加氫裂化往復壓縮機出口壓力高的原因分析及改進措施

張強

(中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，新疆烏魯木齊830000)

加氫裂化往復壓縮機出口壓力高的原因分析及改進措施

張強

(中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，新疆烏魯木齊830000)

通過對壓縮機故障排除、對比等方法展開分析，總結出了原因，并采取相應有針對性的措施，有效的解決了新氫一級出口壓力高的問題，保證了壓縮機的安全長周期運行。

出口壓力高；措施；長周期；壓縮機

1 引言

300萬t/a直餾柴油加氫裝置自2009年開工以來，壓縮機已經(jīng)連續(xù)運行5年多，運行狀況一直比較穩(wěn)定。但由于近期受到運行環(huán)境和生產(chǎn)操作的影響，壓縮機出現(xiàn)了異常狀況。目前出現(xiàn)最大的瓶頸是K-101A運行中新氫一級出口壓力偏高，已經(jīng)達到了設計報警值，壓縮比大，給壓縮機的長周期運行帶來安全隱患。本文通過分析，總結出新氫一級出口壓力高的主要原因是生產(chǎn)操作的變化以及新氫一級入口溫度過低造成的，并相應采取了有效措施，消除了隱患。

本裝置壓縮機為德國諾曼埃索公司生產(chǎn)的對稱平衡型往復式壓縮機，型號為2+1SVL320，壓縮機共有4個氣缸，分別為2個新氫缸，2個循環(huán)氫缸，新氫為兩級壓縮，循環(huán)氫為一級壓縮。壓縮機正常運行時新氫一級入口壓力為2.42 MPa，出口壓力4.8 MPa，新氫一級出口壓力設計高報警值為4.9 MPa，聯(lián)鎖值為5.15 MPa，壓縮機運行主要參數(shù)見表1。

2 新氫一級出口壓力高、壓縮比大的現(xiàn)象

壓縮機K-101A自2014年11月起，新氫一級出口壓力開始出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，已經(jīng)達到聯(lián)鎖報警值4.9 MPa，并出現(xiàn)頻繁報警的情況，圖1為11月1日～20日K-101A新氫一級出口壓力趨勢圖，圖2為新氫一級缸壓縮比，從圖中可以看出新氫一級出口壓力在4.9 MPa上下波動，超出了壓縮機設計的正常壓力范圍，新氫一級缸壓縮比已經(jīng)超過設計最大值2.0以上，如果壓縮比長期超過設計值壓縮機，出口溫度會超溫致使氣閥積炭，并出現(xiàn)氣閥泄漏等嚴重后果。

3 設備狀態(tài)檢查

3.1 氣閥狀態(tài)監(jiān)測

從壓縮機DCS參數(shù)上看新氫一級出口溫度一直在80℃左右，并沒有出現(xiàn)溫度上升或異常波動情況。車間對K-101A新氫二級吸氣閥、排氣閥溫度和振動值進行現(xiàn)場監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)都在正常范圍（見表2），同時鉗工對K-101A進行現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)有異常狀況，說明壓縮機新氫二級運行正常，不存在二級氣閥故障竄氣的可能。

3.2 活塞環(huán)檢查

壓縮機新氫一級出口壓力高，也有可能是新氫二級缸活塞環(huán)磨損漏氣，鉗工對新氫二級缸活塞環(huán)進行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的磨損，同時更換了活塞環(huán)，仍然沒有解決新氫一級出口壓力高的問題。由于鉗工經(jīng)過數(shù)次檢修，故障還是沒有徹底解決，決定從裝置的生產(chǎn)操作、壓縮機的運行環(huán)境等多方面入手展開原因分析，并采取相應措施。

4 原因分析

4.1 系統(tǒng)氫氣壓力影響

根據(jù)對前期系統(tǒng)氫氣壓力的數(shù)據(jù)查詢，與目前數(shù)據(jù)對比，目前系統(tǒng)氫氣壓力偏高，前期系統(tǒng)氫氣壓力基本維持在2.38～2.43 MPa左右，而目前維持在2.41～2.45 MPa之間。進入11月份，系統(tǒng)氫氣壓力一直維持在2.42 MPa左右，圖3為2014年11月10日至20日K-101A新氫一級入口壓力波動圖，由于新氫一級入口壓力偏高，故新氫一級出口壓力也會偏高。

4.2 新氫壓縮機出口背壓的影響

從11月份開始，300萬t/a直餾柴油加氫裝置加工量維持在375t/h，達到該裝置設計的最高負荷。由于加工量大，體積空速增加，反應系統(tǒng)壓降增大。加之目前裝置生產(chǎn)國Ⅳ柴油，反應深度增加，耗氫量增大，氫油比增加，也導致了反應壓降增大，表3為11月1日至9日反應系統(tǒng)壓降情況。鑒于受到目前生產(chǎn)操作的影響，壓縮機K-101A新氫二級出口背壓達到了8.0 MPa以上，間接影響了新氫一級出口壓力。

4.3 級間冷卻溫度的影響

圖4是K-101A新氫兩級缸壓縮做功曲線圖，p1為新氫入口壓力，p2為新氫一級出口壓力，p3為新氫二級出口壓力，由pv=NRT可知，當新氫二級入口溫度T降低，p2會減小，此時二級入口吸入狀態(tài)由a點移動打b點。從圖中可以看出降低新氫二級入口溫度，新氫一級缸做功會下降；反之新氫二級入口溫度過高，則新氫二級缸做功降低，一級缸做功增加，一級出口壓力增高。

目前新氫二級入口溫度經(jīng)級間冷卻器E-108A冷卻后溫度在40℃以上，2014年11月26日，車間調(diào)節(jié)E-108A循環(huán)水量，關小循環(huán)水，新氫二級入口溫度緩慢上升，最高上升到45℃，這時新氫一級出口壓力也開始上升，最高上升到5.05 MPa，已經(jīng)接近聯(lián)鎖值?？梢娦職涠壢肟跍囟炔灰诉^高，一般來說，新氫二級入口溫度應該盡量接近一級入口溫度，這樣壓縮機新氫兩級缸做功較為平衡。

4.4 級間容器帶液影響

300萬t/a直餾柴油加氫裝置外來新氫純度都在95%以上，經(jīng)過PSA提純后氫氣純度都達到了99%以上，而且C4及以上組分較少（表4為系統(tǒng)外來氫氣組分），壓縮機在壓縮冷卻過程中基本上不存在氣體凝液，影響壓縮機效率和運行狀態(tài)。

新氫一級氣缸所注的潤滑油隨著壓縮介質進入級間冷卻系統(tǒng)，隨著時間的積累，級間分離器及緩沖罐都會出現(xiàn)大量的潤滑油和少量介質凝液，液體占去了冷卻系統(tǒng)部分容積，尤其是級間分離器V-137A容積小，如果出現(xiàn)帶液不及時切除，會導致新氫一級出口背壓上升，壓縮機K-101A級間冷卻設備流程圖，如圖5所示，所以級間設備帶液或者不暢都會影響新氫一級出口壓力。

4.5 新氫一級入口溫度影響

壓縮機壓縮一定壓力和一定體積的氣體，如果氣體溫度T降低，氣體密度會增大，則同等體積氣體的摩爾數(shù)N會上升，由理想氣體狀態(tài)方程pV= NRT可知，壓力p會上升。

冬天外部環(huán)境溫度低，系統(tǒng)氫氣溫度已經(jīng)降低到0℃以下，較夏天時溫度大幅度下降。新氫緩沖罐氫氣另一路是返回氫補充，壓縮機把壓縮過的多余新氫通過二返一控制閥返回至新氫入口，正常開度在65%左右。由于前期裝置摻煉催化柴油，系統(tǒng)耗氫量增大，壓縮機二返一控制閥關小，最低關到5%以下，這樣使新氫一級入口溫度降低。目前新氫入口溫度在10℃左右（表5為新氫一級入口溫度和一級出口壓力對應表），可以看出在新氫一級入口壓力相對穩(wěn)定狀態(tài)下，新氫一級入口溫度越低，一級出口壓力越高，壓縮比越大。

5 采取措施

5.1 降低新氫入口壓力

新氫入口緩沖罐V-106壓力控制采用分程控制（圖6為新氫緩沖罐壓力控制圖），PC1014B在0-100%作用于2個控制閥，當PC1014B在0%～50%信號時，作用于PV1014B即排火炬控制閥，新氫排瓦斯控制閥處于隔離狀態(tài)。目前將新氫緩沖罐V-106排火炬壓力PC1014B給定值由原來的2.48 MPa降至2.45 MPa，減小新氫壓力過高對新氫一級出口壓力的影響。

5.2 降低壓縮機出口背壓

2014年11月10日車間對高壓換熱器進行了水沖洗，通過降低反應系統(tǒng)壓降，降低壓縮機新氫二級出口背壓（表6為高壓水沖洗高換后的壓縮機參數(shù)）。11月24日車間將反應壓力由平時正常的5.69 MPa降至5.65 MPa，目的還是通過降低壓縮機新氫二級出口背壓來降低新氫一級出口壓力，壓縮機出口背壓由原來的7.81 MPa降至7.74 MPa。由于加工量大，11月28日加工量由375 t/h降至360 t/h，新氫二級出口背壓由7.78 MPa降至7.71 MPa。

5.3 降低級間冷卻溫度

適當開大E-108A循環(huán)水，降低新氫二級入口溫度。目前全開E-108A進出口循環(huán)水，新氫二級入口溫度由原來的最高40℃下降至30℃左右。

5.4 級間容器定期排液

在壓縮機K-101A檢修中，發(fā)現(xiàn)新氫二級入口緩沖罐V-135A帶液較多，說明新氫一級缸注油量多，車間適當調(diào)節(jié)新氫缸注油量，并定期對壓縮機各緩沖罐切液。新氫級間分離器V-137A改為定期手動切液，保證級間容積系統(tǒng)通暢。同時還要密切關注外來新氫組分變化，保證新氫純度在95%以上。

采取了以上措施，雖然新氫一級出口壓力有一定的下降，但是并沒有徹底解決其壓力間斷高報警的問題，尤其是晚上環(huán)境溫度低，新氫一級入口溫度較低時，報警最為頻繁，車間決定從如何提高新氫一級入口溫度著手展開分析。

5.5 提高新氫一級入口溫度

5.5.1 提高二返一氫氣冷后溫度

壓縮機新氫一級入口氫氣有兩部分組成，一部分是系統(tǒng)外來氫氣；另一部分是二返一返回氫氣。目前通過關小E-110A循環(huán)水量來提高二返一返回氫氣溫度，適當提高新氫一級入口溫度。目前壓縮機新氫二級出口溫度90℃左后，經(jīng)過E-110A冷卻后溫度控制在40℃左后。

5.5.2 增大二返一開度

從10月份開始裝置摻煉催化柴油，耗氫量增加，根據(jù)自動調(diào)節(jié)壓縮機二返一控制閥開度小，返回氫氣量減少。11月20日開始逐漸降低摻煉量，使二返一控制閥開度增大，增大氫氣返回量，提高新氫一級入口溫度。

5.5.3 增加系統(tǒng)新氫管線伴熱

考慮到冬天循環(huán)水不能關的太小，防止循環(huán)水流速太低而發(fā)生凍凝，通過關小E-110A循環(huán)水來提高二返一氫氣溫度效果不明顯；由于二返一控制閥在平時最大開度67%情況下，流量也很小，對提高新氫入口溫度也有限。通過上述措施，新氫入口溫度在10℃左右波動，較之前提高3℃左右，新氫一級出口壓力變化不大。

為了較大幅度提高新氫一級入口溫度，車間投用了K-101A新氫一級入口蒸氣伴熱線，見圖7。8#-5為K-101A新氫一級入口管線伴熱給氣。并且新增系統(tǒng)新氫伴熱線，從8#蒸氣伴熱盤管引兩路蒸氣分別給新氫緩沖罐V-106入口管線伴熱和V-106罐體伴熱，見圖7，8#-9為系統(tǒng)新氫至V-106伴熱給氣，8#-10為系統(tǒng)新氫和V-106罐體伴熱給氣。

12月12日車間投用新增系統(tǒng)伴熱線，系統(tǒng)新氫溫度從0℃以下提高到10℃左右，由圖8可以看出，新氫一級入口溫度由原來的8℃上升到18℃，效果十分明顯。隨著新氫一級入口溫度的提高，一級出口壓力下降到4.8 MPa左右，穩(wěn)定在了正常范圍。

6 效果檢驗

通過對提高壓縮機新氫一級入口溫度，降低新氫壓力，降低系統(tǒng)背壓，降低級間冷卻溫度等各項相關措施的執(zhí)行，目前K-101A新氫一級出口壓力穩(wěn)定在4.7 MPa左右，壓縮比保持在了2.0以下，各項參數(shù)正常。

7 結論

通過對K-101A新氫一級出口壓力偏高報警的原因分析，從工藝操作各項參數(shù)分析、設備現(xiàn)場檢查各項檢測數(shù)值等方面著手，排除了干擾影響因素，及時采取了有針對性的有效措施，特別是新增氫氣伴熱線，此項措施大幅提高了新氫一級入口溫度，取得了很好運行效果。此新氫壓縮機是裝置關鍵機組，關系著裝置工藝系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行，如果此問題繼續(xù)困擾，隨時都有可能發(fā)生聯(lián)鎖反應停機和裝置停工，將會嚴重影響裝置的正常生產(chǎn)，此次對策采用后，從K-101A近2個月的運行觀察看，新氫一級出口壓力始終穩(wěn)定在4.8 MPa左右，且運行狀況良好，已經(jīng)徹底解決了新氫一級出口壓力高、壓縮比大的問題，降低了壓縮機的檢修次數(shù)，延長了壓縮機的運行周期，降低了檢修成本，達到了降本增效的目的同時也減少工作維護量，保證了裝置長、安、穩(wěn)、滿的運行。

[1] 安定綱.往復式壓縮機技術問答[M].北京：中國石化出版社，2005.

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[3] 王書磊.往復式壓縮機級間壓力低的研究[J].化學工程與裝備，2013,（5）.

Reason Analysis of High Outlet Pressure in Hydrocracking Reciprocating Compressors and Solutions

ZHANG Qiang
（Utility Engineering Center,Xinjiang Coal Chemical Branch,China Shenhua Coal to Liquid and Chemical Co.,Ltd.,Urumqi 830000，China）

This paper analyzed and summarized the reasons from the aspects of compressor troubleshooting and contrast.The effective measures are adopted to solve the problem of high pressure and ensure the safe and long-term operation of compressor.

high outlet pressure;measure;long-term;compressor

TH457

B

1006-2971（2015）06-0057-05

張強（1972-），男，工程師，1995年畢業(yè)于大連理工大學化工機械專業(yè)，現(xiàn)就職于中國神華煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，長期從事設備管理工作。

2015-03-24