瓦斯回收裝置壓縮機的堵塞物分析及控制

代 敏，孫金梅，馬忠庭，韓 云

（中國石油克拉瑪依石化有限責任公司煉油化工研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

某公司低壓瓦斯回收裝置備有2套火炬系統(tǒng)及1套共用的瓦斯回收系統(tǒng)。全廠低壓瓦斯（其組分主要有C1、C2、C3、H2等）經(jīng)6臺活塞式火炬壓縮機壓縮升壓后，與催化、焦化等裝置的干氣一起送入干氣、液化氣脫硫裝置，得到凈化后干氣，最后作為燃料氣進入煉油廠氣管網(wǎng)，回收不及的瓦斯放火炬燒掉。正常生產時，火炬氣經(jīng)壓縮機升壓后與催化、焦化等裝置的干氣進入脫硫裝置脫硫后作為煉廠氣使用。2020年3月至今，火炬壓縮機在運行過程中，壓縮機出口出現(xiàn)較多的堵塞物，火炬壓縮機頻繁出現(xiàn)異常，經(jīng)常需要停機維修。文中針對火炬壓縮機系統(tǒng)內清理出的堵塞物樣品進行分析，為工藝現(xiàn)場查找原因提供參考。

1 火炬壓縮機運行中存在的問題

火炬壓縮機頻繁出現(xiàn)出口管路堵塞現(xiàn)象，過濾器需經(jīng)常清洗。壓縮機運行過程中產生膠狀物，嚴重影響壓縮機及配套設施長周期運行。

火炬壓縮機出口出現(xiàn)較多堵塞物導致部分壓縮機停機清理，從裝置的停機現(xiàn)場不同部位取回了3個樣品，幾種樣品的外觀呈現(xiàn)顆粒狀，有一定量的膠狀粘性物質，具體見表1。

表1 現(xiàn)場樣品信息

2 堵塞物的分析檢測

2.1 分析儀器及方法

（1）金屬元素分析：等離子體發(fā)射光譜儀，試驗方法：RIPP124-1990。

（2）非金屬元素分析：元素分析儀，試驗方法：NB/SH/T0656-2017。

（3）陰離子濃度：離子色譜儀，試驗方法：Q/LHY036-2011。

2.2 元素分析

根據(jù)火炬壓縮機內物料的來源以及上游裝置內可能的物料性質，同時根據(jù)試驗室內使用的等離子體發(fā)射光譜儀和元素分析儀等設備的具體情況，試驗中對現(xiàn)場取回的1#、2#和3#樣品進行了部分關鍵的金屬、非金屬元素和灰分分析，主要數(shù)據(jù)見表2。

表2 樣品的部分元素分析

根據(jù)對物料的部分金屬元素的分析，1號火炬壓縮機出口樣品中有大量含Cu物質，并含有Fe元素和貴金屬元素Pd，2#和3#樣品組成相似，均來自于5號火炬壓縮機，含有Fe、Cu、Ca類物質，也含有貴金屬元素Pt和Pd。

非金屬元素的分析數(shù)據(jù)中C/H比值較高，說明了樣品中可能含有膠質、瀝青質或焦粉狀的物質［1］。非金屬元素中O元素的含量較高，顯示出樣品中含有一定量金屬和非金屬的氧化物。

由于受到儀器檢測性能的限制，除了表2中所列的部分金屬和非金屬元素，其中還可能含有其它未知的元素?，F(xiàn)場取回3種物質的灰分分別為87.17%、32.31%和19.72%，灰分非常高，說明樣品中的無機成分較多，主要是無機鹽和氧化物。

2.3 物料對石油醚和水的溶解情況

由于從現(xiàn)場取回的物料中有固相顆粒，也含有一定的膠狀粘性物質，試驗中分別采用石油醚和水對一定量的樣品進行溶解（采用石油醚溶解后的液相物料均呈現(xiàn)淡黃色），充分攪拌，過濾。對濾渣進行烘干，稱重后計算樣品對石油醚和水的可溶物的量，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 對石油醚和水溶解情況

從表3的分析數(shù)據(jù)可知，壓縮機出口的堵塞物質含有一定量的油溶性物質。經(jīng)計算后得知：1#物質中油溶性有機物占7.34%，2#和3#樣品中對應物質占18.33%和16.05%，說明低壓瓦斯內含有一定量可溶于石油醚的油品。

用水溶解后濾液中的部分金屬離子采用RIPP124-1990等離子體發(fā)射光譜法進行分析，對其中的陰離子含量采用Q/LHY036-2011離子色譜法進行分析，液相物料中陰離子濃度以及在樣品中的比例和濾液中部分金屬離子含量見表4、5。

表4 液相物料中陰離子濃度以及在樣品中的比例

表5 濾液中部分金屬離子分析

采用離子色譜的分析方法檢測出液相物料中的主要F-、Cl-、NO2-、NO3-和SO32-/SO42-等陰離子。根據(jù)化學原理，含F(xiàn)e2+的溶液淺顯綠色，含F(xiàn)e3+的溶液顯黃色，含Cu2+的溶液顯藍色。

結合對濾液的金屬離子濃度分析，2#濾液Fe3+的含量較多，3#濾液可能含有Fe3+和Fe2+。據(jù)此分析，3種樣品中含有可溶性物質量分別為：0.45%、16.98%和18.78%。

1#水溶性物質含量較小，2#和3#中對應的物質相對較多，主要以金屬Cu、Ca和Na的鹽類形態(tài)存在。2#火炬壓縮機可溶性物質中以亞硫酸鹽或硫酸鹽居多，還有一定的氯化物。3#樣品可溶物以氯化物居多，還含有亞硫酸鹽或硫酸鹽。

2.4 熱重分析

為了準確判斷無機物、有機物存在的可能性，試驗室對裝置的3個樣品均進行了熱重分析的考察，同時對殘留物內的金屬元素進行了分析，樣品粉末的熱重分析見表6。

表6 樣品粉末的熱重分析

在800℃、2 h條件下進行了高溫煅燒，考察了樣品的熱穩(wěn)定性情況，具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 煅燒后殘余物質的元素分析

對比分析表6、7中數(shù)據(jù)，壓縮機出口的物質經(jīng)800℃、2 h煅燒后，殘留的物質主要是銅、鐵、鈣的無機鹽及其氧化物。

1#物質煅燒后殘留物顏色為黑色，結合金屬和非金屬元素的分析數(shù)據(jù)，黑色物質主要是氧化銅和氧化鐵，根據(jù)失重情況計算，此類物質的總量占比為88.3%%。

2#和3#中殘留物顏色呈現(xiàn)紅色，主要組成為氧化鐵、氧化銅、氧化鈣或硫酸鈣等，此類物質的總量占比分別為32.7%和19.3%。其中含有Pt、Pd、Ni、V等物質的含量較突出，根據(jù)裝置的工藝情況，初步判斷可能是上游裝置內一定量的催化劑組分進入了低壓瓦斯系統(tǒng)。

3 堵塞物來源分析及控制

3.1 原料組成

根據(jù)火炬壓縮機內介質的來源，同時結合試驗試驗的分析和檢測，初步判斷從火炬壓縮機出口取回雜質樣品中可能有一定量的有機物質，極有可能是輕質油品、膠質和瀝青質，裝置內的火炬氣中夾帶的膠質、瀝青質不溶于水，無法通過水洗罐去除，隨火炬氣進入壓縮機。在溫度和壓力影響下。由于膠質和瀝青質粘度大、附著力強，粘附焦粉，會形成混合物，逐漸在壓縮機入口過濾器、冷卻器、U型管路處造成堵塞。

3.2 上游裝置的穩(wěn)定操作

結合脫硫裝置內火炬壓縮機的進料情況，同時結合試驗室內對堵塞物質的分析，上游裝置的正常操作對火炬壓縮機系統(tǒng)的結晶或結垢與否起著至關重要的作用。

結晶或結垢的存在會導致瓦斯流道的流通面積的減小和工況的不穩(wěn)定［2~4］，因此，清除壓縮機內部堵塞物是必要的，但是從根本上杜絕堵塞的發(fā)生還需要上游裝置的穩(wěn)定操作。

3.3 防腐蝕控制

堵塞問題在壓縮機內腔發(fā)生外，還發(fā)生在入口過濾器處，這需要引起足夠的重視。由于低壓瓦斯為各裝置放空氣體，其中含有H2S、SO2等氣體，會給相應的工藝管線和設備帶來腐蝕。因此，需要把結垢問題和工藝防腐控制的問題綜合起來考慮，進一步提高裝置的工藝操作水平，搞好源頭的預防和控制［5~7］。

3.4 規(guī)范操作規(guī)程

根據(jù)壓縮機內部出現(xiàn)的黑色堵塞物出現(xiàn)的狀態(tài)、裝置清洗的頻次等情況，操作規(guī)程中應該補充相關規(guī)定，當上游裝置出現(xiàn)異常時，應該及時將相應的情況通知下游裝置，并應規(guī)范化、制度化［8，9］。

4 結束語

（1）根據(jù)火炬壓縮機內介質的來源，同時結合試驗試驗的分析和檢測，初步判斷從脫硫裝置內火炬壓縮機出口取回雜質樣品中有一定量的輕質油品、膠質和瀝青質及水溶性物質，其中水溶性物質以亞硫酸鹽或硫酸鹽居多，還有一定的氯化物。元素分析的結果表明：樣品中含有大量的含有Cu、Fe、Ca類物質，其中Pt、Pd、Ni、V的元素含量也較為突出。初步判定器堵塞物主要組成是一定的無機鹽結晶、輕質油、膠質、瀝青質和催化劑粉末等。

（2）當上游裝置出現(xiàn)工作不正常時，火炬氣就會夾帶的一定量輕質油、膠質、瀝青質和催化劑粉末，這些物質隨火炬氣進入壓縮機。而壓縮機內溫度、壓力較高，故會逐漸產生膠狀物，粘附在壓縮機系統(tǒng)內，造成系統(tǒng)火炬壓縮機出口單向閥堵塞，影響了壓縮機的長周期運行。

（3）通過對造成火炬壓縮機堵塞的因素分析，上游裝置需加強穩(wěn)定操作，把結垢問題和工藝防腐控制的問題綜合起來，搞好源頭的預防和控制。