焦化汽油加氫裝置壓縮機(jī)卸荷器故障處理

李立峰，吳 浩，謝建生，李 平

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司45 萬噸/年焦化汽油加氫裝置有2 臺(tái)往復(fù)式氫氣壓機(jī)組C301/AB，機(jī)組設(shè)計(jì)為新氫壓縮機(jī)和循環(huán)氫壓縮機(jī)聯(lián)合機(jī)組，新氫和循環(huán)氫壓縮機(jī)共用一個(gè)底座。設(shè)備由德國NEUMAN&ESSER 公司設(shè)計(jì)制造，采用南陽防爆集團(tuán)有限公司TAW1700-18/2600 增安型無刷勵(lì)磁同步電機(jī)。

往復(fù)式氫氣壓機(jī)組在日常生產(chǎn)過程中一開一備，2014年10至11月發(fā)生2 次壓縮機(jī)C301A 出口循環(huán)氫流量大幅度波動(dòng)事故，嚴(yán)重影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行與安全。

1 壓縮機(jī)組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

C301/AB 聯(lián)合機(jī)組為對(duì)稱平衡型往復(fù)式壓縮機(jī)，采用4 列氣缸，新氫二級(jí)壓縮，每級(jí)各一個(gè)氣缸。循環(huán)氫一級(jí)壓縮，2 個(gè)氣缸。每級(jí)氣缸進(jìn)排口均按上進(jìn)、下出布置，每個(gè)氣缸均配置進(jìn)、出口緩沖器，緩沖器與氣缸直接連接，氣缸為雙作用。壓縮機(jī)每個(gè)進(jìn)氣閥上均設(shè)有卸荷器，新氫壓縮機(jī)配合余隙腔可進(jìn)行0%、50%、85%、100%流量調(diào)節(jié)，循環(huán)氫壓縮機(jī)可進(jìn)行0%、50%、75%、100%流量調(diào)節(jié)。

2 事故經(jīng)過

2.1 第一次事故

2014年10月29日8：30，45 萬壓縮機(jī)C301A 出口循環(huán)氫流量FIC317 出現(xiàn)大幅波動(dòng)。8：28，壓縮機(jī)循環(huán)氫流量由38 000 Nm3/h左右開始下降至28 000 Nm3/h；8:32，下降至15 000 Nm3/h。班組匯報(bào)值班干部后準(zhǔn)備進(jìn)行機(jī)組切換工作，由于天氣較冷，C301/B 機(jī)在第一次啟動(dòng)過程中，潤滑油溫度較低，沒有及時(shí)啟動(dòng)；8:58，循環(huán)氫流量降至0 值。9:00，備用機(jī)C301/B 啟動(dòng)，系統(tǒng)循環(huán)氫流量恢復(fù)正常數(shù)值。

設(shè)備拆檢維修情況：鉗工拆檢卸荷器，4 個(gè)卸荷器頂桿不同程度松動(dòng)。鉗工維修采取雙背帽防松措施；4 個(gè)進(jìn)氣閥彈簧大部分已經(jīng)斷裂，循環(huán)1#缸蓋側(cè)進(jìn)、排氣閥閥片斷裂，閥片斷裂和彈簧損壞也與卸荷器頂桿松動(dòng)也有關(guān)。鉗工更換8 個(gè)氣閥。

維修完成后，車間安排C301A 進(jìn)行試運(yùn)，現(xiàn)場循環(huán)氫缸聲音正常，機(jī)組各設(shè)備數(shù)據(jù)正常，工藝流量數(shù)值正常。

2.2 第二次事故

繼第一次事故C301/A 壓縮機(jī)維修完成后，運(yùn)行至11月16日，6:27 分左右裝置出現(xiàn)系統(tǒng)壓力PIC304 低報(bào)，高分液面LIC304 高報(bào)。立即檢查操作畫面，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫量FIC317 從33 000 Nm3/h 到56 000 Nm3/h 大幅波動(dòng)，影響到加熱爐出口TIC301 從199到214大幅波動(dòng)。

車間立即安排人員到現(xiàn)場檢查，現(xiàn)場壓縮機(jī)房發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫缸聲音非常刺耳，緊急切換壓縮機(jī)。準(zhǔn)備工作完成后，6:45 將C301/A 切換至C301/B 后，在停運(yùn)C301/A 后循環(huán)氫量恢復(fù)正常，裝置迅速恢復(fù)操作。

本次切機(jī)過程較迅速，7:30 左右裝置系統(tǒng)各工藝參數(shù)恢復(fù)正常控制范圍。期間反應(yīng)器床層壓差上升至0.2 MPa 左右，加熱爐波動(dòng)在199214。

本次波動(dòng)過程中，由于循環(huán)氫量為上漲過程，造成高分液位、界位上漲至80%左右。在高分液位上漲過程中，高分向低分液面減油，造成低分壓力上漲至1.1 MPa 左右（低分安全閥定壓1.35 MPa）。班組處置過程中，用FIC306 將多余循環(huán)氫返至空冷，同時(shí)利用低分V303 壓控PIC304 副線對(duì)低分壓力進(jìn)行控制。

設(shè)備拆檢情況：拆檢循環(huán)缸4 個(gè)卸荷器，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫1#缸軸側(cè)卸荷器頂桿松動(dòng)，由此可見雙背帽防松措施效果不好；鉗工對(duì)4 個(gè)卸荷器重新確認(rèn)頂桿安裝長度，頂桿防松螺母緊固后回裝。

本次維修完成后，車間再次安排C301A 進(jìn)行試運(yùn)，現(xiàn)場循環(huán)氫缸聲音恢復(fù)正常，機(jī)組各設(shè)備數(shù)據(jù)正常，工藝流量數(shù)值正常。

3 原因分析及對(duì)策

3.1 卸荷器頂桿松動(dòng)原因

（1）由于循環(huán)氫壓縮機(jī)設(shè)計(jì)排量較大，一般情況下50%負(fù)荷狀態(tài)即可滿足裝置生產(chǎn)要求。為了防止長期卸荷的吸氣閥和氣缸過熱，以及防止不做功的氣閥帶液或局部超溫，機(jī)組制造廠設(shè)計(jì)50%負(fù)荷狀態(tài)下循環(huán)氫缸氣閥在模式A 和模式B 兩種狀態(tài)下切換使用（每10 min 切換一次），在氣閥頻繁切換沖擊力的作用下卸荷器頂桿容易松動(dòng)。

（2）本裝置壓縮機(jī)從2002年12月試車成功后運(yùn)行至今，壓縮機(jī)組卸荷器從未進(jìn)行過更換，使用時(shí)間較長，造成頂桿絲扣間隙增大，使得卸荷器頂桿松動(dòng)。

3.2 對(duì)策

由于卸荷器頂桿松動(dòng)問題還沒有解決，45 萬壓縮機(jī)相當(dāng)于帶病運(yùn)行，為徹底消除隱患，車間提出以下解決措施。

（1）設(shè)備方面。現(xiàn)有卸荷器采取螺紋鎖扣膠防松措施，保證壓縮機(jī)正常平穩(wěn)運(yùn)行的前提下，檢維修車間采購新的卸荷器或卸荷器頂桿局部配件，待配件到貨后整體更換。如修改為壓縮機(jī)循環(huán)缸50%負(fù)荷時(shí)氣閥不做切換，固定的兩組氣閥工作，空負(fù)荷兩組氣閥的進(jìn)氣閥拆除，防止空負(fù)荷氣閥局部超溫，此工作方式并非完全有利于設(shè)備長期安全運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，壓縮機(jī)50%負(fù)荷采用氣閥不切換工作方式長期使用后，機(jī)組大檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，靠近長期不用的一側(cè)氣缸內(nèi)支撐環(huán)、活塞環(huán)組件局部出現(xiàn)嚴(yán)重的材料高溫熔化現(xiàn)象。說明長期停用側(cè)氣缸內(nèi)積聚氣體熱量無法帶出，溫度很高，對(duì)氣閥和缸內(nèi)組件損害較大，每次維修費(fèi)用極高。

最終車間建議改變儀表邏輯，將模式A、B 工作時(shí)間由10 min延長至約30 min，減少運(yùn)行過程中卸荷器切換頻率。

（2）工藝方面。10月29日，循環(huán)氫機(jī)事故造成循環(huán)氫短暫中斷，造成加熱爐及反應(yīng)器溫度上升較大，反應(yīng)器壓差有一定波動(dòng)，啟動(dòng)備用機(jī)過程時(shí)間較長。

11月16日，循環(huán)氫機(jī)事故為循環(huán)氫超量，這種情況下對(duì)高分液位沖擊較大，容易造成設(shè)備超壓事故。循環(huán)氫大幅度波動(dòng)事故對(duì)反應(yīng)器催化劑壽命影響較大。

兩次事故過程中，班組2 h 一次的巡檢過程中，現(xiàn)場聲音、振動(dòng)等設(shè)備檢查數(shù)據(jù)均正常，DCS 各監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)也正常，事發(fā)較為突然，工藝操作無法預(yù)防。車間完善工藝應(yīng)急操作，現(xiàn)僅有《循環(huán)氫中斷事故應(yīng)急處理預(yù)案》，班組學(xué)習(xí)并熟練掌握，但并沒有循環(huán)氫超量等事故應(yīng)急處理經(jīng)驗(yàn)，工藝方面需要進(jìn)行以下工作：完善對(duì)循環(huán)氫中斷、超量等異常狀態(tài)下的應(yīng)急學(xué)習(xí)；檢查各工藝操作，對(duì)各調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查，日常操作過程中投用自動(dòng)控制（如FIC306 氫氣反空冷控制、系統(tǒng)壓力控制PIC304、高分液位控制等），確保在緊急情況下各調(diào)節(jié)控制點(diǎn)能夠自動(dòng)完成，各連鎖能夠啟動(dòng)，確保生產(chǎn)安全。

裝置改造為焦化汽油加氫裝置后，原料為焦化汽油，其中焦化汽油中焦粉含量較多。即使經(jīng)過裝置反沖洗過濾器后，仍然有部分焦粉被帶入裝置，以至于進(jìn)入循環(huán)氫系統(tǒng)，容易造成循環(huán)氫壓縮機(jī)氣閥損壞。

根據(jù)設(shè)備要求，車間工藝、公司技術(shù)處室評(píng)價(jià)投用100%負(fù)荷，目前循環(huán)氫量為42 000 Nm3/h，加工負(fù)荷25 t/h，氫油比達(dá)到1450 左右（設(shè)計(jì)400），已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)數(shù)值。

投用100%負(fù)荷時(shí)，循環(huán)氫量增加，優(yōu)勢在于一定程度上有利于加氫反應(yīng)，同時(shí)大氣量使得E303/AB 處流量增加，避免焦化汽油在換熱器處的結(jié)焦，有利于長周期運(yùn)行；缺點(diǎn)是由于循環(huán)氫量增加，造成反應(yīng)器壓差一定程度上增大，同時(shí)在一定量上增加設(shè)備運(yùn)行電量。

4 結(jié)論

（1）循環(huán)氫機(jī)50%負(fù)荷狀態(tài)下氫量控制非常穩(wěn)定，其30 min一次的切換造成循環(huán)氫量的瞬間波動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)壓力的影響可以忽略。節(jié)約電耗的同時(shí)保證了裝置平穩(wěn)運(yùn)行，有利于裝置長周期運(yùn)行。

（2）氣閥切換時(shí)間的延長，相應(yīng)減少了單位時(shí)間內(nèi)氣閥切換次數(shù)，使氣閥壽命延長。另外通過實(shí)踐摸索調(diào)節(jié)卸荷器頂桿的長度和預(yù)壓縮量，使循環(huán)氫缸50%負(fù)荷狀態(tài)下氣閥切換更加平穩(wěn)，閥片沖擊減小。進(jìn)一步延長了氣閥使用壽命。