喻友均 陶 建 宋天佐 胡豫吉 王吉福

中國(guó)石油塔里木油田公司, 新疆 庫(kù)爾勒 841000

0 前言

某聯(lián)合站閃蒸氣壓縮機(jī)是裝置中回收低壓閃蒸氣的重要設(shè)備。自2015年投產(chǎn)以來,由于閃蒸氣分離效果不理想,閃蒸氣攜帶大量固液雜質(zhì)及重?zé)N組分等進(jìn)入壓縮機(jī),造成氣閥故障、活塞桿和填料磨損而頻繁停機(jī)[1-4]。2018年對(duì)壓縮機(jī)級(jí)間工藝流程進(jìn)行改造,并將原工藝上的重力、旋流分離器改造成高效旋流過濾分離器[5-6]。經(jīng)過一年多的運(yùn)行,效果較好,節(jié)約了大量的人力和成本,提高了設(shè)備的本質(zhì)安全。

1 設(shè)備工藝流程

某聯(lián)合站現(xiàn)有2臺(tái)閃蒸氣壓縮機(jī),每臺(tái)設(shè)計(jì)處理氣量17×104～24×104m3/d,額定功率1 250 kW,機(jī)組設(shè)計(jì)為往復(fù)式4缸4列。主要用于將凝析油處理系統(tǒng)中不同壓力的閃蒸氣，通過閃蒸氣壓縮機(jī)三級(jí)增壓后輸送至脫硫裝置進(jìn)一步凈化處理。

閃蒸氣壓縮機(jī)組工藝流程見圖1,重力分離器(運(yùn)行壓力0.30 MPa、運(yùn)行溫度40 ℃)氣相經(jīng)閃蒸氣壓縮機(jī)一級(jí)增壓及空冷器冷卻至運(yùn)行壓力0.80 MPa、運(yùn)行溫度35 ℃后,與中壓旋流分離器(運(yùn)行壓力0.80 MPa、運(yùn)行溫度40 ℃)氣相和高壓旋流分離(運(yùn)行壓力0.80 MPa、運(yùn)行溫度40 ℃)氣相一起經(jīng)閃蒸氣壓縮機(jī)二級(jí)增壓及空冷器冷卻至2.1 MPa、35 ℃,再經(jīng)閃蒸氣壓縮機(jī)三級(jí)增壓、空冷器冷卻至7.1 MPa、35 ℃后輸送至脫硫裝置。其中高壓旋流分離氣相初始流程是作為壓縮機(jī)的三級(jí)插入氣,但是裝置投產(chǎn)運(yùn)行后,緩沖罐的實(shí)際運(yùn)行壓力(1.50 MPa)低于設(shè)計(jì)壓力(3.3 MPa),從而造成高壓旋流分離氣相出口壓力低于壓縮機(jī)三級(jí)入口壓力(2.1 MPa),高壓旋流分離氣相無法進(jìn)入三級(jí)壓縮缸,后經(jīng)過工藝流程優(yōu)化,將分離后的高壓閃蒸氣由去三級(jí)壓縮缸流程改為去二級(jí)壓縮缸。

重力分離器是利用密度差來分離氣提塔來的氣相所攜帶的固液雜質(zhì)及重?zé)N組分,確保進(jìn)入閃蒸氣壓縮機(jī)一級(jí)入口氣相的清潔。

中、高壓旋流分離器是在離心力的作用下分離出三相分離器、緩沖罐來的氣相所攜帶的固液雜質(zhì)及重?zé)N組分,確保插入閃蒸氣壓縮機(jī)二級(jí)入口氣相的清潔。

圖1 閃蒸氣壓縮機(jī)組工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of process flow of the flash gas compressor unit

2 壓縮機(jī)故障分析

2.1 故障描述

自2015年投產(chǎn)開始,閃蒸氣壓縮機(jī)故障停機(jī)頻次明顯增加,壓縮機(jī)頻繁故障停機(jī)原因大多是壓縮機(jī)配件如自動(dòng)排液閥、氣閥、壓縮缸等異常磨損和損壞,原因統(tǒng)計(jì)分類見圖2。

圖2 閃蒸氣壓縮機(jī)故障停機(jī)原因統(tǒng)計(jì)分類圖Fig.2 Statistical classification of cause of fault shutdown of the flash gas compressor

通過拆檢壓縮機(jī)發(fā)現(xiàn),壓縮缸進(jìn)排氣閥彈簧、緩沖片等組件損壞嚴(yán)重,氣閥內(nèi)存在少量固體雜質(zhì),氣閥平均使用壽命僅720 h[1];二、三級(jí)壓縮缸內(nèi)油膜稀薄,潤(rùn)滑油流動(dòng)性過大,流掛嚴(yán)重,潤(rùn)滑性能差,二、三級(jí)壓縮缸被嚴(yán)重磨損,其中三級(jí)壓縮缸尤為嚴(yán)重,一級(jí)壓縮缸未受異常磨損,潤(rùn)滑正常;中體填料內(nèi)存在細(xì)砂狀固體雜質(zhì),堵塞填料環(huán);活塞桿與填料接觸部位呈現(xiàn)軸向均勻磨損、徑向存在拉劃痕跡,平均使用壽命2 000 h[2-3]。經(jīng)對(duì)比,閃蒸氣壓縮機(jī)各配件壽命遠(yuǎn)小于合理使用壽命或同類設(shè)備同類配件使用壽命。

2.2 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn),閃蒸氣壓縮機(jī)各級(jí)入口氣液分離器排液頻繁,二、三級(jí)壓縮缸入口氣液分離器每25 s排液一次,說明閃蒸氣或者經(jīng)過增壓、冷卻的級(jí)間閃蒸氣(簡(jiǎn)稱級(jí)間氣)含有大量的液態(tài)組分[7]。

通過對(duì)二、三級(jí)級(jí)間氣取樣化驗(yàn)分析組分,一級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)氣中C3及以上組分為18.06%,C4及以上組分為12%,見表1。經(jīng)過增壓降溫,壓力0.80 MPa,溫度35 ℃[3],部分較重?zé)N類組分液化。由于壓縮機(jī)二級(jí)入口氣液分離器處理能力有限,部分液態(tài)烴類被閃蒸氣攜帶進(jìn)入壓縮缸,造成液擊而導(dǎo)致氣閥損壞。進(jìn)入壓縮缸的液態(tài)組分主要是液態(tài)烴,與缸內(nèi)潤(rùn)滑油相容,潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能下降,導(dǎo)致壓縮缸、活塞桿被磨損。同時(shí),填料內(nèi)存在微量固體雜質(zhì)(閃蒸氣還攜帶一定固體雜質(zhì)),固體雜質(zhì)進(jìn)入填料內(nèi)沉積,導(dǎo)致填料的補(bǔ)償密封性能下降,也對(duì)活塞桿具有一定磨損作用。

表1 閃蒸氣壓縮機(jī)二、三級(jí)級(jí)間氣組分化驗(yàn)數(shù)據(jù)表

Tab.1 Analysis data of gas components between second and third stage of the flash gas compressor

組分三級(jí)入口組分含量(摩爾分?jǐn)?shù))/(%)二級(jí)入口組分含量(摩爾分?jǐn)?shù))/(%)CH467.820 071.060 0C2H614.120 06.341 0C3H82.797 06.333 0iC4H101.735 02.377 0nC4H103.085 04.760 0iC5H120.973 11.649 0nC5H120.957 91.610 0C6H140.654 91.030 0C7H160.184 80.265 5C8-200.026 00.042 6N20.599 22.464 0O20.130 70.097 7CO26.380 01.642 0H2S0.541 50.326 2相對(duì)密度0.847 10.875 5

同樣,對(duì)三級(jí)進(jìn)氣取樣化驗(yàn)分析,C3H8及以上組分為9.46%,閃蒸氣經(jīng)過二級(jí)增壓冷卻,壓力升至2.1 MPa,溫度降至35 ℃,更輕的烴類組分發(fā)生液化并進(jìn)入壓縮缸,導(dǎo)致壓縮機(jī)零部件的一系列磨損。

綜上分析,閃蒸氣壓縮機(jī)故障頻發(fā)的主要原因是閃蒸氣壓縮機(jī)工藝介質(zhì)復(fù)雜,經(jīng)過一、二級(jí)增壓冷卻后閃蒸氣中有大量烴類組分液化并含有部分固體雜質(zhì)。

3 解決方案

3.1 提高分離器分離能力

重力分離器未能有效分離固液雜質(zhì)，旋流分離器處理精度低不適用于處理含有固液雜質(zhì)的閃蒸氣。若使用過濾分離器則需要頻繁更換濾料,實(shí)際生產(chǎn)過程中運(yùn)行維護(hù)困難。

若采用“先分離+后過濾”的分離方法[8-12],先用旋流分離元件分離出大部分固液雜質(zhì)后,再進(jìn)入過濾分離元件分離液沫及細(xì)小的固體雜質(zhì),提高對(duì)閃蒸氣的分離效果,同時(shí)延長(zhǎng)濾料更換周期[13-15]。兩種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的方式,總分離效率好、過濾精度高,適合現(xiàn)場(chǎng)條件。

因此某聯(lián)合站閃蒸氣壓縮機(jī)進(jìn)行了改造，將原重力分離器、中壓旋流分離器、高壓旋流分離器分別更換為具備“高效旋風(fēng)分離+中空纖維過濾”功能的低、中、高壓旋流過濾分離器,各設(shè)計(jì)參數(shù)保持不變,提高旋流分離和過濾效果(總除雜質(zhì)效率可大于99.9%),減少閃蒸氣中雜質(zhì)含量。過濾元件采用多層結(jié)構(gòu)形式(即設(shè)置成多個(gè)過濾箱體),每個(gè)箱體內(nèi)部填裝具有強(qiáng)吸附能力的特制中空纖維作為濾料,由下至上按密度(或空隙率)逐步從疏松到致密,這種結(jié)構(gòu)使粒度較大的固體及液滴等雜質(zhì)在下層較粗的濾料得到截留,而粒度較小的固體及液滴等雜質(zhì)在上層較密的濾料得到捕集,即雜質(zhì)在多層濾料中呈立體分布;同時(shí)由于特制纖維的“中空”結(jié)構(gòu),纖維還具備對(duì)液體“吸附”效應(yīng)及“聚結(jié)”作用,可大幅提高對(duì)液相雜質(zhì)的捕集能力。

3.2 壓縮機(jī)級(jí)間工藝流程改造

由于二、三級(jí)壓縮缸入口氣液分離器處理能力小,已達(dá)極限,為提高對(duì)二、三級(jí)級(jí)間氣的分離效果,將經(jīng)過一級(jí)壓縮并降溫的級(jí)間氣進(jìn)入二級(jí)壓縮缸流程改為進(jìn)入新增中壓旋流過濾分離器,與插入氣一同經(jīng)過中壓旋流過濾分離器分離后,再進(jìn)入二級(jí)壓縮缸壓縮,原流程加球閥、盲板隔斷;將經(jīng)過二級(jí)壓縮并降溫的級(jí)間氣進(jìn)入三級(jí)壓縮缸流程改為進(jìn)入新增高壓旋流過濾分離器,經(jīng)過分離過濾后,再進(jìn)入三級(jí)壓縮缸壓縮,原流程加球閥、盲板隔斷;新增一條高壓旋流過濾分離器出口至壓縮機(jī)三級(jí)增壓入口流程。利用處理量更大、分離能力更強(qiáng)的分離器有效分離液態(tài)烴類組分及固態(tài)雜質(zhì)[16-20],減輕壓縮機(jī)入口氣液分離器的處理負(fù)荷,保證進(jìn)入壓縮機(jī)的閃蒸氣氣質(zhì)更加清潔,設(shè)備工藝流程改造見圖3。

圖3 閃蒸氣壓縮機(jī)設(shè)備工藝流程改造圖Fig.3 Technological process modification diagram of the flash gas compressor

4 改造效果評(píng)價(jià)

4.1 工藝設(shè)備改造效果評(píng)價(jià)

自2018年9月工藝設(shè)備改造至今(2019年11月),2臺(tái)閃蒸氣壓縮機(jī)機(jī)組異常故障停機(jī)僅發(fā)生2次,設(shè)備故障率下降95%,改造效果良好。

1)閃蒸氣壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,二、三級(jí)壓縮缸入口氣液分離器排液頻次由25 s 1次延長(zhǎng)到15 min 1次,說明中、高壓旋流過濾分離器能夠有效過濾二、三級(jí)級(jí)間氣中的固體雜質(zhì)和烴組分。

2)壓縮機(jī)改造完平穩(wěn)運(yùn)行至4 000 h,拆檢壓縮機(jī)發(fā)現(xiàn):氣閥表面清潔,二、三級(jí)氣閥組件完好,氣閥無液擊損壞現(xiàn)象;中體填料中未發(fā)現(xiàn)固體雜質(zhì),潤(rùn)滑油分布均勻,填料無磨損,膨脹收縮功能良好,累計(jì)運(yùn)行4 000 h未更換。氣閥、填料等配件使用壽命明顯增加。

3)壓縮機(jī)歷次例行拆檢發(fā)現(xiàn),壓縮缸內(nèi)潤(rùn)滑油分布均勻,無流掛現(xiàn)象,壓縮缸內(nèi)徑測(cè)量數(shù)值相較于改造前未增大,磨損現(xiàn)象得到有效遏制，見表2。

表2 壓縮缸磨損情況對(duì)比表

Tab.2 Comparison of compression cylinder wear

壓縮機(jī)改造前缸徑改造后缸徑水平/mm垂直/mm水平/mm垂直/mm三級(jí)一缸210.10210.15210.12210.15二級(jí)三缸311.02311.68311.18311.69

4)中體填料和活塞桿得到有效潤(rùn)滑,活塞桿與填料未發(fā)生互磨現(xiàn)象。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

閃蒸氣壓縮機(jī)級(jí)間改造總費(fèi)用458萬元。改造后,設(shè)備運(yùn)行時(shí)率增加,每年可減少放空天然氣量240×104m3;同時(shí)可減少壓縮缸、活塞桿等零部件消耗113套,節(jié)約設(shè)備維修成本281萬元,共計(jì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益531萬元/a。

5 結(jié)論

1)閃蒸氣壓縮機(jī)故障頻發(fā)主要原因是閃蒸氣中還有大量液化烴和固體雜質(zhì),導(dǎo)致壓縮機(jī)配件磨損異常嚴(yán)重,配件使用壽命短。

2)“先分離+后過濾”的分離方法,結(jié)合了旋流分離器和過濾分離器的優(yōu)勢(shì),使分離器對(duì)閃蒸氣分離能力大大增強(qiáng)且延長(zhǎng)了濾料更換周期。

3)閃蒸氣壓縮機(jī)二、三級(jí)增壓入口再增加一級(jí)氣液分離,有效降低了壓縮機(jī)入口氣液分離器的處理負(fù)荷,閃蒸氣氣質(zhì)更加清潔,同時(shí)也降低了壓縮機(jī)配件的磨損速率。