PSA裝置解吸氣壓縮機轉子結垢原因分析

白曉磊 王建禹

摘要：PSA裝置解吸氣壓縮機組K401壓縮機轉子多次出現結垢影響機組正常運行，進而影響到裝置正常生產。通過對結垢成分和成因的分析，找出結垢成分來源，從源頭對結垢問題進行治理，取得良好效果。

關鍵詞：PSA ??壓縮機 ???結垢

一、裝置及設備概況

大慶煉化公司50000Nm3/h煉廠混合氣氫提濃（PSA）裝置是60萬噸/年柴油加氫改質裝置的配套裝置。本裝置原料為催化瓦斯、重整氫氣、甲醇廠氫氣、加氫高、低分排放氣，主要生產氫氣，副產解吸氣。

裝置主要流程說明：煉廠混合氣在0.8MPa（絕對壓力），50℃條件下進入本裝置，首先經原料氣冷卻器（E0401）將氣體溫度冷至40℃，再通過氣液分離器（V0401）分離掉氣體中夾帶的液態物質后，進入預處理系統脫除掉氣體中的二乙醇胺及部分С5+烴類，再進入由10個吸附器及–組程控閥組成的變壓吸附系統。

PSA系統的解吸氣來自吸附塔的逆放及抽真空階段，逆放前期壓力較高（≥0.15MPa）的解吸氣排入解吸氣緩沖罐（V0403），再經調節閥PV-6005A降壓后與壓力較低（≤0.15MPa）的解吸氣–起排入兩臺并列的解吸氣混合罐（V0404 A、B）。

逆放結束后，進入抽真空階段，通過四臺水環真空泵對吸附床層進行抽真空，使吸附的雜質進行更徹底的解吸。真空泵排出的解吸氣，經水分離罐分離夾帶水后，同逆放后期的解吸氣一同進入解吸氣混合罐（V0404 A、B）。在解吸氣經解吸氣混合罐（V0404 A、B）中進行氣液分離后，解吸氣連續穩定地送至解吸氣壓縮機K401。解吸氣壓縮機K401把PSA裝置解吸氣通過壓縮機輸送到瓦斯管網。

解吸氣壓縮機采用的是錦西化工機械廠生產的離心式壓縮機（型號7H-7C）。為兩段七級水平剖分結構，壓縮機主要由：轉子、葉輪、隔板（包括擴壓通道）、軸承（支撐軸承和止推軸承）、密封元件、平衡盤、缸體等部分組成。

二、結垢情況

因壓縮機轉子結垢，2018年停機檢修三次，2020年停機檢修兩次，且一、二段出口冷卻器因結垢壓降逐漸上升影響壓縮機效率，導致解吸氣壓縮機無法達到設計負荷，進而影響裝置滿負荷生產。結垢問題已成為制約PSA裝置解吸氣壓縮機長周期運行的瓶頸，進而影響到PSA裝置正常生產，PSA裝置承擔著大慶煉化公司多套加氫裝置氫氣供應任務，一旦PSA裝置出現停工，將嚴重影響公司正常生產。

三、垢塊成分分析

轉子及冷卻器所結垢塊均為硬質垢塊，不易清理，垢塊硬度較高。

取清理下的垢塊分別用汽油、酒精和水進行實驗，均不能溶解。

將垢塊粉末進行成分分析，主要成分是活性炭的炭粉。

四、結垢成因分析：

大量的細小炭粉與水蒸氣混合在壓縮機吸入室及一級吸入口處，壓力和流速急速變化，水蒸氣凝結，與炭粉混合，均勻粘在葉輪入口處，結垢逐漸增厚，結垢時一般呈現均勻結垢，壓縮機振動一般只有小幅度的上漲，但隨著垢塊逐漸增厚，受轉子離心力的影響，一旦垢塊脫落，壓縮機轉子動平衡被破壞，振動急速上漲，甚至達到接近或超過停機聯鎖值，嚴重影響壓縮機平穩運行。

五、結垢成分來源

（一）活性炭炭粉來源

PSA裝置吸附塔使用活性炭分子篩作為催化劑，分子篩強度不足破碎后，將被帶到解吸氣中，炭粉顆粒較小，而壓縮機入口過濾器精度較低，致使大量的活性炭炭粉進入壓縮機入口。

（二）水蒸氣來源

從裝置工藝流程可以看出，自裝置進料至解吸氣進入壓縮機，工藝流程中只有水環真空泵抽真空過程介質氣與水有接觸。水環真空泵必須使用水作為工作液。PSA裝置水環真空泵真空度約為200mbar（A），設計工作液溫度為35℃，現場實測真空泵工作液溫度為42℃，超出設計溫度，導致大量工作液揮發。揮發出的水蒸氣無法通過解吸氣混合罐（V0404 A、B）脫液分離，隨解吸氣進入壓縮機。

六、已采取的措施及實施效果

（一）全開工作液冷卻水，降低工作液溫度至35℃左右，減少水蒸氣揮發。

實施效果：自實施該措施以來，因水蒸氣減少，轉子結垢不易附著在轉子上，壓縮機轉子結垢速度明顯減緩，自2020年10月至2021年4月，6個月時間機組運行平穩，壓縮機最高振動僅27微米。

（二）壓縮機采購一個新轉子，檢修時直接更換新轉子，舊轉子除垢清理后做高速動平衡后備用，可以減少檢修時間3天以上，減少了檢修損失。

七、進一步措施

（一）在2023年裝置停工大檢修期間更換新的催化劑，并加強質量管控和施工管控，減少出現催化劑破碎情況，從而從根本上減少結垢的可能。

（二）研究在壓縮機入口增加過濾器或其他除塵手段，在不大幅度增加入口壓降的情況下，盡量減少進入壓縮機的催化劑細粉。

八、總結

通過對解吸氣壓縮機轉子結垢成因進行分析，從源頭有針對性的提出了解決措施，解決措施合理有效，相信在后續措施繼續推進實施后將使壓縮機轉子結垢問題得到徹底解決。

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