代 敏，孫金梅，馬忠庭，韓 云

（中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

某公司低壓瓦斯回收裝置備有2套火炬系統(tǒng)及1套共用的瓦斯回收系統(tǒng)。全廠低壓瓦斯（其組分主要有C1、C2、C3、H2等）經(jīng)6臺(tái)活塞式火炬壓縮機(jī)壓縮升壓后，與催化、焦化等裝置的干氣一起送入干氣、液化氣脫硫裝置，得到凈化后干氣，最后作為燃料氣進(jìn)入煉油廠氣管網(wǎng)，回收不及的瓦斯放火炬燒掉。正常生產(chǎn)時(shí)，火炬氣經(jīng)壓縮機(jī)升壓后與催化、焦化等裝置的干氣進(jìn)入脫硫裝置脫硫后作為煉廠氣使用。2020年3月至今，火炬壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，壓縮機(jī)出口出現(xiàn)較多的堵塞物，火炬壓縮機(jī)頻繁出現(xiàn)異常，經(jīng)常需要停機(jī)維修。文中針對(duì)火炬壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)清理出的堵塞物樣品進(jìn)行分析，為工藝現(xiàn)場(chǎng)查找原因提供參考。

1 火炬壓縮機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

火炬壓縮機(jī)頻繁出現(xiàn)出口管路堵塞現(xiàn)象，過(guò)濾器需經(jīng)常清洗。壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生膠狀物，嚴(yán)重影響壓縮機(jī)及配套設(shè)施長(zhǎng)周期運(yùn)行。

火炬壓縮機(jī)出口出現(xiàn)較多堵塞物導(dǎo)致部分壓縮機(jī)停機(jī)清理，從裝置的停機(jī)現(xiàn)場(chǎng)不同部位取回了3個(gè)樣品，幾種樣品的外觀呈現(xiàn)顆粒狀，有一定量的膠狀粘性物質(zhì)，具體見(jiàn)表1。

表1 現(xiàn)場(chǎng)樣品信息

2 堵塞物的分析檢測(cè)

2.1 分析儀器及方法

（1）金屬元素分析：等離子體發(fā)射光譜儀，試驗(yàn)方法：RIPP124-1990。

（2）非金屬元素分析：元素分析儀，試驗(yàn)方法：NB/SH/T0656-2017。

（3）陰離子濃度：離子色譜儀，試驗(yàn)方法：Q/LHY036-2011。

2.2 元素分析

根據(jù)火炬壓縮機(jī)內(nèi)物料的來(lái)源以及上游裝置內(nèi)可能的物料性質(zhì)，同時(shí)根據(jù)試驗(yàn)室內(nèi)使用的等離子體發(fā)射光譜儀和元素分析儀等設(shè)備的具體情況，試驗(yàn)中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取回的1#、2#和3#樣品進(jìn)行了部分關(guān)鍵的金屬、非金屬元素和灰分分析，主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 樣品的部分元素分析

根據(jù)對(duì)物料的部分金屬元素的分析，1號(hào)火炬壓縮機(jī)出口樣品中有大量含Cu物質(zhì)，并含有Fe元素和貴金屬元素Pd，2#和3#樣品組成相似，均來(lái)自于5號(hào)火炬壓縮機(jī)，含有Fe、Cu、Ca類物質(zhì)，也含有貴金屬元素Pt和Pd。

非金屬元素的分析數(shù)據(jù)中C/H比值較高，說(shuō)明了樣品中可能含有膠質(zhì)、瀝青質(zhì)或焦粉狀的物質(zhì)［1］。非金屬元素中O元素的含量較高，顯示出樣品中含有一定量金屬和非金屬的氧化物。

由于受到儀器檢測(cè)性能的限制，除了表2中所列的部分金屬和非金屬元素，其中還可能含有其它未知的元素。現(xiàn)場(chǎng)取回3種物質(zhì)的灰分分別為87.17%、32.31%和19.72%，灰分非常高，說(shuō)明樣品中的無(wú)機(jī)成分較多，主要是無(wú)機(jī)鹽和氧化物。

2.3 物料對(duì)石油醚和水的溶解情況

由于從現(xiàn)場(chǎng)取回的物料中有固相顆粒，也含有一定的膠狀粘性物質(zhì)，試驗(yàn)中分別采用石油醚和水對(duì)一定量的樣品進(jìn)行溶解（采用石油醚溶解后的液相物料均呈現(xiàn)淡黃色），充分?jǐn)嚢?，過(guò)濾。對(duì)濾渣進(jìn)行烘干，稱重后計(jì)算樣品對(duì)石油醚和水的可溶物的量，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 對(duì)石油醚和水溶解情況

從表3的分析數(shù)據(jù)可知，壓縮機(jī)出口的堵塞物質(zhì)含有一定量的油溶性物質(zhì)。經(jīng)計(jì)算后得知：1#物質(zhì)中油溶性有機(jī)物占7.34%，2#和3#樣品中對(duì)應(yīng)物質(zhì)占18.33%和16.05%，說(shuō)明低壓瓦斯內(nèi)含有一定量可溶于石油醚的油品。

用水溶解后濾液中的部分金屬離子采用RIPP124-1990等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行分析，對(duì)其中的陰離子含量采用Q/LHY036-2011離子色譜法進(jìn)行分析，液相物料中陰離子濃度以及在樣品中的比例和濾液中部分金屬離子含量見(jiàn)表4、5。

表4 液相物料中陰離子濃度以及在樣品中的比例

表5 濾液中部分金屬離子分析

采用離子色譜的分析方法檢測(cè)出液相物料中的主要F-、Cl-、NO2-、NO3-和SO32-/SO42-等陰離子。根據(jù)化學(xué)原理，含F(xiàn)e2+的溶液淺顯綠色，含F(xiàn)e3+的溶液顯黃色，含Cu2+的溶液顯藍(lán)色。

結(jié)合對(duì)濾液的金屬離子濃度分析，2#濾液Fe3+的含量較多，3#濾液可能含有Fe3+和Fe2+。據(jù)此分析，3種樣品中含有可溶性物質(zhì)量分別為：0.45%、16.98%和18.78%。

1#水溶性物質(zhì)含量較小，2#和3#中對(duì)應(yīng)的物質(zhì)相對(duì)較多，主要以金屬Cu、Ca和Na的鹽類形態(tài)存在。2#火炬壓縮機(jī)可溶性物質(zhì)中以亞硫酸鹽或硫酸鹽居多，還有一定的氯化物。3#樣品可溶物以氯化物居多，還含有亞硫酸鹽或硫酸鹽。

2.4 熱重分析

為了準(zhǔn)確判斷無(wú)機(jī)物、有機(jī)物存在的可能性，試驗(yàn)室對(duì)裝置的3個(gè)樣品均進(jìn)行了熱重分析的考察，同時(shí)對(duì)殘留物內(nèi)的金屬元素進(jìn)行了分析，樣品粉末的熱重分析見(jiàn)表6。

表6 樣品粉末的熱重分析

在800℃、2 h條件下進(jìn)行了高溫煅燒，考察了樣品的熱穩(wěn)定性情況，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

表7 煅燒后殘余物質(zhì)的元素分析

對(duì)比分析表6、7中數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)出口的物質(zhì)經(jīng)800℃、2 h煅燒后，殘留的物質(zhì)主要是銅、鐵、鈣的無(wú)機(jī)鹽及其氧化物。

1#物質(zhì)煅燒后殘留物顏色為黑色，結(jié)合金屬和非金屬元素的分析數(shù)據(jù)，黑色物質(zhì)主要是氧化銅和氧化鐵，根據(jù)失重情況計(jì)算，此類物質(zhì)的總量占比為88.3%%。

2#和3#中殘留物顏色呈現(xiàn)紅色，主要組成為氧化鐵、氧化銅、氧化鈣或硫酸鈣等，此類物質(zhì)的總量占比分別為32.7%和19.3%。其中含有Pt、Pd、Ni、V等物質(zhì)的含量較突出，根據(jù)裝置的工藝情況，初步判斷可能是上游裝置內(nèi)一定量的催化劑組分進(jìn)入了低壓瓦斯系統(tǒng)。

3 堵塞物來(lái)源分析及控制

3.1 原料組成

根據(jù)火炬壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)的來(lái)源，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)試驗(yàn)的分析和檢測(cè)，初步判斷從火炬壓縮機(jī)出口取回雜質(zhì)樣品中可能有一定量的有機(jī)物質(zhì)，極有可能是輕質(zhì)油品、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，裝置內(nèi)的火炬氣中夾帶的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)不溶于水，無(wú)法通過(guò)水洗罐去除，隨火炬氣進(jìn)入壓縮機(jī)。在溫度和壓力影響下。由于膠質(zhì)和瀝青質(zhì)粘度大、附著力強(qiáng)，粘附焦粉，會(huì)形成混合物，逐漸在壓縮機(jī)入口過(guò)濾器、冷卻器、U型管路處造成堵塞。

3.2 上游裝置的穩(wěn)定操作

結(jié)合脫硫裝置內(nèi)火炬壓縮機(jī)的進(jìn)料情況，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)堵塞物質(zhì)的分析，上游裝置的正常操作對(duì)火炬壓縮機(jī)系統(tǒng)的結(jié)晶或結(jié)垢與否起著至關(guān)重要的作用。

結(jié)晶或結(jié)垢的存在會(huì)導(dǎo)致瓦斯流道的流通面積的減小和工況的不穩(wěn)定［2~4］，因此，清除壓縮機(jī)內(nèi)部堵塞物是必要的，但是從根本上杜絕堵塞的發(fā)生還需要上游裝置的穩(wěn)定操作。

3.3 防腐蝕控制

堵塞問(wèn)題在壓縮機(jī)內(nèi)腔發(fā)生外，還發(fā)生在入口過(guò)濾器處，這需要引起足夠的重視。由于低壓瓦斯為各裝置放空氣體，其中含有H2S、SO2等氣體，會(huì)給相應(yīng)的工藝管線和設(shè)備帶來(lái)腐蝕。因此，需要把結(jié)垢問(wèn)題和工藝防腐控制的問(wèn)題綜合起來(lái)考慮，進(jìn)一步提高裝置的工藝操作水平，搞好源頭的預(yù)防和控制［5~7］。

3.4 規(guī)范操作規(guī)程

根據(jù)壓縮機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)的黑色堵塞物出現(xiàn)的狀態(tài)、裝置清洗的頻次等情況，操作規(guī)程中應(yīng)該補(bǔ)充相關(guān)規(guī)定，當(dāng)上游裝置出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)該及時(shí)將相應(yīng)的情況通知下游裝置，并應(yīng)規(guī)范化、制度化［8，9］。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)火炬壓縮機(jī)內(nèi)介質(zhì)的來(lái)源，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)試驗(yàn)的分析和檢測(cè)，初步判斷從脫硫裝置內(nèi)火炬壓縮機(jī)出口取回雜質(zhì)樣品中有一定量的輕質(zhì)油品、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)及水溶性物質(zhì)，其中水溶性物質(zhì)以亞硫酸鹽或硫酸鹽居多，還有一定的氯化物。元素分析的結(jié)果表明：樣品中含有大量的含有Cu、Fe、Ca類物質(zhì)，其中Pt、Pd、Ni、V的元素含量也較為突出。初步判定器堵塞物主要組成是一定的無(wú)機(jī)鹽結(jié)晶、輕質(zhì)油、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和催化劑粉末等。

（2）當(dāng)上游裝置出現(xiàn)工作不正常時(shí)，火炬氣就會(huì)夾帶的一定量輕質(zhì)油、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)和催化劑粉末，這些物質(zhì)隨火炬氣進(jìn)入壓縮機(jī)。而壓縮機(jī)內(nèi)溫度、壓力較高，故會(huì)逐漸產(chǎn)生膠狀物，粘附在壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，造成系統(tǒng)火炬壓縮機(jī)出口單向閥堵塞，影響了壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

（3）通過(guò)對(duì)造成火炬壓縮機(jī)堵塞的因素分析，上游裝置需加強(qiáng)穩(wěn)定操作，把結(jié)垢問(wèn)題和工藝防腐控制的問(wèn)題綜合起來(lái)，搞好源頭的預(yù)防和控制。