低壓瓦斯氣回收壓縮機排氣溫度高原因分析及對策

馮超群，閆 華，孫勝微

（中國石油長慶石化公司，陜西咸陽 712000）

低壓瓦斯氣回收壓縮機排氣溫度高原因分析及對策

馮超群，閆 華，孫勝微

（中國石油長慶石化公司，陜西咸陽 712000）

對LG20/1.0型低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度高原因進行分析，打開設(shè)備進行檢修排查，分析主要原因為冷卻系統(tǒng)結(jié)垢堵塞造成失效；次要原因是冷卻器管程分程隔板密封失效，造成循環(huán)水短路，冷卻器冷卻效率下降。針對以上問題綜合分析其產(chǎn)生原因并提出處理措施建議，從而徹底解決低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度高的問題，文章對解決類似工況下的螺桿壓縮機排氣溫度高有一定的指導(dǎo)作用。

低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機；排氣溫度高；堵塞；短路

長慶石化公司屬于燃料型煉油廠，加工規(guī)模500×104t/a。2006年8月建成投運低壓瓦斯氣回收系統(tǒng)，其作用是將上游煉油裝置的排放氣（主要由氫氣、烴類、硫化氫、空氣以及雜質(zhì)等組成）經(jīng)過螺桿壓縮機升壓后循環(huán)再利用至各個裝置，回收系統(tǒng)配套兩臺LG20/1.0噴液式螺桿壓縮機。2015年3月至4月底，低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度從24℃逐步上升至近60℃，接近聯(lián)鎖自保跳車值，隨即進行壓縮機切換操作，對停機壓縮機進行檢維修，排查具體原因。

1 低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度高現(xiàn)象及危害

1.1 排氣溫度高現(xiàn)象

螺桿壓縮機排氣溫度達60℃，整個排氣管線及氣液分離罐溫度整體升高，接近螺桿壓縮機排氣溫度高聯(lián)鎖自保停車值。排氣管線測溫點和手持測溫槍測溫數(shù)據(jù)（見表1）。在分液罐頂部用新鮮水進行澆淋，產(chǎn)生大量水蒸氣。

1.2 排氣溫度高的危害

（1）螺桿壓縮機排氣溫度高會導(dǎo)致大量的冷卻液處于氣相，增加氣、液分離的困難，導(dǎo)致更多的冷卻液進入低壓瓦斯氣管網(wǎng)。不僅螺桿壓縮機冷卻液用量增加，同時使低壓瓦斯氣品質(zhì)下降。

（2）螺桿壓縮機長期處于排氣溫度高狀態(tài)下運行，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子抱死等設(shè)備故障發(fā)生[2]。由于冷卻液為循環(huán)水，壓縮機內(nèi)部轉(zhuǎn)子等部位易結(jié)垢，陰陽轉(zhuǎn)子在做功時產(chǎn)生的熱量因轉(zhuǎn)子結(jié)垢導(dǎo)致不能有效帶走，排氣溫度會繼續(xù)升高，嚴重時壓縮機內(nèi)部轉(zhuǎn)子間隙被水垢填滿，可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)子卡死停機。

（3）排氣溫度越高，螺桿壓縮機的效率降低，產(chǎn)氣量也會受到影響隨之下降。

（4）由于低壓瓦斯氣屬于易燃易爆物質(zhì)，排氣溫度過高，發(fā)生泄漏會造成設(shè)備爆炸損壞的事故，存在極大的安全隱患。

表1 螺桿壓縮機排氣溫度數(shù)據(jù)表

2 低壓瓦斯氣螺桿壓縮機簡介

2.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

壓縮機機組主機為單級噴液式螺桿壓縮機，主要由機殼、同步齒輪、陽轉(zhuǎn)子（四齒）、陰轉(zhuǎn)子（六齒）、軸承、機械密封組件等組成。工作原理是電機通過軸帶動陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，陽轉(zhuǎn)子又通過同步齒輪帶動陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。這樣陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子做相反方向同步旋轉(zhuǎn)運動，齒槽間的密封容積逐漸縮小，使腔內(nèi)氣體達到壓縮效果，壓縮氣體然后進入排氣腔排出。通過向壓縮機機腔內(nèi)噴液，潤滑陰陽轉(zhuǎn)子，保證嚙合間隙。

2.2 主要設(shè)計參數(shù)

噴液式壓縮機型號：LG20/1.0；進口流量：20 m3/min（入口狀態(tài)）；壓縮級數(shù)：1；軸功率：≤135 kW；轉(zhuǎn)速：2 950 r/min；配套主電機：YB2 235M1-2W。

2.3 運行參數(shù)

進氣壓力：-5 kPa～10 kPa；排氣壓力：0.6 MPa～0.8 MPa；容積流量：20 m3/min；進氣溫度：35℃～40 ℃；排氣溫度：≯50 ℃；柴油循環(huán)量：6 t/h～8 t/h[1]。

2.4 壓縮機冷卻系統(tǒng)

螺桿壓縮機冷卻液在氣相0.6 MPa的壓力下，經(jīng)過濾器至噴嘴進入螺桿壓縮機，在壓縮機入口處進入壓縮機內(nèi)部與低壓瓦斯氣充分混合，隨低壓瓦斯氣進入氣液分離罐，冷卻液經(jīng)分離后循環(huán)使用，氣液分離罐液位低時，從壓縮機入口補充冷卻液。

3 螺桿壓縮機排氣溫度高的常見原因分析

螺桿壓縮機在日常生產(chǎn)運行過程中，導(dǎo)致排氣溫度高的常見原因主要有以下幾點：

3.1 冷卻系統(tǒng)故障

螺桿壓縮機產(chǎn)生的絕大部分熱量由冷卻液帶走，冷卻液隨后在冷卻器與循環(huán)冷卻液進行強制換熱，冷卻器殼程及管程堵塞或換熱失效會導(dǎo)致冷卻液溫度過高、壓縮機產(chǎn)生的熱量帶不走，則會造成排氣溫度過高。

冷卻液與低壓瓦斯氣充分接觸后，隨低壓瓦斯氣至氣液分離罐，經(jīng)分離后，冷卻液從分離罐底部經(jīng)由DN25的管線至冷卻液冷卻器，換熱后經(jīng)由DN25管線至冷卻液過濾器后至壓縮機噴嘴噴至壓縮機入口。冷卻液過濾器或任何一段管線、閥門堵塞，會造成冷卻液噴液量降低。低壓瓦斯氣在入口得不到初步降溫，也會導(dǎo)致排氣溫度升高。

3.2 壓縮機結(jié)垢堵塞

由于低壓瓦斯氣為各裝置放空氣體，其中含有硫化氫、二氧化硫等氣體，在富氧環(huán)境下易在壓縮機機體內(nèi)部出現(xiàn)結(jié)硫堵塞[1]；同時低壓瓦斯氣攜帶有催化劑粉塵等雜質(zhì)，若前置過濾器失效或維護不當，易造成機體內(nèi)部堵塞，壓縮機陰陽轉(zhuǎn)子間隙、轉(zhuǎn)子與端板間隙以及排氣端氣封間隙會因堵塞逐漸縮小，做功產(chǎn)生的熱量積聚，不能有效被帶走，也會造成壓縮機排氣溫度升高。

3.3 壓縮機噴淋冷卻液水質(zhì)差

螺桿壓縮機冷卻液為循環(huán)水，水質(zhì)較差的循環(huán)水在機體高溫作用下易發(fā)生快速結(jié)垢，附著在轉(zhuǎn)子及壓縮機內(nèi)部的空隙。水垢的導(dǎo)熱性極差（只有金屬的1/200），機體內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子一旦開始結(jié)垢，會直接影響機體和轉(zhuǎn)子散熱，隨著時間的推移，排氣溫度會不斷上升，結(jié)垢情況也會逐漸加重，直至發(fā)生轉(zhuǎn)子抱死故障停機[2]。

循環(huán)水水質(zhì)較差同時也會造成工藝管線結(jié)垢堵塞，整個冷卻液系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)都會受到影響，這會影響整個系統(tǒng)的傳熱效率，最終導(dǎo)致冷卻效果下降，排氣溫度升高。

3.4 冷卻液補液量不足

冷卻液補液量不足會直接導(dǎo)致壓縮機入口低壓瓦斯氣溫度降低，還會導(dǎo)致循環(huán)噴液量的減少。具體表現(xiàn)為分離器液位上升緩慢或無液位。循環(huán)噴液會在機組停留時間加長、循環(huán)頻次增加。這樣低壓瓦斯氣在入口得不到初步的降溫，又因循環(huán)噴液量少且溫度高，在壓縮過程中得不到有效的降溫，導(dǎo)致排氣溫度的上升。

3.5 排氣不暢或出口氣體逆流

壓縮機排氣出口蝶閥或止逆閥不能完全開啟，導(dǎo)致壓縮機做功增加，排氣壓力升高、流速過快，也會造成排氣冷卻效果下降。

壓縮機排氣出口止逆閥密封墊圈不嚴或故障失效，可能會出現(xiàn)低壓瓦斯氣回流現(xiàn)象，也會造成排氣溫度上升。

3.6 入口溫度過高

在壓縮機工況不變的情況下，入口溫度過高（超出設(shè)計值過多）亦會導(dǎo)致排氣溫度上升。

4 原因排查及處理措施

針對低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度高的原因，經(jīng)過分析討論，需要打開檢查壓縮機機體、低壓瓦斯氣過濾器、冷卻液冷卻器、冷卻器過濾器及冷卻液噴嘴，同時拆卸冷卻液工藝流程管線進行檢查，通過檢查發(fā)現(xiàn)以下問題：

4.1 壓縮機冷卻液冷卻器換熱器失效

冷卻液冷卻器分程隔板密封不嚴、管束及殼程堵塞嚴重。

（1）管程封頭分程隔板密封面腐蝕呈坑洼狀，密封失效，帶筋型高強石墨墊片有裂紋，封頭隔板與管束密封不嚴，出現(xiàn)短流現(xiàn)象，直接影響了換熱效率。

處理措施：對冷卻器封頭分程隔板腐蝕部分進行同材質(zhì)更換，并保證密封面的平整度。對已失效高強石墨墊片更換為帶筋型墊片，并用密封膠進行封閉。

（2）冷卻器管束外壁結(jié)垢，造成換熱器管壁之間堵塞，影響換熱效率。分析管束之間堵塞物為催化劑粉塵及雜質(zhì)等（見圖1）。

（3）管束有堵塞情況，分析為循環(huán)水水質(zhì)較差，循環(huán)水未經(jīng)過濾直接進入冷卻器管程，造成淤泥積聚在管束管壁上，冷卻液流通量減少，導(dǎo)致管束傳熱效能下降。

處理措施：清洗換熱器管束內(nèi)淤泥、管束外堵塞物及水垢。改善循環(huán)水品質(zhì)。建議后期在循環(huán)水入口增加過濾網(wǎng)，或有針對性的采用加大藥劑投加量，減少黏泥附著管束。

4.2 冷卻液循環(huán)系統(tǒng)堵塞嚴重，基本無冷卻效果

（1）螺桿壓縮機冷卻液兩排噴嘴共30個噴孔全部堵塞，堵塞物厚度約2 mm，分析主要成分為催化劑粉塵、硫及雜質(zhì)等[3]。造成壓縮機入口基本無噴液，排氣冷卻措施失效。

（2）打開冷卻液工藝流程管線，發(fā)現(xiàn)循環(huán)噴液工藝管路存在大量粉塵類物質(zhì)，尤其是冷卻液冷卻器出口法蘭處完全堵實，造成冷卻液無法流動，螺桿壓縮機噴液量基本沒有（見圖2）。

（3）打開檢查冷卻液過濾器，濾芯也堵塞嚴重，分析主要為催化劑粉塵、硫及雜質(zhì)等。

分析堵塞產(chǎn)生的具體原因為催化劑粉塵及雜質(zhì)由低壓瓦斯氣帶入系統(tǒng)，積累產(chǎn)生堵塞。硫結(jié)晶主要是因系統(tǒng)內(nèi)存在一定量氧氣，與低壓瓦斯氣中的硫化氫反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)硫現(xiàn)象[1-3]。

解決措施：對冷卻系統(tǒng)進行全面清理檢查，清理螺桿壓縮機冷卻液噴嘴堵塞物，疏通冷卻液工藝管路，更換兩臺冷卻液過濾器濾芯，縮短濾芯更換周期為3月/次。

4.3 壓縮機機組內(nèi)部存在粉塵類雜質(zhì)，影響壓縮機做功效率及冷卻液循環(huán)系統(tǒng)

（1）打開低壓瓦斯氣螺桿壓縮機入口過濾網(wǎng)，發(fā)現(xiàn)其雜質(zhì)較少，未堵塞，因后路堵塞嚴重，分析雜質(zhì)主要來源一方面是來自于低壓瓦斯氣，所以認定壓縮機入口過濾器濾網(wǎng)目數(shù)過小,不能有效截流低壓瓦斯氣中粉塵等雜質(zhì)。立即將螺桿壓縮機入口過濾網(wǎng)目數(shù)更換為80目。

圖1 換熱器管束堵塞照

圖2 冷卻液過濾器及冷卻器出口法蘭口

（2）檢查螺桿壓縮機機組內(nèi)部，存在粉塵類物質(zhì)，分析主要為低壓瓦斯氣和冷卻液攜帶雜質(zhì)造成，同時存在一定的結(jié)硫現(xiàn)象，也是粉塵的重要組成部分，用高壓水槍沖洗壓縮機組內(nèi)部粉塵雜質(zhì)等顆粒物。

5 處理效果及注意事項

通過以上措施，低壓瓦斯氣回收螺桿壓縮機排氣溫度高的問題得到了根本解決。通過加強工藝管理和檢維修質(zhì)量控制，壓縮機排氣溫度持續(xù)在38℃左右，運行正常。為確保壓縮機長周期穩(wěn)定運行，針對檢修中存在的問題，建議在日常生產(chǎn)中注意以下事項。

（1）加強壓縮機入口過濾器運行管理，從源頭控制進壓縮機低壓瓦斯氣質(zhì)量，使用合適目數(shù)的過濾器網(wǎng)，目數(shù)越高或上游裝置開停工及異常工況下，清理頻次應(yīng)相應(yīng)增加，防止催化劑、雜質(zhì)等進入后續(xù)流程。需要注意過濾網(wǎng)目數(shù)不能過高，易造成壓縮機功耗增加。

（2）加強冷卻水、循環(huán)水水質(zhì)管理，有針對性的對循環(huán)水、冷卻水腐蝕和結(jié)垢堵塞情況進行分析，及時清理過濾器，通過優(yōu)化調(diào)整加藥措施，預(yù)防雜質(zhì)或黏泥在系統(tǒng)中積累，降低腐蝕速率。必要時可更換冷卻水、循環(huán)水水源，降低水中鈣離子濃度。若無法解決水質(zhì)中鈣結(jié)垢問題，建議恢復(fù)使用原設(shè)計冷卻液，采用柴油進行冷卻處理，可有效減緩腐蝕結(jié)垢速率。

（3）加強壓縮機組換熱器檢維修規(guī)程的細化和落實，做到步步檢查、步步確認，確保檢維修過程質(zhì)量受控。需根據(jù)運行情況分析，定期進行清理檢查，尤其在關(guān)鍵環(huán)節(jié)：管束清洗、墊片更換、噴嘴清理等操作時一定確保檢修質(zhì)量，防止檢修不徹底的情況發(fā)生。

［1］孫勝微.煉廠火炬氣螺桿壓縮機腔體硫結(jié)晶分析［J］.石油化工應(yīng)用，2011，30（8）：74-85.

［2］莫才頌，王罡綱，林榮雄.火炬氣回收裝置螺桿壓縮機結(jié)垢原因分析［J］.壓縮機技術(shù)，2014，（3）：55-61.

［3］劉國良，董紅彥.火炬氣螺桿壓縮機內(nèi)部結(jié)晶的分析［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，28（6）：39-40.

TE964

A

1673-5285（2017）11-0144-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.11.034

2017-10-18

馮超群，男（1985-），學士，環(huán)保工程師，郵箱：fengcq-cs@petrochina.com.cn。