加氢裂化往复压缩机出口压力高的原因分析及改进措施

张强

(中国神华煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，新疆乌鲁木齐830000)

加氢裂化往复压缩机出口压力高的原因分析及改进措施

张强

(中国神华煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，新疆乌鲁木齐830000)

通过对压缩机故障排除、对比等方法展开分析，总结出了原因，并采取相应有针对性的措施，有效的解决了新氢一级出口压力高的问题，保证了压缩机的安全长周期运行。

出口压力高；措施；长周期；压缩机

1 引言

300万t/a直馏柴油加氢装置自2009年开工以来，压缩机已经连续运行5年多，运行状况一直比较稳定。但由于近期受到运行环境和生产操作的影响，压缩机出现了异常状况。目前出现最大的瓶颈是K-101A运行中新氢一级出口压力偏高，已经达到了设计报警值，压缩比大，给压缩机的长周期运行带来安全隐患。本文通过分析，总结出新氢一级出口压力高的主要原因是生产操作的变化以及新氢一级入口温度过低造成的，并相应采取了有效措施，消除了隐患。

本装置压缩机为德国诺曼埃索公司生产的对称平衡型往复式压缩机，型号为2+1SVL320，压缩机共有4个气缸，分别为2个新氢缸，2个循环氢缸，新氢为两级压缩，循环氢为一级压缩。压缩机正常运行时新氢一级入口压力为2.42 MPa，出口压力4.8 MPa，新氢一级出口压力设计高报警值为4.9 MPa，联锁值为5.15 MPa，压缩机运行主要参数见表1。

2 新氢一级出口压力高、压缩比大的现象

压缩机K-101A自2014年11月起，新氢一级出口压力开始出现偏高现象，已经达到联锁报警值4.9 MPa，并出现频繁报警的情况，图1为11月1日～20日K-101A新氢一级出口压力趋势图，图2为新氢一级缸压缩比，从图中可以看出新氢一级出口压力在4.9 MPa上下波动，超出了压缩机设计的正常压力范围，新氢一级缸压缩比已经超过设计最大值2.0以上，如果压缩比长期超过设计值压缩机，出口温度会超温致使气阀积炭，并出现气阀泄漏等严重后果。

3 设备状态检查

3.1 气阀状态监测

从压缩机DCS参数上看新氢一级出口温度一直在80℃左右，并没有出现温度上升或异常波动情况。车间对K-101A新氢二级吸气阀、排气阀温度和振动值进行现场监测，监测数据都在正常范围（见表2），同时钳工对K-101A进行现场检查，未发现有异常状况，说明压缩机新氢二级运行正常，不存在二级气阀故障窜气的可能。

3.2 活塞环检查

压缩机新氢一级出口压力高，也有可能是新氢二级缸活塞环磨损漏气，钳工对新氢二级缸活塞环进行了检查，没有发现明显的磨损，同时更换了活塞环，仍然没有解决新氢一级出口压力高的问题。由于钳工经过数次检修，故障还是没有彻底解决，决定从装置的生产操作、压缩机的运行环境等多方面入手展开原因分析，并采取相应措施。

4 原因分析

4.1 系统氢气压力影响

根据对前期系统氢气压力的数据查询，与目前数据对比，目前系统氢气压力偏高，前期系统氢气压力基本维持在2.38～2.43 MPa左右，而目前维持在2.41～2.45 MPa之间。进入11月份，系统氢气压力一直维持在2.42 MPa左右，图3为2014年11月10日至20日K-101A新氢一级入口压力波动图，由于新氢一级入口压力偏高，故新氢一级出口压力也会偏高。

4.2 新氢压缩机出口背压的影响

从11月份开始，300万t/a直馏柴油加氢装置加工量维持在375t/h，达到该装置设计的最高负荷。由于加工量大，体积空速增加，反应系统压降增大。加之目前装置生产国Ⅳ柴油，反应深度增加，耗氢量增大，氢油比增加，也导致了反应压降增大，表3为11月1日至9日反应系统压降情况。鉴于受到目前生产操作的影响，压缩机K-101A新氢二级出口背压达到了8.0 MPa以上，间接影响了新氢一级出口压力。

4.3 级间冷却温度的影响

图4是K-101A新氢两级缸压缩做功曲线图，p1为新氢入口压力，p2为新氢一级出口压力，p3为新氢二级出口压力，由pv=NRT可知，当新氢二级入口温度T降低，p2会减小，此时二级入口吸入状态由a点移动打b点。从图中可以看出降低新氢二级入口温度，新氢一级缸做功会下降；反之新氢二级入口温度过高，则新氢二级缸做功降低，一级缸做功增加，一级出口压力增高。

目前新氢二级入口温度经级间冷却器E-108A冷却后温度在40℃以上，2014年11月26日，车间调节E-108A循环水量，关小循环水，新氢二级入口温度缓慢上升，最高上升到45℃，这时新氢一级出口压力也开始上升，最高上升到5.05 MPa，已经接近联锁值。可见新氢二级入口温度不宜过高，一般来说，新氢二级入口温度应该尽量接近一级入口温度，这样压缩机新氢两级缸做功较为平衡。

4.4 级间容器带液影响

300万t/a直馏柴油加氢装置外来新氢纯度都在95%以上，经过PSA提纯后氢气纯度都达到了99%以上，而且C4及以上组分较少（表4为系统外来氢气组分），压缩机在压缩冷却过程中基本上不存在气体凝液，影响压缩机效率和运行状态。

新氢一级气缸所注的润滑油随着压缩介质进入级间冷却系统，随着时间的积累，级间分离器及缓冲罐都会出现大量的润滑油和少量介质凝液，液体占去了冷却系统部分容积，尤其是级间分离器V-137A容积小，如果出现带液不及时切除，会导致新氢一级出口背压上升，压缩机K-101A级间冷却设备流程图，如图5所示，所以级间设备带液或者不畅都会影响新氢一级出口压力。

4.5 新氢一级入口温度影响

压缩机压缩一定压力和一定体积的气体，如果气体温度T降低，气体密度会增大，则同等体积气体的摩尔数N会上升，由理想气体状态方程pV= NRT可知，压力p会上升。

冬天外部环境温度低，系统氢气温度已经降低到0℃以下，较夏天时温度大幅度下降。新氢缓冲罐氢气另一路是返回氢补充，压缩机把压缩过的多余新氢通过二返一控制阀返回至新氢入口，正常开度在65%左右。由于前期装置掺炼催化柴油，系统耗氢量增大，压缩机二返一控制阀关小，最低关到5%以下，这样使新氢一级入口温度降低。目前新氢入口温度在10℃左右（表5为新氢一级入口温度和一级出口压力对应表），可以看出在新氢一级入口压力相对稳定状态下，新氢一级入口温度越低，一级出口压力越高，压缩比越大。

5 采取措施

5.1 降低新氢入口压力

新氢入口缓冲罐V-106压力控制采用分程控制（图6为新氢缓冲罐压力控制图），PC1014B在0-100%作用于2个控制阀，当PC1014B在0%～50%信号时，作用于PV1014B即排火炬控制阀，新氢排瓦斯控制阀处于隔离状态。目前将新氢缓冲罐V-106排火炬压力PC1014B给定值由原来的2.48 MPa降至2.45 MPa，减小新氢压力过高对新氢一级出口压力的影响。

5.2 降低压缩机出口背压

2014年11月10日车间对高压换热器进行了水冲洗，通过降低反应系统压降，降低压缩机新氢二级出口背压（表6为高压水冲洗高换后的压缩机参数）。11月24日车间将反应压力由平时正常的5.69 MPa降至5.65 MPa，目的还是通过降低压缩机新氢二级出口背压来降低新氢一级出口压力，压缩机出口背压由原来的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，新氢二级出口背压由7.78 MPa降至7.71 MPa。

5.3 降低级间冷却温度

适当开大E-108A循环水，降低新氢二级入口温度。目前全开E-108A进出口循环水，新氢二级入口温度由原来的最高40℃下降至30℃左右。

5.4 级间容器定期排液

在压缩机K-101A检修中，发现新氢二级入口缓冲罐V-135A带液较多，说明新氢一级缸注油量多，车间适当调节新氢缸注油量，并定期对压缩机各缓冲罐切液。新氢级间分离器V-137A改为定期手动切液，保证级间容积系统通畅。同时还要密切关注外来新氢组分变化，保证新氢纯度在95%以上。

采取了以上措施，虽然新氢一级出口压力有一定的下降，但是并没有彻底解决其压力间断高报警的问题，尤其是晚上环境温度低，新氢一级入口温度较低时，报警最为频繁，车间决定从如何提高新氢一级入口温度着手展开分析。

5.5 提高新氢一级入口温度

5.5.1 提高二返一氢气冷后温度

压缩机新氢一级入口氢气有两部分组成，一部分是系统外来氢气；另一部分是二返一返回氢气。目前通过关小E-110A循环水量来提高二返一返回氢气温度，适当提高新氢一级入口温度。目前压缩机新氢二级出口温度90℃左后，经过E-110A冷却后温度控制在40℃左后。

5.5.2 增大二返一开度

从10月份开始装置掺炼催化柴油，耗氢量增加，根据自动调节压缩机二返一控制阀开度小，返回氢气量减少。11月20日开始逐渐降低掺炼量，使二返一控制阀开度增大，增大氢气返回量，提高新氢一级入口温度。

5.5.3 增加系统新氢管线伴热

考虑到冬天循环水不能关的太小，防止循环水流速太低而发生冻凝，通过关小E-110A循环水来提高二返一氢气温度效果不明显；由于二返一控制阀在平时最大开度67%情况下，流量也很小，对提高新氢入口温度也有限。通过上述措施，新氢入口温度在10℃左右波动，较之前提高3℃左右，新氢一级出口压力变化不大。

为了较大幅度提高新氢一级入口温度，车间投用了K-101A新氢一级入口蒸气伴热线，见图7。8#-5为K-101A新氢一级入口管线伴热给气。并且新增系统新氢伴热线，从8#蒸气伴热盘管引两路蒸气分别给新氢缓冲罐V-106入口管线伴热和V-106罐体伴热，见图7，8#-9为系统新氢至V-106伴热给气，8#-10为系统新氢和V-106罐体伴热给气。

12月12日车间投用新增系统伴热线，系统新氢温度从0℃以下提高到10℃左右，由图8可以看出，新氢一级入口温度由原来的8℃上升到18℃，效果十分明显。随着新氢一级入口温度的提高，一级出口压力下降到4.8 MPa左右，稳定在了正常范围。

6 效果检验

通过对提高压缩机新氢一级入口温度，降低新氢压力，降低系统背压，降低级间冷却温度等各项相关措施的执行，目前K-101A新氢一级出口压力稳定在4.7 MPa左右，压缩比保持在了2.0以下，各项参数正常。

7 结论

通过对K-101A新氢一级出口压力偏高报警的原因分析，从工艺操作各项参数分析、设备现场检查各项检测数值等方面着手，排除了干扰影响因素，及时采取了有针对性的有效措施，特别是新增氢气伴热线，此项措施大幅提高了新氢一级入口温度，取得了很好运行效果。此新氢压缩机是装置关键机组，关系着装置工艺系统安全平稳运行，如果此问题继续困扰，随时都有可能发生联锁反应停机和装置停工，将会严重影响装置的正常生产，此次对策采用后，从K-101A近2个月的运行观察看，新氢一级出口压力始终稳定在4.8 MPa左右，且运行状况良好，已经彻底解决了新氢一级出口压力高、压缩比大的问题，降低了压缩机的检修次数，延长了压缩机的运行周期，降低了检修成本，达到了降本增效的目的同时也减少工作维护量，保证了装置长、安、稳、满的运行。

[1] 安定纲.往复式压缩机技术问答[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2] 靳兆文.压缩机运行与维修实用技术[M].北京：化学工业出版社，2014.

[3] 王书磊.往复式压缩机级间压力低的研究[J].化学工程与装备，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

张强（1972-），男，工程师，1995年毕业于大连理工大学化工机械专业，现就职于中国神华煤制油化工有限公司新疆煤化工分公司公用工程中心，长期从事设备管理工作。

2015-03-24