濕式螺桿壓縮機在常減壓瓦斯氣回收中的應用

董 飚

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

常減壓蒸餾利用原油中各個組分的沸點不同，通過加熱、分餾、冷卻等傳質、傳熱過程，使得氣相多次冷凝，液相多次氣化，將原油分離成不同的餾分油。分離過程主要在初餾塔、常壓塔、減壓塔中進行。塔頂餾分油經過冷卻、冷凝后會產生不凝的瓦斯氣。在以往的常減壓裝置中，這些瓦斯氣的數量非常有限，一般直接去加熱爐燃燒或送至火炬氣管網。但是隨著裝置規模的擴大，瓦斯氣的數量變得比較可觀；特別是加工高含硫原油，瓦斯氣的含硫量比較高，直接燃燒的話，對燃料氣系統、火炬管網系統、煙氣系統的腐蝕比較嚴重，對大氣也會造成污染。因此回收常減壓裝置的瓦斯氣既有一定的經濟效益，又能減少大氣污染，保護環境，具有一定的社會效益和環境效益。

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)共有2套常減壓裝置，分別為6 Mt/a的2#常減壓裝置和8 Mt/a的3#常減壓裝置。瓦斯氣H2S體積分數高，直接作為燃料會影響常減壓裝置加熱爐的正常運行及加熱爐煙氣排放的環保要求，因此將其排入火炬系統，通過氣柜進行回收，但是受氣柜壓縮機回收能力的制約，氣柜仍有部分瓦斯氣沒有得到回收，損失了部分經濟效益。

1 設備選型

煉油改造項目完成后，兩套常減壓裝置原油設計加工量14 Mt/a(最大將達16 Mt/a)，且均將加工高硫原油，原油硫質量分數達到2.12%～2.48%，常減壓三頂瓦斯氣量將達到3 600 m3/h，H2S體積分數也將有明顯的增加，為了確保裝置的長周期安穩運行，從環保、安全、經濟效益等方面綜合考慮，在2#常減壓裝置安裝1臺瓦斯氣壓縮機，回收常減壓瓦斯氣。經過過濾、壓縮、冷卻、分液后，產生的瓦斯氣、液化氣經脫硫系統脫硫后分別進燃料氣管網和作為產品出廠。2套常減壓裝置的瓦斯氣組分見表1所示。

表1 瓦斯氣組分

從表1中瓦斯氣的組分看，C1、C2占30.6%，C3、C4占46.5%，C5及以上組分占9.3%，H2S占11.7%，介質的組分比較重，腐蝕性也比較強。在壓縮過程中，C5及以上組分極易液化，因此不適合選用往復式壓縮機；同時考慮到流量偏小，又不適合選用離心式壓縮機。螺桿壓縮機兼有往復式壓縮機和離心式壓縮機的優點，氣體經過吸氣、壓縮、排氣過程，沒有脈動，且對帶液不敏感[1]；同時考慮到原油來源多種多樣，組分變化范圍廣，瓦斯氣的流量極其不確定，壓縮機需要進行流量調節，因此選用帶滑閥調節的濕式螺桿式壓縮機。壓縮機的選型情況見表2所示。

表2 瓦斯氣壓縮機選型參數

螺桿壓縮機的工作循環分為吸氣、壓縮、排氣3個過程。隨著轉子旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環[2]。滑閥調節的原理是滑閥安裝在壓縮機高壓側，其軸向移動使得壓縮機陰陽轉子齒間容積內的部分氣體通過滑閥回流孔回流到吸氣系統，即改變轉子的有效工作長度，調節輸氣量大小。

2 壓縮機運行問題與原因分析

2.1 壓縮機的運行問題

機組在安裝、配管、吹掃、跑油、控制方案組態、聯鎖調試完成后，進行了空氣試車，操作穩定，控制靈活。但是在瓦斯氣試車的時候，出口壓力分別在1.4 MPa和0.8 MPa工況下發生了潤滑油油箱液位持續上升、潤滑油被稀釋的現象，運行3～4 h后不得不停機。

針對上述問題，分析時首先懷疑壓縮機介質中的重組分體積分數是否太高，在介質進行壓縮、與潤滑油混合后，在出口溫度、壓力狀態下，重組分無法完全揮發，使得潤滑油被稀釋、液位持續上升。因此對兩套常減壓的實際瓦斯氣取樣分析，實際介質組成見表3所示。

表3 實際瓦斯氣組分 %

從表3數據看，瓦斯氣中C3、C4、C5及以上組分的體積分數都比設計參數高得多。為了了解C5及以上組分在設計出口溫度、壓力下能否完全揮發，對壓縮機的運行工況進行了計算分析，結果如下：

(1)壓縮機在設計工況(如進氣溫度40 ℃、C5及以上體積分數為9.4%、排氣溫度105 ℃、排氣壓力1.4 MPa等)下，潤滑油箱液位會有所上升，理論計算潤滑油黏度會達到16.2 mm2/s，壓縮機是可以長期運行的；

(2)在進氣溫度15 ℃、C5及以上體積分數為15%、排氣溫度92 ℃、排氣壓力1.4 MPa等條件下，潤滑油箱液位會上升更多，理論計算潤滑油黏度只有7.1 mm2/s，壓縮機是不可以長期運行的；

(3)在進氣溫度15 ℃、C5及以上體積分數15%、排氣溫度105 ℃、排氣壓力1.4 MPa等條件下，理論計算潤滑油黏度為11 mm2/s，壓縮機也是可以長期運行的。

2.2 原因分析

造成潤滑油油箱液位持續上升的直接原因是：

(1)瓦斯氣中C5及以上組分體積分數比設計高(設計為9.4%，實際為18%～25%)，液相進入一級分離器。

(2)進氣溫度低于設計值(設計值為40 ℃，實際僅約14 ℃)，導致壓縮機排氣溫度低于設計值(設計值為88/100 ℃，實際只有73/92 ℃)，使得一級分離器液相無法完全蒸發。

濕式螺桿壓縮機在運行過程中，潤滑油與工作介質經過混合、分離、循環的過程。壓縮機的選型、設計和潤滑油的選擇都是根據入口溫度40 ℃、C5以上組分9.5%的工況進行的。但是壓縮機的實際工況偏離了其設計工況，介質實際入口溫度只有10 ℃左右、C5以上組分15%～30%，甚至帶液。C5以上的重組分在潤滑油中積聚，溶入潤滑油中，無法分離，造成潤滑油箱液位持續上升，潤滑油的黏度下降。而入口溫度偏低，使排氣溫度無法達到設計的排氣溫度，降低了重組分的揮發，加劇了重組分的溶解，使得潤滑油無法達到飽和狀態，潤滑油持續被稀釋。

3 解決措施

為了提高壓縮機入口溫度、降低介質重組分的比例，采取了以下措施：

(1)增加壓縮機回流，既可使進氣溫度有所上升，又可使油箱中C5及以上組分體積分數有所下降，但壓縮機效率會有所降低；

(2)壓縮機進氣系統增加分液罐，并且要有一定的容積，分液罐后的壓縮機入口管線增加保溫、伴熱，以減少壓縮機入口帶液的可能性，并進一步提高入口溫度；

(3)壓縮機出口管線，一級、二級分離器增加保溫與伴熱，提高壓縮機出口溫度，增加介質中重組分的揮發性；

(4)調整操作，盡可能降低瓦斯氣中的C5及以上組分的體積分數，提高壓縮機進氣溫度；

(5)提高壓縮機排氣溫度，將0.8 MPa工況下的排氣溫度設定值由88 ℃提高到100 ℃，將1.4 MPa工況下的排氣溫度設定值由100 ℃提高到105 ℃，增加介質中重組分的揮發性；

(6)采用長城牌4513-1合成壓縮機油。該油具有良好的潤滑性、黏溫性，適用于含輕烴介質的螺桿壓縮機的潤滑。合成潤滑油具有較好的熱氧化安定性和黏溫性能,黏度隨溫度變化小，具有較低的揮發性、優良的化學穩定性。介質中的重組分在合成潤滑油中的溶解度比較低，有利于重組分的揮發、分離。

經過以上改造，壓縮機在出口壓力0.8 MPa工況下開機運行，入口溫度在25～30 ℃，出口溫度控制在100 ℃，潤滑油箱液位從開機前的55%上升到60%～64%；壓縮機在出口壓力1.4 MPa工況下開機運行，入口溫度在25～30 ℃，出口溫度控制在105 ℃，潤滑油箱液位從開機前的55%上升到62%～66%。潤滑油箱液位在開機前后雖然還是有所上升，一部分重組分溶解在潤滑油中，但是液位能夠長時間穩定，不再繼續上升，處于平衡狀態。壓縮機運行的機械性能如振動、軸位移、聲音都比較好，可以投入正常的生產運行。

4 結論

(1)濕式螺桿壓縮機的介質與潤滑油有混合、分離的過程，壓縮機選型時，介質的組分分析一定要準確。

(2)壓縮機進口溫度偏低影響了出口溫度的提高，限制了分離器中重組分的揮發。

(3)介質中的重組分在合成潤滑油中的溶解度要比其在礦物潤滑油的溶解度低的多，潤滑油的選擇也是比較重要的。

(4)生產上要加強工藝操作管理，盡可能降低瓦斯氣中的C5及以上體積分數，加強瓦斯氣的采樣分析。