瓦斯压缩机出口超温故障分析与改进措施

王百奎

（中石化股份有限公司济南分公司，山东济南 250101）

0 引言

生产设备的安全性、稳定性对于石化企业来说是保障安全生产的决定性因素，作为高风险企业，高故障率的设备必然会进一步增加企业生产风险，所以石化企业设备故障的处理意义重大。运用合理的维修模式以及故障排查手段，做到相应的改进优化措施，就可以提高企业的整体管理质量和运行效益。下面以炼厂回收气往复压缩机出口气体超温的问题为例进行分析，并针对问题实施相应的改进措施。

1 设备概况

炼厂低压瓦斯回收主要是将各炼油装置的排放气经低压瓦斯管网收集至瓦斯气柜，再由瓦斯回收压缩机增压至中压瓦斯管网回收利用，维持瓦斯系统平衡，并产生一定的经济效益，因此瓦斯压缩机的稳定运行就显得尤为重要。瓦斯压缩机J-2#、J-3#于2017 年3 月更新投用，短暂运行后二级排气温度均在110～120 ℃并逐步上升至联锁停机值。压缩机的超温故障严重影响瓦斯系统平衡，对两台压缩机逐台停机检修，排查超温具体原因。

这两台设备均为活塞式往复压缩机，型号为4LW-20/0.04-9，设计排量为1200 Nm3/h，一级进气压力为0.004 5 MPa，二级排气压力设计为0.9 MPa，瓦斯气经一级进气、排气经级间冷凝器进入二级进气，二级排气温度设计联锁停机值为120 ℃，实际运行时压缩机二级排气出口压力在0.55 MPa 以下。

2 故障现象

压缩机自投入运行后频繁联锁自停，集中表现为压缩机出口超温、运行周期短、不能满足生产需求等，严重影响瓦斯回收系统正常运行。

排气超温会降低润滑油的黏度，加剧压缩机构件的磨损，在活塞环槽、气阀等处容易产生碳化、结焦现象，造成活塞环卡死、气阀动作异常等。

3 原因分析

根据压缩机的实际运行状况、瓦斯系统组份、介质因素，分析导致压缩机出口气体超温的原因可能有以下5 个。

3.1 压缩机气阀与现有工况不匹配

瓦斯组份中氢气组份占比较大，基本在40%以上。以2017年6 月28 日瓦斯采样分析为例，氢气占比为47.17%，原设计氢气组份在28%左右，实际运行工况与设计时工况变化较大，因为氢气密度较小、传热系数大，能接受较多的热量，对排气超温也有影响，压缩机气阀已经不再适用现有的工况。

3.2 气阀质量的影响

气阀是往复式活塞压缩机的重要部件，也是易损坏的部件，其性能优劣直接影响压缩机的排气量、排气温度及运转的稳定性，而气阀寿命的长短与气阀的阀片、阀座、弹簧质量及升程大小等有关。

3.3 压缩机出口管线堵塞

压缩机出口管线堵塞时二级排气压力会比较高，此时压缩机需克服阻力做功，排量下降，效率下降，会造成压缩机出口温度超温。因为瓦斯中携带焦粉较多，现有生产工艺无法消除焦粉来源，造成瓦斯管线弯头、低点位置焦粉颗粒物沉积、固化堵塞管线，致使瓦斯系统管网压力增加。

3.4 级间冷却器冷却效果下降

压缩机级间冷却器冷却效果差，气体经一级压缩后温度没有下降多少，进入二级压缩后出口温度会随之升高，也会造成压缩机出口超温停机。级间冷却器一般循环水走壳程，瓦斯气体走管程，在使用中往往因循环水介质不纯净、瓦斯中携带焦粉等颗粒物，壳程上泥垢积聚，管程上附着固状焦粉颗粒物，致使级间冷却器冷却效果下降。

3.5 介质因素影响

瓦斯中焦粉颗粒物较多，在压缩机运行中，气阀易结焦，对气阀的阀座和密封元件造成磨损，影响气阀的严密性，不能正常闭合止回，致使气阀漏气。气体经过压缩后温度上升，高温气体返回进气腔，造成阀温升高、进气温度上升，从而再次被压缩后排气温度升高。

瓦斯中同时含有少量凝缩油等粘性物质，在压缩机运行时对阀片运动产生不利影响，进而导致气阀黏滞现象的发生，最终导致排气超温。

4 改进措施

4.1 改进压缩机气阀

持续检测瓦斯气中氢气含量，经对比发现氢气含量基本稳定在40%左右，将数据提供给厂家，由厂家对压缩机气阀进行适应性改进，使压缩机能满足实际工况要求。

4.2 瓦斯系统管网定期吹扫

在降低气柜柜容后，停压缩机，用蒸汽吹扫系统管线至装置，进装置阀门温度超100 ℃，确定瓦斯管网蒸汽全线贯通，以防止管线中焦粉颗粒物沉积、固化，建议在条件允许的情况下定期吹扫。

4.3 级间冷却器清理与改型

级间冷却器拆出后，检查发现壳程、管程堵塞严重，泥垢，焦粉颗粒物积聚（图1）。级间冷却器至二级入口缓冲罐拆出后，用高压水清洗，完全清掉固体附着物。

现场拆解发现，原有级间冷却器管程进、出口设计为翅状结构，内为中通直管，因为瓦斯介质含硫、焦粉颗粒物过多，易结焦堵塞进、出口。从现场拆解看，端口堵塞情况严重（图2）。

此种结构适用于介质比较纯净的工况，不适用于瓦斯工况，此为设计选型缺陷。发现后对级间冷却器进行了改型，去掉原有翅状结构，管程改为直通管（图3）。这样，就从结构上消除了焦粉颗粒物结焦对级间冷却器的影响，延长了级间冷却器的运行周期，二级入口温度稳定在35 ℃左右，级间冷却器效果明显提高。

图1 级间冷却器现场拆解

图2 级间冷却器至二级入口缓冲罐堵塞

图3 级间冷却器结构

4.4 压缩机预防性维

根据实际压缩机运行状况，制定预防性气阀维修计划，常规维修周期一般在8～12 个月，根据介质情况适当提前或延后，主要是进气、排气阀清焦、表面清理，活塞环检查、油箱清理等。对使用过的气阀解检后发现，气阀阀片与阀座、阀片与升程限制器之间有凝缩油、焦粉颗粒组成的混合黏性物质，阀座积垢严重，拆解困难，阀片变形较大，弹力不足。所以要定期对气阀进行检查、清洗，对阀座的损伤表面进行研磨修复，及时更换阀片、弹簧等易损件。

通过预防性维修，减少压缩机的故障维修，减少故障维修对生产的波动，摸索合理运行周期，确保压缩机平稳运行。

4.5 定期清理入口过滤器

瓦斯中焦粉颗粒物在入口过滤后，积聚在滤网上，随着运行时间的增加，积聚物会堵塞滤网，压缩机的进气量会明显下降。经过长期实践，现在入口过滤器的清理周期一般在连续运行10 d左右，此时应及时清理过滤器，保证过滤效果，减少焦粉颗粒物结焦对压缩机的影响。

4.6 减少瓦斯中氢气的含量

瓦斯中氢气含量居高不下，目前无法准确判断是哪个生产装置排放或氢气泄压阀阀门不严，为此需要生产调度部门摸索排查，查清排放氢气的原因，减少瓦斯中氢气的含量，利于瓦斯压缩机的稳定运行。建议在氢气相关排放口增加流量表，能达到在线实时监测的目的。

4.7 减少压缩机出口管网的压力波动

当生产装置向低瓦系统排放时，气柜柜容会快速增加，为了安全考虑，会多开压缩机来降低柜容或维持平衡，此时压缩机出口管网后路应当畅通，回收利用瓦斯的装置应加大处理量，而不是单纯地增加压缩机的开机台数，否则压缩机出口管网压力会明显升高，二级排气出口温度上升较快，也不利于压缩机的安全运行。

5 结论与建议

采取上述改进措施后，故障维修率明显降低，尤其是级间冷却器改型之后效果更加明显，分析最终导致压缩机超温的直接原因是级间冷却器选型缺陷，一级排气冷却效果不好直接进入二级吸气，最终导致二级排气温度高联锁停机。现在压缩机稳定运行周期在1 年左右，从根本上解决了往复压缩机出口气体超温的问题，满足生产平稳运行需求。

因为瓦斯中含硫、焦粉颗粒物较多，回收气瓦斯压缩机在选型上宜采用螺杆压缩机，螺杆机的冷却液与瓦斯气体充分接触，瓦斯中焦粉颗粒物溶于冷却液中，减少了焦粉对压缩机部件的影响，运行周期基本稳定在2 年以上，建议回收气压缩机更新时优选考虑螺杆压缩机。