瓦斯回收装置压缩机的堵塞物分析及控制

代 敏，孙金梅，马忠庭，韩 云

（中国石油克拉玛依石化有限责任公司炼油化工研究院，新疆 克拉玛依 834000）

某公司低压瓦斯回收装置备有2套火炬系统及1套共用的瓦斯回收系统。全厂低压瓦斯（其组分主要有C1、C2、C3、H2等）经6台活塞式火炬压缩机压缩升压后，与催化、焦化等装置的干气一起送入干气、液化气脱硫装置，得到净化后干气，最后作为燃料气进入炼油厂气管网，回收不及的瓦斯放火炬烧掉。正常生产时，火炬气经压缩机升压后与催化、焦化等装置的干气进入脱硫装置脱硫后作为炼厂气使用。2020年3月至今，火炬压缩机在运行过程中，压缩机出口出现较多的堵塞物，火炬压缩机频繁出现异常，经常需要停机维修。文中针对火炬压缩机系统内清理出的堵塞物样品进行分析，为工艺现场查找原因提供参考。

1 火炬压缩机运行中存在的问题

火炬压缩机频繁出现出口管路堵塞现象，过滤器需经常清洗。压缩机运行过程中产生胶状物，严重影响压缩机及配套设施长周期运行。

火炬压缩机出口出现较多堵塞物导致部分压缩机停机清理，从装置的停机现场不同部位取回了3个样品，几种样品的外观呈现颗粒状，有一定量的胶状粘性物质，具体见表1。

表1 现场样品信息

2 堵塞物的分析检测

2.1 分析仪器及方法

（1）金属元素分析：等离子体发射光谱仪，试验方法：RIPP124-1990。

（2）非金属元素分析：元素分析仪，试验方法：NB/SH/T0656-2017。

（3）阴离子浓度：离子色谱仪，试验方法：Q/LHY036-2011。

2.2 元素分析

根据火炬压缩机内物料的来源以及上游装置内可能的物料性质，同时根据试验室内使用的等离子体发射光谱仪和元素分析仪等设备的具体情况，试验中对现场取回的1#、2#和3#样品进行了部分关键的金属、非金属元素和灰分分析，主要数据见表2。

表2 样品的部分元素分析

根据对物料的部分金属元素的分析，1号火炬压缩机出口样品中有大量含Cu物质，并含有Fe元素和贵金属元素Pd，2#和3#样品组成相似，均来自于5号火炬压缩机，含有Fe、Cu、Ca类物质，也含有贵金属元素Pt和Pd。

非金属元素的分析数据中C/H比值较高，说明了样品中可能含有胶质、沥青质或焦粉状的物质［1］。非金属元素中O元素的含量较高，显示出样品中含有一定量金属和非金属的氧化物。

由于受到仪器检测性能的限制，除了表2中所列的部分金属和非金属元素，其中还可能含有其它未知的元素。现场取回3种物质的灰分分别为87.17%、32.31%和19.72%，灰分非常高，说明样品中的无机成分较多，主要是无机盐和氧化物。

2.3 物料对石油醚和水的溶解情况

由于从现场取回的物料中有固相颗粒，也含有一定的胶状粘性物质，试验中分别采用石油醚和水对一定量的样品进行溶解（采用石油醚溶解后的液相物料均呈现淡黄色），充分搅拌，过滤。对滤渣进行烘干，称重后计算样品对石油醚和水的可溶物的量，具体数据见表3。

表3 对石油醚和水溶解情况

从表3的分析数据可知，压缩机出口的堵塞物质含有一定量的油溶性物质。经计算后得知：1#物质中油溶性有机物占7.34%，2#和3#样品中对应物质占18.33%和16.05%，说明低压瓦斯内含有一定量可溶于石油醚的油品。

用水溶解后滤液中的部分金属离子采用RIPP124-1990等离子体发射光谱法进行分析，对其中的阴离子含量采用Q/LHY036-2011离子色谱法进行分析，液相物料中阴离子浓度以及在样品中的比例和滤液中部分金属离子含量见表4、5。

表4 液相物料中阴离子浓度以及在样品中的比例

表5 滤液中部分金属离子分析

采用离子色谱的分析方法检测出液相物料中的主要F-、Cl-、NO2-、NO3-和SO32-/SO42-等阴离子。根据化学原理，含Fe2+的溶液浅显绿色，含Fe3+的溶液显黄色，含Cu2+的溶液显蓝色。

结合对滤液的金属离子浓度分析，2#滤液Fe3+的含量较多，3#滤液可能含有Fe3+和Fe2+。据此分析，3种样品中含有可溶性物质量分别为：0.45%、16.98%和18.78%。

1#水溶性物质含量较小，2#和3#中对应的物质相对较多，主要以金属Cu、Ca和Na的盐类形态存在。2#火炬压缩机可溶性物质中以亚硫酸盐或硫酸盐居多，还有一定的氯化物。3#样品可溶物以氯化物居多，还含有亚硫酸盐或硫酸盐。

2.4 热重分析

为了准确判断无机物、有机物存在的可能性，试验室对装置的3个样品均进行了热重分析的考察，同时对残留物内的金属元素进行了分析，样品粉末的热重分析见表6。

表6 样品粉末的热重分析

在800℃、2 h条件下进行了高温煅烧，考察了样品的热稳定性情况，具体数据见表7。

表7 煅烧后残余物质的元素分析

对比分析表6、7中数据，压缩机出口的物质经800℃、2 h煅烧后，残留的物质主要是铜、铁、钙的无机盐及其氧化物。

1#物质煅烧后残留物颜色为黑色，结合金属和非金属元素的分析数据，黑色物质主要是氧化铜和氧化铁，根据失重情况计算，此类物质的总量占比为88.3%%。

2#和3#中残留物颜色呈现红色，主要组成为氧化铁、氧化铜、氧化钙或硫酸钙等，此类物质的总量占比分别为32.7%和19.3%。其中含有Pt、Pd、Ni、V等物质的含量较突出，根据装置的工艺情况，初步判断可能是上游装置内一定量的催化剂组分进入了低压瓦斯系统。

3 堵塞物来源分析及控制

3.1 原料组成

根据火炬压缩机内介质的来源，同时结合试验试验的分析和检测，初步判断从火炬压缩机出口取回杂质样品中可能有一定量的有机物质，极有可能是轻质油品、胶质和沥青质，装置内的火炬气中夹带的胶质、沥青质不溶于水，无法通过水洗罐去除，随火炬气进入压缩机。在温度和压力影响下。由于胶质和沥青质粘度大、附着力强，粘附焦粉，会形成混合物，逐渐在压缩机入口过滤器、冷却器、U型管路处造成堵塞。

3.2 上游装置的稳定操作

结合脱硫装置内火炬压缩机的进料情况，同时结合试验室内对堵塞物质的分析，上游装置的正常操作对火炬压缩机系统的结晶或结垢与否起着至关重要的作用。

结晶或结垢的存在会导致瓦斯流道的流通面积的减小和工况的不稳定［2~4］，因此，清除压缩机内部堵塞物是必要的，但是从根本上杜绝堵塞的发生还需要上游装置的稳定操作。

3.3 防腐蚀控制

堵塞问题在压缩机内腔发生外，还发生在入口过滤器处，这需要引起足够的重视。由于低压瓦斯为各装置放空气体，其中含有H2S、SO2等气体，会给相应的工艺管线和设备带来腐蚀。因此，需要把结垢问题和工艺防腐控制的问题综合起来考虑，进一步提高装置的工艺操作水平，搞好源头的预防和控制［5~7］。

3.4 规范操作规程

根据压缩机内部出现的黑色堵塞物出现的状态、装置清洗的频次等情况，操作规程中应该补充相关规定，当上游装置出现异常时，应该及时将相应的情况通知下游装置，并应规范化、制度化［8，9］。

4 结束语

（1）根据火炬压缩机内介质的来源，同时结合试验试验的分析和检测，初步判断从脱硫装置内火炬压缩机出口取回杂质样品中有一定量的轻质油品、胶质和沥青质及水溶性物质，其中水溶性物质以亚硫酸盐或硫酸盐居多，还有一定的氯化物。元素分析的结果表明：样品中含有大量的含有Cu、Fe、Ca类物质，其中Pt、Pd、Ni、V的元素含量也较为突出。初步判定器堵塞物主要组成是一定的无机盐结晶、轻质油、胶质、沥青质和催化剂粉末等。

（2）当上游装置出现工作不正常时，火炬气就会夹带的一定量轻质油、胶质、沥青质和催化剂粉末，这些物质随火炬气进入压缩机。而压缩机内温度、压力较高，故会逐渐产生胶状物，粘附在压缩机系统内，造成系统火炬压缩机出口单向阀堵塞，影响了压缩机的长周期运行。

（3）通过对造成火炬压缩机堵塞的因素分析，上游装置需加强稳定操作，把结垢问题和工艺防腐控制的问题综合起来，搞好源头的预防和控制。