重整氫增壓機結焦設備故障分析及消減措施探討

劉增慶，李 進，黃宏林

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

中國石油寧夏石化公司600 kt/a 連續重整裝置于2011 年12 月建成投產。該裝置主要包括原料油預處理、重整反應、催化劑再生和產品分離四個主要工序，以常壓蒸餾裝置來的直餾石腦油和柴油加氫精制裝置來的加氫石腦油為原料，采用UOP 超低壓連續重整工藝技術，生產RON（C5+烴）大于100 的高辛烷值重整生成油并副產含氫氣體為加氫裝置提供氫源。

該裝置再接觸單元中的重整氫增壓機（K-202A/B）吸排氣閥頻繁結焦導致排氣溫度高報警。2012 年8 月4 日以來，由于結焦問題日常檢修60 次，檢修備件總費用已超過280 萬元。2014 年12 月以來累積檢修12次，給裝置的平穩運行造成了極大的威脅。檢修過程發現壓縮機吸排氣閥、吸排氣腔、活塞腔、頂閥罩、壓閥蓋及活塞頭皆有大量的黑色結焦物。本文重點分析了結焦造成機組故障的原因，結合機組檢修及運行情況，從工藝調整和設備改造方面提出了預防措施和建議。

1 再接觸流程說明

自重整產物分離罐頂部出來的含氫氣體經重整氫增壓機增壓后送至一號再接觸罐，從重整產物分離罐底部出來的反應生成油用泵升壓后進入二號再接觸罐和氫氣再次接觸后，靠壓差自壓至一號再接觸罐和氫氣重新平衡后送入脫戊烷塔。在再接觸操作中，反應生成油和含氫氣體在兩個壓力等級下進行接觸，使含氫氣體中的部分烴類溶解在重整生成油中，提高產氫純度，同時增加液體產品收率。為達到更好的提純效果，其中第二級再接觸是在冷凍條件下進行的，本裝置設置了一套氨冷凍系統為其供冷。再接觸流程（見圖1）。

圖1 2208-K202 系統流程圖

表1 重整氫組分

2 設備情況

2.1 設備參數

型號：4M80-172.7/4-11.6-77.4/10.6-23.6-BX，曲軸轉速：300 r/min，各級吸氣壓力：0.4 MPa/1.06 MPa，各級排氣壓力：1.16 MPa/2.36 MPa，各級吸氣溫度：32.3 ℃/38.3 ℃，各級排氣溫度：126 ℃/108 ℃。介質為重整氫，組分（見表1）。

圖2 2208-K202 隨時間溫度檢修情況趨勢

2.2 使用狀況

2012 年8 月4 日之前，壓縮機基本運行平穩，之后檢修開始頻繁。截止2014 年11 月機組隨時間和每月平均溫度變化的檢修情況（見圖2），結合實際檢修情況，隨著環境溫度的變化，機組一級進氣溫度一般在18 ℃～49 ℃，進氣溫度越高，檢修的頻率越高；但也不能排除系統惡化導致環境溫度的影響已不再重要，2014 年12 月以來溫度低但檢修反而更加頻繁。

3 故障分析

3.1 吸排氣溫度高

結合現場檢修情況，一二級吸排氣溫度高的原因分析如下：

（1）直接原因：閥片斷裂、破碎變形造成氣閥密封變差，同時斷裂的部分碎片卡在氣體流道，造成閥片被支撐無法完全與密封槽接觸，部分高溫壓縮氣在反復性地進出吸排氣氣閥造成進氣溫度升高、壓縮氣溫度更高以致排氣溫度高報警。

（2）間接原因：吸排氣閥有大量的結焦，各級氣閥上形成的大量結焦物，由于結焦物的不均勻性，結焦物對氣閥閥片的局部形成較大的粘貼拉力，閥片局部長時間受力造成閥片疲勞斷裂；再者，活塞環局部失去了浮動密封能力，磨損甚至局部斷裂，活塞環與缸套間隙增大，在壓縮的過程中同列前后壓縮腔內氣體互串，造成排氣溫度大幅度上升，加快了結焦速率。

（3）根本原因：重整反應催化劑活性失衡，物料裂化產生不飽和烯烴的比率增加，不飽和烯烴在壓縮機吸排氣閥局部高壓高溫條件下易發生聚合反應，生成相對分子質量分布比較集中的大分子量黑色聚合物[1]，聚合物在輕烴類揮發后變成塊狀且研磨易碎成粉末。

3.2 備件損壞

機組備件損壞主要有閥片的斷裂、破碎、變形，彈簧的變形，氣閥密封槽的穿透，活塞環的嚴重磨損斷裂，填料環組失去彈性，軸瓦脫塊等，部分部件損壞情況（見圖3），下面就損壞原因做一些簡單的分析：

（1）氣閥閥片的斷裂、破碎、變形有以下三個原因：①在機組運行期間，閥片逐漸結焦，分布不均勻結焦物長時間對閥片局部粘貼拉力使閥片變形斷裂；②斷裂的閥片碎片卡在氣體流道，對閥片其他部位進行擠壓變形斷裂；③選擇性檢修高溫部位氣閥，但實際上其他吸排氣閥已有結焦，只是還未造成閥片斷裂或斷裂不明顯。當壓縮機停機檢修時，結焦物溫度下降黏性增大開始變硬，閥片的粘貼力增強，檢修結束開機時，閥片上下運動時局部受到較大的拉力致使閥片變形斷裂，這也是造成機組頻繁檢修的主要原因。

（2）彈簧的變形：斷裂的閥片碎片以及塊狀的結焦硬塊卡在閥片和閥座之間對彈簧進行不斷的受力擠壓造成變形。

（3）密封槽的穿透：斷裂的碎片卡在氣體流道上，碎片受閥片和氣體的沖擊對密封槽邊緣密封線不斷的沖擊造成變形穿透；另一方面，檢修更換的閥座在清洗研磨后容易發生銹蝕，造成密封線受損，這也是加快閥槽穿透的其他原因。

（4）活塞環的嚴重磨損斷裂：結焦物附著在活塞環卡槽內側，將活塞環局部粘貼在卡槽內部，活塞環失去了浮動密封能力，造成活塞環局部位置與氣缸之間產生較大間隙，間隙內開始結焦且結焦物表面粗糙，摩擦增大造成活塞環磨損加速甚至靠氣缸下端活塞環斷裂。

（5）填料環組失去彈性：結焦物通過填料密封環與活塞桿之間的浮動間隙進入填料環組，逐漸在填料環組內堆積最終使填料盒內各組件粘為一體，組件內的O 圈和彈簧失去彈性作用導致填料環沒有浮動密封能力。

（6）軸瓦脫塊：大型壓縮機啟機，軸瓦瞬間受到較大的機械沖擊力，頻繁啟動，使得軸瓦局部巴氏合金鍍層多次沖擊后應力變形逐漸產生裂紋，在沖擊力作用下鍍層最終與殼體母基材料分離脫落（見圖3）。

4 預防措施

結合機組運行和檢修過程中發現的問題，針對降低壓縮機入口溫度和重整氫烯烴組分兩個主要方面做了調整并提出預防緩解措施：

4.1 工藝調整

經過綜合分析壓縮機頻繁結焦積碳、重整生成油辛烷值低等問題的根源在于重整催化劑活性降低，鉑分散不均勻，水氯失衡。圍繞恢復催化劑活性這一主題做出以下一些重大的工藝調整，并取得了顯著的效果：

（1）更換再生空氣干燥器內的干燥劑，嚴格控制進入再生器燒焦空氣水含量，減少催化劑氯流失。

（2）提高再生器氧氯化段溫度，調整催化劑循環速率80 %→75 %→70 %→65 %→70 %和再生煙氣氧含量0.6 %→0.7 %，最終提高再生催化劑碳含量。

（3）調整重整反應溫度512 ℃→515 ℃，提高重整反應溫降。

（4）提高再生注氯量由0.37 kg/h→0.46 kg/h，提高催化劑酸性功能。

（5）降低1 號和2 號還原器電加熱器出口溫度，提高空氣電加熱器的出口溫度，控制催化劑在再生器內各段的溫度。

圖3

通過以上長期優化調整，重整生成油辛烷值升高，K202B 已正常連續運行76 d 且兩級進出口溫度平穩正常。根據R-234 催化劑的使用年限和性能變化，更換催化劑或使用其他類型催化劑。

4.2 設備改造

將1 號、2 號再接觸空冷器以及重整氫增壓機入口空冷器由干式空冷改造為濕式空冷，盡量降低機組各級進氣溫度，將機組一級入口溫度控制在（20±5）℃范圍之內。壓縮機入口分液罐可以改造為容積更大的分液罐，增加罐入口與除沫器之間的間距，增大除沫器絲網目數或增加除沫器的高度或更換除沫器的材質等，提高氣液沉降高度和分離效果，起到緩解作用。

4.3 氣閥改造

壓縮機氣閥原設計為賀爾碧格普通的CS 系列氣閥，此系列氣閥閥片結焦物容易聚積，可以改造為CT、CE 系列或其他類型的氣閥，降低結焦物在氣閥上的聚積速率：

（1）CT 系列氣閥彈簧布置在最外圈，對相對分子質量無限制，彈簧和彈簧片可以幫助閥片從閥蓋上剝離，抗油黏滯好。

（2）CE 系列氣閥通流特性好，節能；抗液擊，抗油黏滯；閥環有導向，減少傾側運動；彈簧有導向環，較粗壯；適合大相對分子質量介質。

就非金屬閥片而言，主要是防止硬質顆粒對閥片的損壞，但非金屬閥片脆性大且抗拉強度差，所以各級排氣閥閥片可以考慮改為金屬閥片。

4.4 檢修措施

合理得當的檢修方式也能減少費用，增加機組運行周期：吸氣閥檢修高溫部位，排氣閥分級分列全部檢修；先安裝吸氣閥，再安裝排氣閥；對拆卸的壓閥蓋必須更換新O 圈，盡量減少用氣動工具緊固壓閥蓋螺栓；將研磨清洗好的備用氣閥用防銹袋包裝起來或浸沒防銹油。

5 結語

化工企業是高危行業，煉化企業應在裝置設備安全方面做出更大的努力，解決設備重大隱患，以免造成更大的經濟損失和人員傷亡。就生產過程中發現的設備問題，要不斷的總結改造。

［1］ 馬瑛，郭躍.大連石化重整氫增壓機結焦油原因分析及消除措施建議［J］.中外能源，2010，15（3）：89-91.