董海軍

(中國(guó)石油蘭州石化公司助劑廠，甘肅　蘭州　730060)

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生產(chǎn)技術(shù)

循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度高的原因分析及對(duì)策

董海軍

(中國(guó)石油蘭州石化公司助劑廠，甘肅蘭州730060)

針對(duì)順酐裝置碳四加氫單元中循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度過(guò)高的現(xiàn)象，從加氫反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行情況、循環(huán)水系統(tǒng)故障、設(shè)備機(jī)械故障、溫度檢測(cè)系統(tǒng)故障等方面進(jìn)行了分析，通過(guò)降低吸氣溫度、控制吸氣壓力、控制循環(huán)水溫度、消除設(shè)備機(jī)械故障、校正測(cè)量溫度、經(jīng)常性的檢查維護(hù)和保養(yǎng)等多項(xiàng)措施的實(shí)施，使循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度能夠滿足機(jī)組設(shè)計(jì)要求。

循環(huán)氫壓縮機(jī)；排氣溫度；故障；措施

蘭州石化公司順酐裝置加氫單元通過(guò)混合碳四與氫氣反應(yīng)，生成精制碳四作為優(yōu)質(zhì)的乙烯裂解原料。循環(huán)氫壓縮機(jī)是裝置的關(guān)鍵機(jī)組，其作用是輸送循環(huán)氫氣，維持加氫反應(yīng)系統(tǒng)壓力。在工業(yè)應(yīng)用中，常用測(cè)定排氣溫度來(lái)判斷壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，異常的排氣溫度說(shuō)明壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。順酐裝置兩臺(tái)循環(huán)氫壓縮機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)排氣溫度較高，影響到裝置的正常運(yùn)行。壓縮機(jī)長(zhǎng)期在高排氣溫度下運(yùn)行對(duì)機(jī)組有嚴(yán)重的危害，也會(huì)縮短壓縮機(jī)零部件的使用壽命，引起排氣量下降。本文主要分析了循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度高的影響因素，采取相關(guān)措施，有效降低了壓縮機(jī)的排氣溫度[1]。

1　工藝簡(jiǎn)介

混合碳四與氫氣在鎳系催化劑作用下進(jìn)行烯烴加氫反應(yīng)，生產(chǎn)的精制碳四產(chǎn)品。加氫反應(yīng)系統(tǒng)主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1，工藝流程見(jiàn)圖1。

表1　反應(yīng)系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

圖1　加氫反應(yīng)系統(tǒng)工藝流程

2　循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)行概況

循環(huán)氫壓縮機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，動(dòng)力經(jīng)彈性聯(lián)軸器傳至曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)，再借助連桿、十字頭和活塞桿把曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng)。

圖2　壓縮氫氣系統(tǒng)示意圖

循環(huán)氫壓縮機(jī)為固定水冷，單級(jí)臥式無(wú)潤(rùn)滑往復(fù)式氫氣壓縮機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2　循環(huán)氫壓縮機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

循環(huán)氫壓縮機(jī)投產(chǎn)后總體運(yùn)行平穩(wěn)，然而從2011年下半年起，裝置處理量提高至7 t/h以上運(yùn)行，循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度有時(shí)較難控制。

循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度≤40 ℃，報(bào)警值45 ℃，聯(lián)鎖值50 ℃。實(shí)際運(yùn)行中排氣溫度常大于45 ℃，有時(shí)達(dá)到聯(lián)鎖值，造成壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)，影響裝置正常生產(chǎn),也會(huì)縮短壓縮機(jī)使用壽命。

圖3　循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度變化趨勢(shì)

3　原因分析

3.1吸氣溫度高

吸氣溫度高是造成壓縮機(jī)排氣高的主要原因。影響吸氣溫度升高的因素主要有：

3.1.1床層溫度高

當(dāng)原料烯烴含量高，進(jìn)料量大，床溫高，經(jīng)深冷器冷卻后的冷氫溫度高，導(dǎo)致循環(huán)氫入口緩沖罐的溫度升高。

3.1.2深冷器冷卻效果不佳

冬防期間，加氫深冷器由冷凍水改為循環(huán)水，當(dāng)氣溫回升時(shí)，循環(huán)水冷卻效果不佳，會(huì)造成循環(huán)氫入口緩沖罐溫度升高。

3.1.3新氫壓縮機(jī)出口溫度高

新氫壓縮機(jī)出口溫度高主要有新氫壓縮機(jī)負(fù)荷增大、反應(yīng)系統(tǒng)壓力太高、新氫入口緩沖罐壓力太低或是新氫壓縮機(jī)故障等因素。

表3　不同工況下壓縮機(jī)排氣溫度的變化　(℃)

表3中，當(dāng)裝置滿負(fù)荷運(yùn)行后，新氫壓縮機(jī)負(fù)荷由50%調(diào)至100%，新氫壓縮機(jī)出口溫度升高。系統(tǒng)壓力高或新氫入口緩沖罐壓力低，都會(huì)造成新氫壓縮比過(guò)大，導(dǎo)致新氫出口排氣溫度升高。增壓后新氫進(jìn)入氫氣穩(wěn)壓罐，會(huì)造成氫氣穩(wěn)壓罐溫度升高，循環(huán)氫一部分返回到循環(huán)氫入口緩沖罐，循環(huán)氫入口緩沖罐溫度升高[2]。

3.1.4循環(huán)氫氣量小

當(dāng)循環(huán)氫量降低時(shí)，需要提高氫氣穩(wěn)壓罐返回循環(huán)氫入口緩沖罐氫氣量，氫氣穩(wěn)壓罐溫度高，會(huì)升高循環(huán)氫入口緩沖罐溫度；同時(shí)降低深冷器出口冷氫量，循環(huán)氫入口緩沖罐溫度升高。

3.2吸氣壓力低

當(dāng)新氫管網(wǎng)壓力低、系統(tǒng)排廢氫量大、耗氫量大或者泄漏都會(huì)造成系統(tǒng)壓力下降，循環(huán)氫入口緩沖罐壓力下降。當(dāng)循環(huán)氫入口緩沖罐壓力降低時(shí)，循環(huán)氫壓縮機(jī)吸氣壓力低，壓縮比增大，循環(huán)氫排氣溫度升高。

3.3循環(huán)水系統(tǒng)故障

當(dāng)循環(huán)水供應(yīng)不足或溫度高，二反后冷卻出口溫度高，進(jìn)入循環(huán)氫入口緩沖罐的冷氫溫度高，循環(huán)氫壓機(jī)排氣溫度升高。而且循環(huán)氫壓機(jī)夾套溫度升高，壓縮氣體產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，導(dǎo)致循環(huán)氫排氣溫度升高。

3.4設(shè)備機(jī)械故障

3.4.1氣閥漏氣

壓縮機(jī)氣閥采用網(wǎng)狀閥結(jié)構(gòu)，由閥座、升程限止器、閥片、彈簧等以螺栓連接組合而成。閥片靠均勻分布的彈簧壓緊在閥座密封面上，并利用氣體內(nèi)外壓力差而自動(dòng)啟閉。氣閥是易損件之一，往往密閉性差。吸氣閥漏氣，會(huì)減少進(jìn)氣量，使氣缸溫度升高，排氣溫度升高。排氣閥漏氣，會(huì)減少排氣量和進(jìn)氣量，使壓縮后氣體倒流，氣缸內(nèi)溫度升高。

3.4.2活塞環(huán)密封性不好

活塞環(huán)與氣缸接觸不好，活塞環(huán)過(guò)度磨損、斷裂等原因造成活塞環(huán)密封性不好，氫氣逆流，缸體發(fā)熱，導(dǎo)致排氣溫度升高[3]。

3.4.3氣缸潤(rùn)滑不良

油質(zhì)差起不到潤(rùn)滑作用，還會(huì)加劇磨損，影響活塞環(huán)密封性能，造成缸體發(fā)熱，排氣溫度升高。注油量小時(shí)，形成不了足夠的油膜，使活塞環(huán)與缸壁磨損加大，甚至干磨，嚴(yán)重發(fā)熱，破壞密封性能，一旦碎屑進(jìn)入氣閥，又影響氣閥的嚴(yán)密性。注油量多時(shí)，在高溫下將產(chǎn)生油的分解質(zhì)變，油中輕組分氣化，而重組分在高溫下形成積碳，破壞正常的潤(rùn)滑，加速運(yùn)動(dòng)機(jī)件磨損，甚至使活塞環(huán)卡住，破壞密封性能[4]。

3.4.4氣缸夾套內(nèi)壁結(jié)垢

循環(huán)氫壓機(jī)夾套內(nèi)通入循環(huán)水作冷卻介質(zhì)，循環(huán)水含有較多懸浮物，壓縮機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，夾套內(nèi)會(huì)產(chǎn)生污垢，妨礙傳熱，降低冷卻效率，從而使循環(huán)壓縮機(jī)排氣溫度升高。

3.5溫度測(cè)量不準(zhǔn)確

壓縮機(jī)排氣溫度采用Pt100鉑熱電阻作為測(cè)量元件，壓縮機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行，溫度檢測(cè)系統(tǒng)和傳送系統(tǒng)會(huì)老化、腐蝕，造成DCS顯示溫度不準(zhǔn)確，有時(shí)測(cè)量溫度要高于實(shí)際溫度5 ℃左右。

4　降低排氣溫度的措施

4.1降低吸氣溫度

降低吸氣溫度主要是：降低深冷器出口冷氫溫度、提高冷氫量、降低氫氣穩(wěn)壓罐返回到循環(huán)氫入口緩沖罐的量。當(dāng)原料烯烴含量高，床層溫度高，可適當(dāng)降低碳四進(jìn)料量，增加循環(huán)碳四量，同時(shí)降低冷卻水溫度；春季防凍結(jié)束后，及時(shí)將二反后冷器循環(huán)水改為冷凍水；嚴(yán)格控制循環(huán)氫返新氫的量，新氫壓縮機(jī)盡可能維持50%負(fù)荷，降低氫氣穩(wěn)壓罐溫度；在保證氫油比和空速不超指標(biāo)的前提下，盡量提高循環(huán)量。

4.2控制吸氣壓力

控制吸氣壓力，將反應(yīng)系統(tǒng)壓力控制在2.5～2.9 MPa。主要是控制新氫入口緩沖罐壓力和系統(tǒng)排廢氫量，根據(jù)系統(tǒng)耗氫量調(diào)節(jié)新氫補(bǔ)充量，對(duì)于出現(xiàn)的泄漏及時(shí)整改。

4.3控制循環(huán)水溫度及壓力

通過(guò)改變循環(huán)水空冷轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低循環(huán)水供水溫度。提高循環(huán)水供水壓力，使位置較高的深冷器有足夠的循環(huán)水通過(guò)，保證對(duì)循環(huán)氫的冷卻效果。

4.4消除設(shè)備機(jī)械故障

一是加強(qiáng)巡檢，對(duì)于壓力、溫度、異常聲響要及時(shí)查找原因并排除。二是定期檢查氣閥、填料、活塞環(huán)的密封性能，氣閥、填料裝機(jī)前應(yīng)清洗干凈，不允許有任何微粒、雜質(zhì)存在。三是正確選用潤(rùn)滑油的牌號(hào)，執(zhí)行三級(jí)過(guò)濾；定時(shí)分析潤(rùn)滑油油質(zhì)，及時(shí)更換潤(rùn)滑油。四是定期對(duì)氣缸夾套進(jìn)行清洗，清除污垢。[5]

4.5校正測(cè)量溫度

當(dāng)DCS 顯示溫度與實(shí)際溫度相差較大，要及時(shí)校正，無(wú)法徹底處理的元件要進(jìn)行更換。

5　實(shí)施效果

表4中列出了對(duì)策實(shí)施前后循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)行狀況，其中工況一為對(duì)策實(shí)施前平均值，工況二為對(duì)策實(shí)施后平均值。

表4　對(duì)策實(shí)施前后循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)　(℃)

從表4看出，經(jīng)過(guò)工藝及設(shè)備調(diào)整后，循環(huán)氫排氣溫度在一定程度有所降低，能夠滿足機(jī)組設(shè)計(jì)要求。

6　結(jié)　論

新氫壓縮機(jī)負(fù)荷、循環(huán)氫氣量、系統(tǒng)壓力、床層溫度、新氫入口壓力、循環(huán)水溫度是影響循環(huán)氫壓縮機(jī)排氣溫度的主要因素，必須嚴(yán)格規(guī)范操作，改善加氫反應(yīng)系統(tǒng)和壓縮機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。氣閥漏氣、活塞環(huán)密封性不好、氣缸潤(rùn)滑不良、氣缸夾套內(nèi)壁結(jié)垢、測(cè)溫元件老化是循環(huán)氫壓縮機(jī)故障運(yùn)行時(shí)常遇到的問(wèn)題。必須客觀全面地分析問(wèn)題，加強(qiáng)設(shè)備潤(rùn)滑管理，經(jīng)常對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，保證換熱效果，定期檢查溫度檢測(cè)系統(tǒng)是否有異常。

[1]郁永章．容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000:17-19.

[2]陶武軍，何字春等．加氫裝置新氫壓縮機(jī)氣量無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．化學(xué)工程與裝備，2011(8):57-59.

[3]趙雷，張立海. 循環(huán)氫壓縮機(jī)干氣密封損壞的原因分析及應(yīng)對(duì)措施[J]．中外能源，2010,15(6)：86-90.

[4]黃順德．加氫精制循環(huán)氫氫壓縮機(jī)排氣量變化分析[J]．石油化工設(shè)備技術(shù)，1999,20(4):38-40.

[5]陳兆虎，何振岐. 高壓加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)組故障診斷及原因分析[J]．潤(rùn)滑與密封，2011,36(10):115-118.

Cause Analysis and Countermeasures of High Exhaust Temperature of Circulating Hydrogen Compressor

DONG Hai-jun

(Additives Plant of Lanzhou Petrochemical Company，Petrochina，Gansu Lanzhou 730060，China)

Aiming at the phenomenon of hydrogen circulation too high exhaust temperature of maleic anhydride plant carbon four hydrogenation unit, from the aspects of the operating conditions of the hydrogenation reaction system, the failure of the circulating water system, the mechanical failure of the equipment, and the failure of the temperature detection system, by reducing the suction temperature, controlling the air pressure, controlling the temperature of the circulating water, eliminating the mechanical failure of the equipment, correcting the measuring temperature, the regular inspection and maintenance, the exhaust temperature of the circulating hydrogen compressor can meet the design requirements.

circulating hydrogen compressor; exhaust temperature; trouble; measures

董海軍(1981-)，男，碩士學(xué)位，工程師，主要從事石化生產(chǎn)技術(shù)和體系管理工作。

TQ221.21+1

B

1001-9677(2016)01-0144-03