液環式壓縮機/真空泵在常減壓裝置運行中的故障及處理

梅 軍，李奇峰

（中國石油廣西石化公司生產一部，廣西 欽州 535000）

液環式壓縮機/真空泵在常減壓裝置運行中的故障及處理

梅 軍，李奇峰

（中國石油廣西石化公司生產一部，廣西 欽州 535000）

以液環式壓縮機/真空泵在1000萬t·a-1常減壓裝置的實際運用為例，簡要介紹了設備的工作原理及工作流程，詳細列舉了設備在生產運行中出現的疑難問題及相應的解決措施，并對設備的改進提出了一些建議。對將來新建常減壓裝置使用此類設備提供了比較好的借鑒。

液環式壓縮機/真空泵；水冷器腐蝕；操作波動與調整

中國石油廣西石化公司1000萬t·a-1常減壓裝置引進的是美國UOP的工藝包，常壓塔頂設置液環式壓縮機，將常頂不凝氣升壓后與常頂石腦油混合再接觸，目的是讓石腦油吸收不凝氣中的輕烴，此后再進入輕烴回收裝置，提取輕烴。

減壓塔頂設置液環式壓縮機。減頂瓦斯經過壓縮機提壓后，經胺洗脫硫，送加熱爐作燃料，保護環境。與傳統的常減壓裝置不同的是，常頂壓縮機、減頂壓縮機采用的是液環式壓縮機，而不是常用的螺桿式壓縮機。由于考慮到在將來的生產中原油品種變化較大，常頂氣及減頂氣的量變化也較大，所以選用操作彈性很大的液環式壓縮機。

減壓塔頂二級抽真空設置液環式真空泵。傳統的常減壓裝置二級抽真空都是蒸汽式抽空器，而這里采用的是液環式真空泵與蒸汽式抽空器互為備用的形式，正常情況下采取液環式真空泵抽真空。使用液環式真空泵不僅避免了因蒸汽壓力波動對減壓塔真空度的影響，而且從經濟方面考慮使用液環式真空泵與使用蒸汽式抽空器相比，更加節能、降耗。

1 液環式壓縮機及液環式真空泵的工作原理及工作流程

該常減壓裝置選用的是美、德合資公司“佶締納士機械公司”制造的液環壓縮機、液環真空泵。常頂液環式壓縮機型號NAM1500E。介質為常壓塔頂氣；工作液為水（本設備用）；吸氣壓力0.003MPa;排氣壓力0.4MPa；吸氣量3284Nm3·h-1；電機額定功率220kW。

減頂液環式壓縮機型號NAB1500E，介質為減壓塔頂氣；工作液為水（本設備用）；吸氣壓力0.01MPa;排氣壓力0.55 MPa；吸氣量1535 Nm3·h-1，電機額定功率315kW。

1.1 液環壓縮機的工作原理

橢圓形的泵殼與葉輪同心安裝，當葉輪旋轉時，在離心力的作用下，工作液體沿著泵殼形成等厚度的液環，液環與葉輪的輪轂、葉片和泵體端面之間形成容積不等的月牙形空腔，在吸氣段，空腔的容積由小變大，腔內氣體的壓力逐漸降低，此空腔與吸入口相連，在壓力差的作用下，外界的工藝氣體被吸入；在壓縮段，空腔的容積由大變小，從而壓縮腔內氣體，在排氣段，將腔內氣體排出。在此過程中，液體充當活塞，葉輪每旋轉1周，工作液體進出空腔各2次，完成吸排氣2次。由此看出，該液環式壓縮機是雙作用壓縮機。其工作原理見圖1。

圖1 液環壓縮機/真空泵工作原理圖

1.2 液環壓縮機系統工作流程

塔頂氣經進口閥進入液環式壓縮機內，再經兩級壓縮后達到工藝所需的壓力，并排出機外，進入氣液分離器中。在氣液分離器中，被壓縮氣體分離出油和水后，一部分氣體作為循環氣，通過旁通閥返回壓縮機入口管線，另一部分排出壓縮機系統去往后續流程。水作為工作液在系統中形成閉環循環，為壓縮機體內形成液環提供保證。其系統工作流程見圖2。

圖2 液環壓縮機/真空泵系統圖

1.3 液環真空泵的工作原理與工作流程

液環真空泵的工作原理和工作流程與液環壓縮機基本一致。但其內部結構，在設計和制造時，真空泵和壓縮機是有區別的，如轉子的端面間隙、轉子與腔體的徑向間隙二者在設計制造時是不同的。液環真空泵的壓縮比小于液環壓縮機。在使用上，液環式壓縮機是用來壓縮氣體的，目的是將出口端的氣體加壓；而液環式真空泵是用來抽真空的，目的是將入口端的氣體抽真空降低壓力。一般真空泵用來抽取不凝氣、有毒氣體、制造真空；壓縮機用來輸送易燃易爆氣體或有毒氣體。

2 減頂壓縮機及減頂真空泵在運行中出現的問題及解決方法

減頂壓縮機、減頂真空泵開工運行了一年后，出現減頂壓縮機系統自帶的氣液分離器溫度高（70℃以上）、工作液流量低、壓縮機出口壓力波動等情況。減頂真空泵系統自帶的氣液分離器溫度高（70℃以上）、工作液流量低、入口真空度差等情況。經過現場判斷，懷疑是減頂壓縮機和減頂真空泵系統的水冷器管束堵塞造成工作液流量低，從而造成設備運行不正常。因為工作液流量是否正常決定了設備是否能正常運行，且水冷器管程走的是工作液，殼程走的是循環水。拆開減頂壓縮機和減頂真空泵系統的水冷器管箱后發現，管板表面有大量黑色結垢物和油泥，見圖3。大部分的管束已經被堵塞，這是造成工作液流量低的主要原因。對管板上黑色結垢物和油泥進行分析，發現成分比較復雜。其中有FeS、Fe2O3、粘泥等。

圖3 壓縮機水冷器管束嚴重堵塞

圖4 水冷器管束打壓時泄漏情況

此后對壓縮機和真空泵的水冷器殼程打壓，發現2臺水冷器的管束均有50%以上被腐蝕穿孔(圖4)。分析可知，管程走的是工作液，而減頂壓縮機和真空泵的工作介質是減壓塔頂氣。查看自開工以來至今減壓塔頂氣的成分分析可知，減頂氣中的硫化氫含量較高。化驗分析結果見圖5。

1) 冬筍收入。在合作社成立之前，農戶基本上不培育經營冬筍，竹林下草、灌木叢生；而在合作社成立之后，對所有基地竹林進行劈山撫育，2017年合作社又圍繞冬筍做文章，注冊“孝海竹珍”冬筍品牌，2017年11月至2018年2月，合作社生產冬筍13 882.5 kg，銷售額30.34萬元，除去挖筍成本15.40萬元，冬筍收入14.94萬元。

圖5 減頂氣胺洗前H2S含量趨勢圖

液體介質中硫化氫的濃度對碳鋼設備的腐蝕影響詳見表1，這種影響因環境不同而區別較大。

表1 硫化氫的濃度對碳鋼設備的腐蝕影響

由于壓縮機和真空泵系統的水冷器管束材質為20#鋼，碳鋼是不耐硫化氫溶液腐蝕的。鋼在硫化氫水溶液中發生電化學反應：

陽機反應： Fe-2e→Fe2+Fe2++S2-→FeS

Fe2++HS-→FeS+H+

陰極反應： 2H++2e→H2

水冷器碳鋼管束被硫化氫腐蝕穿孔以后，殼程的循環水因壓力高而漏入管束內，在長期的運行中，循環水由于不斷蒸發，水中的有害離子成倍增加，會導致結垢、腐蝕和粘泥滋生等危害。循環水中由于有溶解氧的存在，Fe與O2發生電化學反應生成Fe(OH)2，而Fe(OH)2很容易被氧化生成Fe2O3,所以在拆開管箱后一段時間發現，黑色結垢物中還有紅褐色產物。

鑒于現場壓縮機系統的冷卻器碳鋼管束已經被腐蝕嚴重，無法使用，裝置組決定對該水冷器管束材質進行升級。經過考察最終選定用海軍銅作為新管束的材料。海軍銅（HSn70-1）是一種鋅錫銅的合金。通常含有Cu70%、Zn29%、Sn1%，目的是為了提高黃銅的耐蝕性、強度、硬度和切削性等。這種材質對硫化氫溶液有非常好的耐腐蝕性。殼體走的是循環水，所以殼體鋼板選用Q245R，接管法蘭材質為20、16Mn，管板鍛件材質為16Mn。換熱管型號由原來的Ф10×1改為Ф12×1.5，換熱面積保持不變。自2011年11月份把減頂壓縮機和減頂真空泵的水冷器管束材質升級為海軍銅以來，設備運行一直比較正常，達到了預期的目的。

3 常頂壓縮機運行中出現的問題及解決方法

常頂氣壓縮機自2010年9月投用至2011年10月以來，運行一直比較平穩。壓縮機出口壓力滿足工藝需求，為0.3 MPa。出口流量在1000~2000Nm3·h-1。壓縮機入口壓力維持在10~20kPa。

2011年11 月份，裝置對常壓塔頂系統進行操作調整。將常壓塔頂罐的操作溫度由43℃提高至53℃，原因是常壓塔頂罐底出來的石腦油中會溶解一些不凝氣輕組分，而這些石腦油會被輸送到油罐中儲存，如果石腦油中溶解的輕組分過多，一旦環境溫度升高，這些輕組分將會大量揮發，給油品的儲存帶來很大的隱患，所以裝置在操作上做一些調整作為嘗試。

常頂氣壓縮機入口氣體正是從常壓塔頂罐來。在逐步提高常壓塔頂罐的操作溫度后一個多月，常頂氣壓縮機的出口壓力最高只能達到0.2 MPa，出口靶式流量計顯示低流量，甚至沒有流量，壓縮機入口壓力升至80~100kPa。壓縮機入口至火炬管網的壓力控制閥全開，常頂氣轉而去火炬排放。壓縮機處于零作功狀態。在重啟壓縮機后，運行前20min機組處于正常狀態，但運行一段時間后壓力就突然下降，其它機械性能（包括溫度電流）正常。壓縮機出口不起壓，壓縮機出口不見流量。打開工作液管線的放空閥發現有大量的氣體排出，類似于輕烴組分。當氣體排完后，才能見工作液排出，且工作液呈乳白色，乳化嚴重。

根據以上情況，裝置作出了以下幾個方面的判斷：（1）從設備本體考慮，是否存在設備部件故障。于是關閉壓縮機系統的進、出口閥門。從入口引入氮氣，啟動壓縮機后，氮氣在系統內循環，發現壓縮機出口能夠升到工藝需要的壓力。說明設備本體沒有問題。（2）從工作液方面判斷。把壓縮機系統原有的工作液全部排掉，重新往氣液分離器及壓縮機內注入干凈的水，再次啟動壓縮機，運行前20min機組處于正常狀態，但運行一段時間后壓力就突然下降，能明顯聽到壓縮機入口有喘振聲，壓縮機抽不上量。（3）懷疑氣液分離罐的分離效果不好，導致工作液帶油。拆開氣液分離罐的人孔，進去檢查后發現氣體入口的防沖擋板、罐內的隔板都是好的，罐內無異常情況。（4）懷疑壓縮機入口管線某處存在堵塞現象。可實際上壓縮機工作時，入口壓力為正壓。如果入口管線某處存在堵塞，入口壓力會抽成負壓。所以這種情況不可能。（5）懷疑壓縮機系統水冷器管束堵塞。在拆開水冷器管箱后發現，管束并沒有堵塞，且打壓后僅僅發現2根管束內漏。所以這個假設也排除了。（6）最后考慮到可能是常壓塔頂罐的操作溫度調整造成的影響。于是把常壓塔頂罐的操作溫度由53℃慢降低到43℃，再次啟動壓縮機，壓縮機出口壓力及出口流量都正常了。說明常壓塔頂罐的操作溫度對壓縮機的運行影響很大。當常壓塔頂罐的操作溫度由43℃提高至53℃時，常頂氣中的重組分自然會增多，這些重組分隨著常頂氣吸入壓縮機。

在正常壓力下被抽的常頂氣與這些重組分互不相溶。但壓力升高后，被抽氣體會溶于其中。這樣重組分隨工作液經換熱器進入壓縮機泵頭后經過高壓側壓縮時就把排氣側內的氣體吸收掉，從而造成排氣壓力下降。當溶解氣體的工作液到達壓縮機吸氣端的時候，隨著壓力降低，溶解的氣體又從工作液中釋放出來，釋放出來的氣體占據了本來用來抽氣的空間，從而造成機組不抽氣的現象。隨著時間加長，溶解在工作液中的重組分吸收氣體達到飽和狀態，造成吸氣過程中釋放的氣體和壓縮過程中溶解的氣體達到一個動態平衡。最終出現機組不抽氣但還是在不停做功的現象。

4 結論

對以后新建的常減壓裝置液環壓縮機/真空泵設備的操作及改進建議：

（1）常頂氣壓縮機之前的常頂產品罐工作溫度不宜過高，一般建議為40~45℃。

（2）對于硫含量比較高的常減壓裝置，如果選用液環壓縮機/真空泵時，必須要求廠家把系統內的水冷器管束材質升級為耐硫化氫腐蝕的材質。

（3）壓縮機/真空泵系統的加注工作液管線加一個電磁閥，使氣液分離罐的工作液界面信號能控制電磁閥的開啟，當工作液界面低時，電磁閥自動打開；工作液界面高時，電磁閥自動關上。這樣可以減少操作人員的工作量，也利于安全運行。

（4）現有系統中的氣液分離罐的工作液界面計為磁翻板液位計，操作人員只能在現場查看液面。在日常使用中，分離罐內的輕組分會進入液面計中，液面計內帶壓，液面計中的浮子在壓力的作用不能上浮，導致液位不準。建議更換為雙法蘭液面計，且液面數據引入DCS系統。

[1] 李世軍，楊紅霞，崔亞新.2BG115型液環式氯氣壓縮機在液氯生產中的正確使用[J].中國氯堿，2006，（11）：41-42.

[2] 馬貴文.換熱器硫化氫腐蝕的防護[J].石油和化工設備，2004，（4）：56-58.

Fault and Processing of Liquid Ring Compressor / Pump in Atmospheric Vacuum Unit

MEI Jun,LI Qi-Feng
（PetroChina Guangxi Petrochemical Company，Qinzhou 535000，China）

TE 96

B

1671-9905(2012)06-0060-04

梅軍，男，助理工程師，就職于中國石油廣西石化公司，電話：15907773082,E-mail: meijun@petrochina.com.cn

2012-03-30