螺桿壓縮機系統析硫原因及解決措施

李久志

（中海油惠州石化有限公司儲運部，廣東惠州 516086）

1 火炬氣回收系統概況

火炬氣回收單元內主要設備有20 000m3維金斯型干式氣柜和4臺螺桿壓縮機，規格為2臺30m3/min和2臺60m3/min。4臺壓縮機密封均采用雙端面干氣密封，主密封氣和前置氣均采用氮氣。火炬氣回收單元對全廠放空的碳氫火炬氣進行回收再利用。

2 壓縮機系統析硫現象

2017年10月，C機干氣密封驅動端前置氣壓力變大，前置氣量無法保證15m3/h，平衡管溫度低，前置氣壓力高流量降低的原因是由于平衡管堵塞所致。2017年11月22日，C機平衡管與前置氣壓差突破報警值0.2MPa，平衡管溫度低，停機拆檢平衡管，發現有垢樣物完全堵塞平衡管（見圖1）。2017年11月，A機解體維修發現驅動端迷宮密封處有黃色的垢樣物，拆檢壓縮機出口氣液冷卻器，發現氣液冷卻器腔體內及管束間同樣存有大量的黃色垢樣（見圖2）。

圖1 垢樣物位置

圖2 黃色垢樣物位置

3 壓縮機系統堵塞垢樣物分析

采集垢樣物，對采集物進行成分分析，見表1。從成分分析結果來看，硫磺成分高達90.2%。其他物質為烷烴化合物和少量鐵的氧化物，確定堵塞物主要是單質硫。

表1 成分分析結果

4 壓縮機系統析硫機理及原因分析

4.1 析硫機理

通過查文獻，發現單質硫形成的機理有二，其一是因硫化氫具有還原性，在液相含水環境中，易與氧化性介質反應生成單質硫，見反應機理a[1]。基于這種反應機理，推測單質硫的存在是由于放空的火炬氣中硫化氫、水、氧氣發生反應而形成了單質硫。其二是從垢樣物分析成分來看里面還有少量鐵的氧化物，單質硫的來源也有可能是鐵離子和氧氣在液相中將硫化氫直接氧化成單質硫，見反應機理b[2]。

反應機理a：火炬氣中的硫化氫溶于水后，電離出的HS-和氧氣反應生成單質硫或硫代硫酸鹽。HS-被氧化成單質硫過程中，先生成S的單原子，單原子S兩兩之間進行化合而生成S2分子，S2分子進一步與S原子化合生成S4、S6。直至形成穩定性最強的S8分子，無數的S8分子聚合形成穩定的硫顆粒。

反應機理b：目前有一種絡合鐵液相氧化脫硫工藝，是利用鐵離子和氧氣在液相中將硫化氫直接氧化成單質硫。在反應過程中，催化劑中的三價鐵離子被還原成二價鐵離子，再利用氧氣將二價鐵離子氧化成三價鐵離子而使失活的催化劑得以再生循環利用。

從以上兩個反應機理來看，形成單質硫的必要條件均需要以下因素：硫化氫、氧氣、液相環境。

4.2 壓縮機系統析硫原因分析

對氣柜火炬氣及壓縮機火炬氣進行多次采樣分析，見表2。從分析結果看氧氣含量明顯異常，火炬氣中同樣含有硫化氫，但其含量沒有明顯變化。同時對火炬氣進塔脫硫前的位置進行采樣分析，見表3，其中氧氣含量高達近9%。確定螺桿壓縮機系統析硫主要因為火炬氣中氧氣含量異常偏高所致。

表2 氣柜及壓縮機出口火炬氣分析表

表3 進脫硫塔前火炬氣分析表

考慮火炬氣放空中會攜帶少量的水汽，例如各裝置吹掃蒸汽、閃蒸汽攜帶等。同時分析炬氣中含有C4和C5+的成分。證明火炬氣中含有C5+的存在，火炬氣經過壓縮機升壓后進入換熱器，因壓力升高且溫度降低，產生液相環境，推測是C5+含量高也可導致瓦斯氣易析出液態水。有資料顯示利用流程模擬軟件Aspen HYSYS對過程進行模擬，當可燃氣含水質量分數達0.95%，壓縮機易析出液態水。二者為析硫反應的形成提供了必要條件。

4.3 排查異常的氧氣來源

對各裝置排放的火炬氣進行采樣分析，發現脫硫脫硫醇（Ⅱ）裝置C402出口排放火炬的脫硫醇氧化尾氣中氧氣含量偏高，達7%。其余裝置火炬氣排放正常，確定了火炬氣中大量氧氣來源。

5 解決析硫措施及成果

5.1 解決措施

（1）2018年1月9日，脫硫脫硫醇（Ⅱ）裝置脫硫醇氧化尾氣由排放火炬放空系統改排放催化裝置處理。

（2）安排每周對氣柜內火炬氣進行采樣、分析。一旦發現氧氣含量超過2%，立即組織排查，消除非正常排放源。

5.2 解決成果

通過采取以上措施，壓縮機系統析硫堵塞現象逐漸消失，自2018年2月份以來壓縮機機系統從未發生析硫堵塞現象，主要體現在以下幾個方面：

（1）2018年1月16日，壓縮機B拆機檢查過程中未發現堵塞物。

（2）壓縮機機組運行平穩，前置氣和平衡管壓差表沒有出現差壓高報情況。

（3）氣柜內瓦斯氣采樣分析，氧氣含量在0.03%左右。

5.3 整改建議

根據SH3009--2013石油化工可燃性氣體排放系統設計規范，針對壓縮機系統析硫問題提出以下整改建議：

（1）定期對各裝置的放空氣體進行采樣分析，掌握各裝置的排放情況。

（2）對壓縮機出口及氣柜內火炬氣定期采樣分析。如發現放空氣中存在C5及以上烴類或氧含量異常偏高（高報值1.5%），應組織排查，消除非正常排放來源。

（3）優化裝置工藝流程，避免固體顆粒物進入排放系統。

（4）在火炬氣進入氣柜前增設氧分析儀，一旦火炬氣內氧氣含量超標，立即停止收氣，防止因氧氣含量高發生析硫反應問題。