胡紀(jì)全，李志富，樹(shù)朋山，勞瑞卿，謝丹林

（中國(guó)石油化工股份有限公司 金陵分公司，江蘇 南京 210033）

為滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的氣體排放環(huán)保要求，石油化工行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣需要通過(guò)尾氣回收裝置進(jìn)行處理［1-2］，排出的尾氣應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足 GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》［3］中的相關(guān)要求。中國(guó)石油化工股份有限公司金陵分公司儲(chǔ)運(yùn)部成品工區(qū)苯類(lèi)罐區(qū)尾氣回收裝置采用深度冷凝加活性炭吸附的工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為900 m3/h，主要收集處理鐵路裝車(chē)及苯類(lèi)油罐的油氣，使排放的氣體滿(mǎn)足國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。該裝置自2017年投用以來(lái)，吸附單元聯(lián)鎖停機(jī)故障頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，聯(lián)鎖停機(jī)均與真空泵異常運(yùn)行有直接關(guān)系。真空泵的平穩(wěn)運(yùn)行是保障尾氣回收裝置吸附單元正常運(yùn)行及尾氣排放合格的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中對(duì)吸附單元聯(lián)鎖停機(jī)故障原因進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1 尾氣回收裝置吸附單元組成及工作原理

該尾氣回收裝置吸附單元主要由吸附罐、排氣筒、真空泵及熱交換器等組成，其工藝流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 尾氣回收裝置吸附單元工藝流程示圖

該尾氣回收裝置采用深度冷凝加活性炭吸附的工藝技術(shù)，油氣通過(guò)三級(jí)冷凝處理后，絕大部分揮發(fā)性有機(jī)物從油氣中分離出來(lái)，進(jìn)入吸附單元進(jìn)行進(jìn)一步處理。油氣進(jìn)入吸附罐，在通過(guò)吸附劑床層的過(guò)程中，其中的有機(jī)物被吸附在吸附劑表面，實(shí)現(xiàn)與惰性氣體的分離。吸附單元內(nèi)并聯(lián)設(shè)置2臺(tái)吸附罐，每6 min進(jìn)行1次吸附/脫附切換操作。在真空泵內(nèi)進(jìn)行吸附劑的真空脫附再生。吸附罐A進(jìn)行吸附時(shí)，閥2和閥5關(guān)、閥1和閥6開(kāi)。與此同時(shí)，吸附罐B進(jìn)行脫附，閥3和閥7關(guān)、閥4開(kāi)，第6 min時(shí)閥4關(guān)、閥5開(kāi)，吸附罐A與吸附罐B進(jìn)行罐內(nèi)壓力平衡 （1 min），6 min后2臺(tái)吸附罐進(jìn)行吸附/脫附切換。真空泵出口的脫附氣體通過(guò)熱交換器降溫后進(jìn)入脫附緩沖罐，再回到油氣緩沖罐，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)抽送至冷凝系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)處理。吸附后的氣體通過(guò)閥6或閥7，再依次經(jīng)過(guò)阻火器、排氣筒后排入外部大氣。

當(dāng)真空泵出現(xiàn)故障停機(jī)后，整個(gè)吸附單元立即聯(lián)鎖停機(jī)，閥15打開(kāi)，其他閥門(mén)關(guān)閉，冷凝后的氣體不經(jīng)過(guò)吸附單元直接通過(guò)排氣筒排入大氣，排放氣體不達(dá)標(biāo)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，在吸附/脫附切換過(guò)程中，真空泵的平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

2 油潤(rùn)滑旋片式真空泵工作原理

該尾氣回收裝置吸附單元采用的真空泵為R5 RC 0630C型油潤(rùn)滑旋片式真空泵，其結(jié)構(gòu)及工作原理示意見(jiàn)圖2。

圖2 油潤(rùn)滑旋片式真空泵結(jié)構(gòu)及工作原理示圖

油潤(rùn)滑旋片式真空泵主要由偏心裝在泵殼內(nèi)的轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的3個(gè)旋片、排氣過(guò)濾器及油過(guò)濾器等組成（圖3）。偏心安裝的轉(zhuǎn)子與泵殼固定面相切，運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)旋片轉(zhuǎn)動(dòng)，旋片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動(dòng) （通常為徑向）并與泵殼內(nèi)壁相切或相交。旋片借離心力緊貼泵缸壁，將泵腔分為數(shù)個(gè)可變?nèi)莘e，并把進(jìn)、排氣口分割開(kāi)，使進(jìn)氣腔容積周期性擴(kuò)大而吸氣，排氣腔容積周期性縮小而壓縮氣體，借氣體和油的壓力推開(kāi)排氣閥排氣，從而獲得真空［4］。旋片與泵腔之間的間隙通常用潤(rùn)滑油作為密封，所以旋片式真空泵一般也稱(chēng)為油封式機(jī)械真空泵。潤(rùn)滑油密封間隙、潤(rùn)滑葉片并帶走壓縮熱，油過(guò)濾器清潔循環(huán)油，排氣過(guò)濾器將潤(rùn)滑油與排出的氣體分離［5-8］。

圖3 油潤(rùn)滑旋片式真空泵零部件結(jié)構(gòu)

3 吸附單元聯(lián)鎖停機(jī)故障原因分析及解決措施

3.1 真空泵真空度降低

3.1.1 產(chǎn)生原因

2020-08，該尾氣回收裝置吸附單元真空泵入口壓力由最初的-98 kPa升高至-5 kPa，導(dǎo)致真空泵抽真空不足，在吸附/脫附過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)吸附劑的脫附再生，吸附罐的壓力持續(xù)升高，造成整個(gè)吸附單元聯(lián)鎖停機(jī)。

檢修時(shí)對(duì)真空泵本體進(jìn)行拆機(jī)檢查，各零部件拆解情況見(jiàn)圖4。通過(guò)拆機(jī)檢查分析，認(rèn)為造成真空泵真空度降低的原因有以下幾點(diǎn)，①真空泵排氣閥的閥片損壞。排氣閥的閥片老化損壞，導(dǎo)致排氣閥的密封性變差。排氣閥閥片采用橡膠墊制成，長(zhǎng)期浸泡在真空泵潤(rùn)滑油中。真空泵排氣過(guò)程中壓縮空氣推開(kāi)閥片，氣體通過(guò)閥片排出，潤(rùn)滑油起密封作用。真空泵工作時(shí)閥片被用于堵塞排氣閥一端的密封點(diǎn)，閥片一旦損壞，真空泵在排氣時(shí)就會(huì)存在漏氣現(xiàn)象，達(dá)不到密封效果，造成真空度降低［4］。②真空泵潤(rùn)滑油過(guò)臟、乳化或存有雜質(zhì)，導(dǎo)致潤(rùn)滑性能降低。真空泵油箱內(nèi)濾網(wǎng)上雜質(zhì)較多，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中易造成旋片卡頓，使真空泵真空度降低。③旋片與轉(zhuǎn)子槽之間的配合間隙變小。旋片端面磨損產(chǎn)生分層裂縫，造成旋片和轉(zhuǎn)子槽之間的配合間隙變小，配合端面變粗糙，旋片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)滑動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡頓。同時(shí)旋片與泵殼內(nèi)表面接觸面的密封性變差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中排氣腔內(nèi)容積變化小，真空度降低，同時(shí)機(jī)泵噪聲升高。

圖4 真空泵零部件拆解檢修情況

3.1.2 預(yù)防維護(hù)措施

針對(duì)真空度降低的問(wèn)題，制定了真空泵日常周期性預(yù)防維護(hù)計(jì)劃，見(jiàn)表1。

表1 真空泵日常周期性預(yù)防維護(hù)計(jì)劃

更換旋片、濾芯等組件，清理熱交換器管束水垢的真空泵日常周期性預(yù)防維護(hù)主要包括以下幾個(gè)方面，①定期檢查清洗真空泵入口管線過(guò)濾器。入口過(guò)濾網(wǎng)需定期清洗、更換，防止臟物或硬性固體顆粒進(jìn)入真空泵與旋片摩擦、碰撞，造成損壞。②定期更換真空泵內(nèi)的過(guò)濾組件，定期更換潤(rùn)滑油箱過(guò)濾網(wǎng)及潤(rùn)滑油過(guò)濾器，防止雜質(zhì)過(guò)多造成旋片磨損。定期更換排氣過(guò)濾器，安裝時(shí)注意排氣過(guò)濾器的方向，防止因?yàn)V芯堵塞使真空泵出口壓力升高而損壞機(jī)泵。③巡檢時(shí)注意檢查真空泵進(jìn)、出油路溫度的變化，做好油路進(jìn)、出口溫度的檢查工作，防止因油路不通或者不暢，使泵腔內(nèi)潤(rùn)滑油溫度升高乳化，造成旋片與轉(zhuǎn)子槽之間潤(rùn)滑不良出現(xiàn)卡頓。④定期更換真空泵泵腔內(nèi)的潤(rùn)滑油。當(dāng)真空泵的潤(rùn)滑油乳化或有雜質(zhì)時(shí)會(huì)加大旋片的磨損，出現(xiàn)卡頓，使真空度降低，需定期更換同類(lèi)型的真空泵潤(rùn)滑油［9-20］。

3.2 真空泵溫度及壓力升高

3.2.1 產(chǎn)生原因

2021-05，該尾氣回收裝置吸附單元真空泵的溫度高于120℃，出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)。多次啟泵后，運(yùn)行1 h左右仍出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī)，檢查發(fā)現(xiàn)真空泵出口旁路管線爆破片已出現(xiàn)裂紋，即將爆破。

首先檢查真空泵潤(rùn)滑油是否存有雜質(zhì)或變質(zhì)，確認(rèn)潤(rùn)滑油無(wú)異常后排查真空泵出口換熱設(shè)備的運(yùn)行狀況。打開(kāi)熱交換器底部殼程閥14（圖1）進(jìn)行排空，發(fā)現(xiàn)有油水混合物排出，初步判斷熱交換器殼程被油水混合物堵塞 （正常情況下殼程內(nèi)是真空泵排出的氣體，管程內(nèi)通入的是循環(huán)水），造成真空泵出口氣體無(wú)法送至脫附緩沖罐，使機(jī)泵溫度升高。

對(duì)熱交換器兩端的法蘭進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)熱交換器管束結(jié)垢嚴(yán)重，管程局部堵塞。由于殼程內(nèi)存在油水混合物，可以推斷部分管程腐蝕穿孔，使管程與殼程相通。利用高壓水清洗了每根管程內(nèi)部水垢，并打壓排查出了腐蝕穿孔的管程。采用錐型堵頭封堵泄漏管程兩端，消除了熱交換器管程漏點(diǎn)。

真空泵出口旁路管線爆破片的爆破壓力為0.06 MPa，真空泵內(nèi)置壓力聯(lián)鎖值為0.05 MPa，爆破片已出現(xiàn)裂紋，說(shuō)明真空泵油壓已超聯(lián)鎖值，即將達(dá)到爆破片的臨界爆破壓力。而真空泵未出現(xiàn)壓力聯(lián)鎖停機(jī)，說(shuō)明內(nèi)置壓力聯(lián)鎖保護(hù)開(kāi)關(guān)可能出現(xiàn)故障，需進(jìn)行驗(yàn)證。按圖5所示流程，首先將真空泵出口旁路管線中的爆破片拆除，用盲板封堵。然后斷開(kāi)真空泵出口管線與熱交換器的連接法蘭（起排空作用），開(kāi)啟真空泵，通過(guò)緩慢調(diào)小閥11的開(kāi)度，觀察真空泵是否因出口壓力升高而聯(lián)鎖停機(jī)。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，真空泵并未停機(jī)，說(shuō)明其內(nèi)置壓力聯(lián)鎖保護(hù)開(kāi)關(guān)存在故障。

圖5 真空泵內(nèi)置壓力聯(lián)鎖保護(hù)開(kāi)關(guān)故障試驗(yàn)流程

真空泵出口堵塞，壓力會(huì)急劇升高。而真空泵溫度未上升至聯(lián)鎖值時(shí)，因內(nèi)置壓力聯(lián)鎖保護(hù)開(kāi)關(guān)失效，爆破片會(huì)瞬間爆破。而爆破片是依靠真空泵內(nèi)潤(rùn)滑油的沖擊壓力被擊穿，潤(rùn)滑油會(huì)流失，設(shè)備運(yùn)行存在安全隱患。

3.2.2 優(yōu)化措施

對(duì)真空泵的工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，見(jiàn)圖6。在真空泵出口管線增設(shè)壓力聯(lián)鎖設(shè)施，新增壓力變送器PT1002，新增閥 15和閥16，將壓力信號(hào)引入DCS系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)真空泵出口壓力。同時(shí)更換內(nèi)置壓力保護(hù)開(kāi)關(guān)，將內(nèi)置壓力信號(hào)也引入DCS系統(tǒng)，設(shè)置壓力聯(lián)鎖值為0.05 MPa，其中1個(gè)壓力信號(hào)滿(mǎn)足條件立即觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)。關(guān)閉閥11、打開(kāi)閥 16，啟動(dòng)真空泵，緩慢調(diào)節(jié)閥15，使變送器PT1002的數(shù)值達(dá)到 0.05 MPa，驗(yàn)證了真空泵聯(lián)鎖停機(jī)情況。

圖6 真空泵優(yōu)化工藝流程

另外，增設(shè)1套真空泵電機(jī)變頻配套設(shè)施，依據(jù)所需真空度的大小自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率，不僅對(duì)真空泵的平穩(wěn)運(yùn)行起保障作用，而且可以降低電機(jī)的能耗。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合實(shí)際檢修案例，對(duì)尾氣回收裝置吸附單元聯(lián)鎖停機(jī)故障原因進(jìn)行了分析。通過(guò)對(duì)真空泵進(jìn)行定期預(yù)防性維修、定期維護(hù)以及更換潤(rùn)滑油、旋片、過(guò)濾組件等，可保障真空泵的真空度。通過(guò)在真空泵出口增設(shè)壓力聯(lián)鎖設(shè)施以及增設(shè)真空泵電機(jī)變頻配套設(shè)施，可以確保真空泵聯(lián)鎖停機(jī)的可靠性，保障整個(gè)吸附單元的平穩(wěn)運(yùn)行，使排放氣體達(dá)標(biāo)，同時(shí)降低電機(jī)的能耗。