瓦斯壓縮機出口超溫故障分析與改進措施

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

生產設備的安全性、穩定性對于石化企業來說是保障安全生產的決定性因素，作為高風險企業，高故障率的設備必然會進一步增加企業生產風險，所以石化企業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，做到相應的改進優化措施，就可以提高企業的整體管理質量和運行效益。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低壓瓦斯管網收集至瓦斯氣柜，再由瓦斯回收壓縮機增壓至中壓瓦斯管網回收利用，維持瓦斯系統平衡，并產生一定的經濟效益，因此瓦斯壓縮機的穩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 ℃并逐步上升至聯鎖停機值。壓縮機的超溫故障嚴重影響瓦斯系統平衡，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，瓦斯氣經一級進氣、排氣經級間冷凝器進入二級進氣，二級排氣溫度設計聯鎖停機值為120 ℃，實際運行時壓縮機二級排氣出口壓力在0.55 MPa 以下。

2 故障現象

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

排氣超溫會降低潤滑油的黏度，加劇壓縮機構件的磨損，在活塞環槽、氣閥等處容易產生碳化、結焦現象，造成活塞環卡死、氣閥動作異常等。

3 原因分析

根據壓縮機的實際運行狀況、瓦斯系統組份、介質因素，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，壓縮機氣閥已經不再適用現有的工況。

3.2 氣閥質量的影響

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

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，現有生產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，致使瓦斯系統管網壓力增加。

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水走殼程，瓦斯氣體走管程，在使用中往往因循環水介質不純凈、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，在壓縮機運行時對閥片運動產生不利影響，進而導致氣閥黏滯現象的發生，最終導致排氣超溫。

4 改進措施

4.1 改進壓縮機氣閥

持續檢測瓦斯氣中氫氣含量，經對比發現氫氣含量基本穩定在40%左右，將數據提供給廠家，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 瓦斯系統管網定期吹掃

在降低氣柜柜容后，停壓縮機，用蒸汽吹掃系統管線至裝置，進裝置閥門溫度超100 ℃，確定瓦斯管網蒸汽全線貫通，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，檢查發現殼程、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。

現場拆解發現，原有級間冷卻器管程進、出口設計為翅狀結構，內為中通直管，因為瓦斯介質含硫、焦粉顆粒物過多，易結焦堵塞進、出口。從現場拆解看，端口堵塞情況嚴重（圖2）。

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

圖1 級間冷卻器現場拆解

圖2 級間冷卻器至二級入口緩沖罐堵塞

圖3 級間冷卻器結構

4.4 壓縮機預防性維

根據實際壓縮機運行狀況，制定預防性氣閥維修計劃，常規維修周期一般在8～12 個月，根據介質情況適當提前或延后，主要是進氣、排氣閥清焦、表面清理，活塞環檢查、油箱清理等。對使用過的氣閥解檢后發現，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，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的波動，摸索合理運行周期，確保壓縮機平穩運行。

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，積聚在濾網上，隨著運行時間的增加，積聚物會堵塞濾網，壓縮機的進氣量會明顯下降。經過長期實踐，現在入口過濾器的清理周期一般在連續運行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裝置排放或氫氣泄壓閥閥門不嚴，為此需要生產調度部門摸索排查，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定運行。建議在氫氣相關排放口增加流量表，能達到在線實時監測的目的。

4.7 減少壓縮機出口管網的壓力波動

當生產裝置向低瓦系統排放時，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，否則壓縮機出口管網壓力會明顯升高，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鎖停機。現在壓縮機穩定運行周期在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，滿足生產平穩運行需求。

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，運行周期基本穩定在2 年以上，建議回收氣壓縮機更新時優選考慮螺桿壓縮機。