重整循環(huán)氫壓縮機(jī)振動(dòng)高的原因分析及處理

徐 杰，趙 旭，郭圣召

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司大港石化分公司，天津 300280）

0 引言

循環(huán)氫壓縮機(jī)是連續(xù)重整裝置的關(guān)鍵設(shè)備，主要作用是維持重整反應(yīng)所需的循環(huán)氫流量，確保重整反應(yīng)正常進(jìn)行。機(jī)組布置為雙層，主機(jī)布置在壓縮機(jī)廠房二層，油站、凝汽器等輔機(jī)位于一層。壓縮機(jī)型號(hào)為BCL707，屬垂直剖分7級(jí)離心壓縮機(jī)，由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造。壓縮機(jī)軸端密封為約翰克蘭科技（天津）有限公司設(shè)計(jì)的串聯(lián)式干氣密封。汽輪機(jī)型號(hào)為NK32/37/16，屬多級(jí)反動(dòng)中壓蒸汽凝汽式，由杭州汽輪機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)制造。

1 問題

重整裝置于2014年10月開車，2017年7月進(jìn)行了第一次停工檢修，第一個(gè)周期內(nèi)循氫機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)未出現(xiàn)明顯增長(zhǎng)。2017年檢修開工后連續(xù)重整循環(huán)氫壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端徑向振動(dòng)測(cè)點(diǎn)VISA22523、VISA22524振動(dòng)值較高且持續(xù)緩慢上漲。2018年開始根據(jù)公司生產(chǎn)計(jì)劃重整裝置長(zhǎng)期保持在105%～110%的超高加工負(fù)荷下運(yùn)行，循氫機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)上漲趨勢(shì)明顯加快。尤其是在遇到裝置波動(dòng)、加工負(fù)荷大幅調(diào)整、外界氣溫劇烈變化、轉(zhuǎn)速升高時(shí)，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)VISA2523表現(xiàn)出大幅波動(dòng)。其中，2019年6月27日振動(dòng)測(cè)點(diǎn)VISA2523波動(dòng)幅度最高達(dá)到12μm，2019年7月4日VISA2523測(cè)點(diǎn)振動(dòng)超過報(bào)警值達(dá)到64.2μm（報(bào)警值63.5 μm，聯(lián)鎖值88.9μm）。循氫機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)嚴(yán)重制約了重整裝置長(zhǎng)周期高負(fù)荷運(yùn)行。

2 原因分析

引起機(jī)組振動(dòng)加大的因素很多，如轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、軸瓦間隙不符合標(biāo)準(zhǔn)、油膜振蕩和油膜渦動(dòng)、喘振等。驅(qū)動(dòng)端VISA2523及VISA2524測(cè)振點(diǎn)頻譜顯示1倍頻幅值最大（圖1），并且本次波動(dòng)中1倍頻振動(dòng)幅值增大明顯，其他倍頻無明顯變化，自2019年5月起軸心軌跡出現(xiàn)反進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象。

圖1 驅(qū)動(dòng)端VISA2523及VISA2524測(cè)振點(diǎn)頻譜

2017年該機(jī)組大修時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子表面及隔板流道有大量結(jié)鹽的情況（圖2），轉(zhuǎn)子結(jié)鹽部位主要集中在前4級(jí)葉輪和隔板，結(jié)鹽成分經(jīng)過化驗(yàn)為氯化銨，其中還含有少量金屬和硫。

圖2 2017年機(jī)組檢修時(shí)葉輪結(jié)鹽情況

根據(jù)以上分析，可以判斷重整反應(yīng)條件下生成的銨鹽或膠狀物隨循環(huán)氫進(jìn)入機(jī)體，主要附著在過流部件導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，壓縮機(jī)振動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)，具體原因?yàn)椋?/p>

（1）連續(xù)重整為維持催化劑活性需要持續(xù)補(bǔ)入全氯乙烯，導(dǎo)致循環(huán)氫中HCl含量基本在3×10-6～5×10-6。另外，連續(xù)重整對(duì)進(jìn)料中氮含量的要求是小于0.5×10-6，在重整反應(yīng)條件下，氮化物將轉(zhuǎn)化成NH3，繼而與系統(tǒng)中的HCl生成NH4Cl，隨循環(huán)氫和重整產(chǎn)物汽油進(jìn)入下游系統(tǒng)。反應(yīng)分餾系統(tǒng)的銨鹽多出現(xiàn)在板換冷端進(jìn)料側(cè)、循氫機(jī)轉(zhuǎn)子軸承和干氣密封過濾器、增壓機(jī)氣缸和氣閥、脫戊烷塔頂?shù)取?/p>

（2）由于裝置加工負(fù)荷較高，夏季生產(chǎn)時(shí)重整產(chǎn)物空冷器冷卻負(fù)荷不足，產(chǎn)物分離罐氣液相分離效果不佳，導(dǎo)致循環(huán)氫攜帶大量液態(tài)輕烴（尤其是不飽和烯烴）進(jìn)入機(jī)體。在一定溫度和壓力下由于HCl的催化作用發(fā)生聚合反應(yīng)生成大分子膠狀物，隨著循環(huán)氫流動(dòng)進(jìn)入機(jī)體沉積。

3 處理措施

3.1 注汽注水吹掃

針對(duì)銨鹽易溶于水和膠狀物質(zhì)在高溫下易軟化流動(dòng)的特點(diǎn)，車間制定了循氫機(jī)注蒸汽注水吹掃的方案。吹掃介質(zhì)采用蒸汽和除鹽水，蒸汽來源為1.0 MPa低壓蒸汽，除鹽水來源為汽輪機(jī)凝汽器凝結(jié)水。1.0 MPa低壓蒸汽現(xiàn)場(chǎng)溫度約210℃。除鹽水壓力0.8 MPa，溫度37℃。注入點(diǎn)為壓縮機(jī)入口管線DN40氮?dú)獯祾呖?。排放點(diǎn)為出口單向閥后DN25大氣放空口、出口分液包DN40排凝口、機(jī)體DN20排凝口共計(jì)3處（圖3）。

圖3 循氫機(jī)注汽吹掃流程

為避免循環(huán)氫壓縮機(jī)密封橡膠圈因受熱不均或高溫產(chǎn)生彎曲變形，需嚴(yán)格控制蒸汽混水點(diǎn)后溫度≤150℃，注入點(diǎn)溫度≤120℃，排凝點(diǎn)溫度最開始約61℃，之后升高到116℃。吹掃過程中安排專人現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)監(jiān)測(cè)以上各點(diǎn)溫度，對(duì)各排氣口進(jìn)行氫氣泄漏監(jiān)測(cè)，注意壓縮機(jī)出口壓力、機(jī)體平衡管壓力、機(jī)組干氣密封系統(tǒng)各參數(shù)。本次吹掃過程中各項(xiàng)參數(shù)基本穩(wěn)定，壓縮機(jī)出口壓力保持在0.19～0.22 MPa，始終低于反應(yīng)系統(tǒng)壓力。

吹掃開始時(shí)，在壓縮機(jī)出口分液包排凝閥處發(fā)現(xiàn)有膠狀物堵塞，通過蒸汽加熱后膠狀物軟化后流出，在此排凝口和機(jī)體排凝口排出大量污水及膠狀物（圖4）。吹掃直到排凝口污水較為清澈、沒有膠狀物后結(jié)束，用時(shí)1.5 h。

圖4 膠狀物和排凝口污水

3.2 化驗(yàn)分析

吹掃排污水化驗(yàn)結(jié)果見表1，可以看出，排污水中含有大量的氨氮和氯離子，結(jié)合第一周期檢修時(shí)循氫機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)鹽情況，可以判斷這一周期由于重整加工負(fù)荷較高，循氫機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)鹽情況更加嚴(yán)重，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)持續(xù)增長(zhǎng)。

表1 吹掃排污水化驗(yàn)結(jié)果

機(jī)體排出的膠狀物加熱后迅速軟化變形，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性，因此能在機(jī)體蒸汽吹掃時(shí)從排凝口排出，但是在空氣中常溫放置幾十分鐘后變硬。膠狀物化驗(yàn)分析結(jié)果見表2，主要成分分子結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 膠狀物主要成分分子結(jié)構(gòu)

表2 吹掃膠狀物化驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

2019年7月11日重整裝置恢復(fù)至100%加工負(fù)荷，循氫機(jī)轉(zhuǎn)速升至6800 r/min，與7月4日相同工況下的振動(dòng)相比，驅(qū)動(dòng)端VIS2523的振動(dòng)值最大降幅達(dá)到52%，效果顯著（表3）。

表3 相同工況下壓縮機(jī)各位置振動(dòng)值

吹掃完成后，在壓縮機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)VISA2523頻譜圖中，振動(dòng)仍然集中在一倍頻，但是與吹掃前相比，一倍頻分量大幅降低。轉(zhuǎn)子非驅(qū)動(dòng)端軸心軌跡圖中，轉(zhuǎn)子進(jìn)動(dòng)方向由吹掃前反進(jìn)動(dòng)變?yōu)檎M(jìn)動(dòng)。表明轉(zhuǎn)子仍存在不平衡，但不平衡量明顯減小，并且吹掃后轉(zhuǎn)子碰磨現(xiàn)象消除。

截至目前，循氫機(jī)注汽吹掃后已平穩(wěn)運(yùn)行21個(gè)月，各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)相比初期雖略有小幅增長(zhǎng)，但距離報(bào)警值和聯(lián)鎖值尚有較大距離。蒸汽吹掃后極大地延長(zhǎng)了循氫機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，為裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力保障。