粉顆粒物沉積、固化，建議在條件允許的情況下定期吹掃。

4.3 級間冷卻器清理與改型

級間冷卻器拆出后，檢查發(fā)現(xiàn)殼程、管程堵塞嚴重，泥垢，焦粉顆粒物積聚（圖1）。級間冷卻器至二級入口緩沖罐拆出后，用高壓水清洗，完全清掉固體附著物。

現(xiàn)場拆解發(fā)現(xiàn)，原有級間冷卻器管程進、出口設計為翅狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)為中通直管，因為瓦斯介質(zhì)含硫、焦粉顆粒物過多，易結(jié)焦堵塞進、出口。從現(xiàn)場拆解看，端口堵塞情況嚴重（圖2）。

此種結(jié)構(gòu)適用于介質(zhì)比較純凈的工況，不適用于瓦斯工況，此為設計選型缺陷。發(fā)現(xiàn)后對級間冷卻器進行了改型，去掉原有翅狀結(jié)構(gòu)，管程改為直通管（圖3）。這樣，就從結(jié)構(gòu)上消除了焦粉顆粒物結(jié)焦對級間冷卻器的影響，延長了級間冷卻器的運行周期，二級入口溫度穩(wěn)定在35 ℃左右，級間冷卻器效果明顯提高。

圖1 級間冷卻器現(xiàn)場拆解

圖2 級間冷卻器至二級入口緩沖罐堵塞

圖3 級間冷卻器結(jié)構(gòu)

4.4 壓縮機預防性維

根據(jù)實際壓縮機運行狀況，制定預防性氣閥維修計劃，常規(guī)維修周期一般在8～12 個月，根據(jù)介質(zhì)情況適當提前或延后，主要是進氣、排氣閥清焦、表面清理，活塞環(huán)檢查、油箱清理等。對使用過的氣閥解檢后發(fā)現(xiàn)，氣閥閥片與閥座、閥片與升程限制器之間有凝縮油、焦粉顆粒組成的混合黏性物質(zhì)，閥座積垢嚴重，拆解困難，閥片變形較大，彈力不足。所以要定期對氣閥進行檢查、清洗，對閥座的損傷表面進行研磨修復，及時更換閥片、彈簧等易損件。

通過預防性維修，減少壓縮機的故障維修，減少故障維修對生產(chǎn)的波動，摸索合理運行周期，確保壓縮機平穩(wěn)運行。

4.5 定期清理入口過濾器

瓦斯中焦粉顆粒物在入口過濾后，積聚在濾網(wǎng)上，隨著運行時間的增加，積聚物會堵塞濾網(wǎng)，壓縮機的進氣量會明顯下降。經(jīng)過長期實踐，現(xiàn)在入口過濾器的清理周期一般在連續(xù)運行10 d左右，此時應及時清理過濾器，保證過濾效果，減少焦粉顆粒物結(jié)焦對壓縮機的影響。

4.6 減少瓦斯中氫氣的含量

瓦斯中氫氣含量居高不下，目前無法準確判斷是哪個生產(chǎn)裝置排放或氫氣泄壓閥閥門不嚴，為此需要生產(chǎn)調(diào)度部門摸索排查，查清排放氫氣的原因，減少瓦斯中氫氣的含量，利于瓦斯壓縮機的穩(wěn)定運行。建議在氫氣相關(guān)排放口增加流量表，能達到在線實時監(jiān)測的目的。

4.7 減少壓縮機出口管網(wǎng)的壓力波動

當生產(chǎn)裝置向低瓦系統(tǒng)排放時，氣柜柜容會快速增加，為了安全考慮，會多開壓縮機來降低柜容或維持平衡，此時壓縮機出口管網(wǎng)后路應當暢通，回收利用瓦斯的裝置應加大處理量，而不是單純地增加壓縮機的開機臺數(shù)，否則壓縮機出口管網(wǎng)壓力會明顯升高，二級排氣出口溫度上升較快，也不利于壓縮機的安全運行。

5 結(jié)論與建議

采取上述改進措施后，故障維修率明顯降低，尤其是級間冷卻器改型之后效果更加明顯，分析最終導致壓縮機超溫的直接原因是級間冷卻器選型缺陷，一級排氣冷卻效果不好直接進入二級吸氣，最終導致二級排氣溫度高聯(lián)鎖停機。現(xiàn)在壓縮機穩(wěn)定運行周期在1 年左右，從根本上解決了往復壓縮機出口氣體超溫的問題，滿足生產(chǎn)平穩(wěn)運行需求。

因為瓦斯中含硫、焦粉顆粒物較多，回收氣瓦斯壓縮機在選型上宜采用螺桿壓縮機，螺桿機的冷卻液與瓦斯氣體充分接觸，瓦斯中焦粉顆粒物溶于冷卻液中，減少了焦粉對壓縮機部件的影響，運行周期基本穩(wěn)定在2 年以上，建議回收氣壓縮機更新時優(yōu)選考慮螺桿壓縮機。