油气回收工艺系统运行异常的分析及处理
时间：2023-06-10 16:15:12 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
苏鲁书，刘兆春，李建军，李 强，李 阳
（山东港口日照港油品码头有限公司，山东 日照 276800）
近年来，随着国家环保法律法规的愈加严格，作为控制挥发性有机污染物排放的关键单元［1］，油气回收系统被广泛应用于储油库发油作业［2，3］。当前大多数文献集中在发油作业液体装卸臂的密闭化、油气处理流程及回收利用效率研究上［4～6］，而对于影响油气回收设备稳定运行的设备问题及解决措施却鲜有文献报道。
1.1 主工艺流程
原油挥发过程产生的油气经过脱硫单元后进入到压缩机，被压缩至0.7 MPa后进入预冷器，在预冷器中被冷凝器排出的不凝气预冷后（约20℃）进入冷凝器被冷媒液冷却到0～5℃，在冷凝器中有机气体的蒸汽分压大大超过其相应的饱和蒸汽压，此时大约50%～60%有机组分冷凝成液体流入储油罐内储存。
不凝气体作为冷源，进入预冷器后被加热达到10～20℃的温升后进入膜分离单元，不凝气中的非有机组分更优先的通过膜进入活性炭吸附装置，而未透过膜的气体提浓后返回压缩机入口复叠处理；
吸附单元中2个活性炭炭罐交替进行吸附、脱附工作，当1个炭罐进行吸附时，另1个炭罐则进行脱附再生；
工作1个吸附周期后，2个吸附罐切换工作状态，以实现装置连续工作。经真空泵解吸后的气体回到冷凝单元进行下次冷凝液化，而吸附后的气体从而达到标准排放。
“脱硫+冷凝+膜+吸附”复叠法处理工艺流程见图1。
图1 油气回收主工艺流程
1.2 冷却辅助流程
油气回收冷却水循环循环管路可分为空气压缩冷却系统和制冷机冷却系统，主要包括冷却塔、冷却水箱、循环水泵、热交换器及连接管道组成。
空气压缩机冷却系统：来自冷却塔的冷却水通过循环水泵后部分进入水—水热交换器，与经气液分离后的高温水进行充分热交换，再进入压缩机对排气进行冷却。
制冷系统：由螺杆制冷压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及相关管道组成，借助压缩机的抽吸压缩、冷凝器的冷凝放热、节流膨胀降压以及蒸发器汽化吸热的不停循环过程，通过利用制冷剂的相态变化过程所发生吸放热现象从而达到降低被冷却对象温度的目的［7］。
压缩机压缩后排出的高温高压气态制冷剂首先进入冷凝器被常温冷却水冷却成中温高压液体，高压液体经节流膨胀后变成低温低压的液体。在蒸发器中制冷剂液体汽化吸收被冷却介质的热量，变成低温低压的饱和气体或过热蒸汽。
油气回收冷却水辅助流程见图2。
图2 油气回收冷却水辅助流程
2.1 系统低压
故障现象：油气回收装置的吸附系统是由2个吸附罐、1台真空泵和相关的控制阀门组成，当气体开始进入膜分离单元后，系统运行压力一直维持在0.3～0.4 MPa，明显低于正常压力，且当吸附罐A处于吸附状态，吸附罐B处于解吸状态时，2个罐的压力均为负压，尾气调节阀基本处于关闭状态。
故障分析及处理：铁路装车作业现场主要采用“冷凝+膜分离+吸附”技术组合的油气回收系统，透过膜组件的烃类组分进入吸附系统，剩余气则进入入口压缩机进行循环复叠处理。当吸附系统的真空泵启用后，通过切换相关的操作阀门可以实现1个罐吸附、另1个罐解析的目的，见图3。
图3 油气回收活性炭吸附单元工艺流程
当罐A吸附、罐B解吸时，现场阀门A1、A3、B2处于开启状态，而阀门B1、B3、A2处于关闭状态，油气经罐A活性炭吸附后尾气达标排放，而解吸罐B中的活性炭在真空泵抽真空的作用下重新恢复活性，因此吸附罐A压力应为正压，而解吸罐B压力应为负压。由于当2个罐的压力均为负压时，考虑吸附流程和解吸流程管线间存在交叉或气体互串，油气未经吸附即被真空泵抽出，考虑阀门A2或阀门B1存在限位行程偏差或内漏的情况。对2个阀门进行拆检发现阀门B1阀芯存在明显损伤，阀杆与球体在连接间隙处发生脱离，且阀杆表面由于应力分布不均磨损严重［8］，从而导致阀杆的转动不能带动球体的转动，使得阀门开关准确度降低。对故障阀门进行更换新阀并调整限位后，重新调试系统，2个罐压力均恢复正常。
2.2 压缩机排气压力过高
故障现象：油气回收系统开机运行3～5 min，冷凝器至储液罐平衡管结霜，气液分离罐压力上涨至0.8 MPa，达到油气回收超压报警值，系统无法连续运行，需要进行故障分析和处理。
（1）冷凝器出现冰堵问题引起系统超压。该油气回收系统冷凝单元中的预冷器和冷凝器采用固定管板式列管换热器，其中预冷器壳程介质为经过气液分离器分离后的油气，而管程介质为不凝气体，冷凝器中壳程介质为预冷后的油气，管程介质为乙二醇，由于油气含湿量比较大，进入预冷器后多余的水分首先在换热管外冷凝成液体，液态水则在重力作用下经冷凝器进入储液罐，而未冷凝的油气则重新返回预冷器参与热交换，从而实现冷量的再利用。由于气流夹带较多的水分一起至冷凝器进液管，在冷凝器内部遇到折流板等内构件的阻碍，容易沉积发生结冰现象，导致气体流动阻力增大，引起系统压力升高，特别是当机组长时间停机，而冷凝器内部的水没有排放或没有排放干净，当环境温度低于0℃后，由于温度低而使冷凝器的管外壁结冰，使其流通面积越来越小，直至完全堵死。为了快速消除冰堵的影响，可在停机状态下拆卸冷凝器至储液罐进液接管，对油气回收冷凝器进行化冰以排除残余的水分，抑或在低温段做双路切换工艺改造，当1侧冷凝器冰堵后，直接切换到另1路换热交换器冷凝，同时发生冰堵的1侧做融霜处理。
（2）膜吸附前进气阀门或尾气调节阀动作行程故障引起系统超压。为了确保油气回收系统运行的压力，膜吸附前进气阀门开启的压力为0.6 MPa，而活性炭罐吸附后的尾气排放管线调压阀的阀前压力设定为0.7 MPa，当膜进气阀或尾气调节阀不能正常打开均会导致系统超压，此时需要及时调整确认阀门的动作行程。
2.3 压缩机排气温度过高
故障现象：压缩机排气管、气液分离器及热交换器外壁温度超过60℃，同时由于水润滑不充分，加剧了压缩机主机内部螺杆与星轮的摩擦，压缩机产生异音，油气回收出现排气温度过高保护。
故障分析及处理：相比干式无油螺杆压缩机，该油气回收系统采用的水润滑螺杆无油压缩机具有压缩效率高，维护保养简单，环保无污染［9］的特点。喷入压缩机的冷却水与油气一起压缩后进入气液分离罐，分离后的油气进入预冷器，而液态水则经过热交换器、水过滤器后重新返回压缩机。由于等温压缩，水润滑压缩机通常具有相对降低的排气温度（50～60℃），该油气回收系统排气温度保护值设定为55℃。系统出现排气温度过高保护时常见的原因及处理措施有3点。
（1）由于冷却水流量不足引起冷却效果不佳，流量不足通常是由于冷却水箱液位不足，管路存在堵塞、阀门开度过小或循环水泵没有正常工作造成的，此时需要及时检查管路，清理过滤网，更换水过滤器滤芯、增大阀门开度，或检查水泵相序是否接反等；
（2）由于冷却塔冷却效果下降引起冷却水温度过高，此时需要重点检查冷却塔上方电机及风扇是否正常运转，及时更换故障件；
（3）来自室外冷却塔和冷却水池的循环水在不断循环使用过程中，水中的钙、镁离子在受热时会以无机盐的形式结晶析出并凝结在换热管内壁上，加上水中原有的泥土、泥沙，以及菌藻滋生产生的生物黏泥等，会造成换热管堵塞，从而降低热交换效率［10］，因此需要定期对换热器内部的铜管进行清洗除垢。
由图2可以看出，冷却塔的出水经循环水泵加压后分为2路：1路流经制冷机组冷凝器支路，另1路流经空压机组热交换器支路。对水循环管路进行拆检清洗后，压缩机高温自停故障依然存在，考虑由于管路并联分流导致流经空压机组热交换器的流量不能满足空压机组循环冷却水的设计冷负荷，通过优化整合实施冷却水循环“并改串”工艺改造，将制冷冷凝器的出口与热交换器的入口相连接，将冷却水循环由传统的旁路分流模式改为集流统一循环模式，既能利用冷却塔获取低冷幅冷却水，又不影响制冷系统的安全运行，空压机工作运行温度同比下降10～8℃，以致排气高温问题得以消除。
2.4 制冷压力异常
制冷系统正常运行时可分为高温高压蒸汽冷凝放热的高压部分和低温低压气体蒸发吸热的低压部分。由于气体在排气管及冷凝器的压力很小，压缩机排气压力接近冷凝压力，同理，压缩机吸气压力可近似为蒸发压力。制冷系统压力异常主要表现为冷凝压力过高或蒸发压力过低。
2.4.1 冷凝压力过高故障现象：排气压力偏高会导致高压保护开关起跳，引起油气回收系统高压保护自停，同时由于冷凝压力与冷凝温度呈正比关系，排气压力偏高会使压缩机的压缩功加大，压缩机机壳、排气管温度急剧升高，压缩机润滑油变稀，压缩机产生噪音。
故障分析及处理：（1）由于制冷剂充注量过多，液体占据了有效冷凝面积，观察系统的高、低压表，R22制冷剂正常运行时的高压值为2 MPa，低压为0.58 MPa，若高、低压都升高明显，则释放多余的制冷剂；
（2）管路阀门开度过小或堵塞造成冷却介质的流量不足，检修冷却塔、循环水泵、阀门和过滤网，增大冷却水流量，保证冷却水充足；
（3）冷凝器传热面结垢，导致气—液界面的热交换效率下降，冷凝器外壁的温度升高，需要及时拆检清洗冷凝器。
2.4.2 蒸发压力过低故障现象：系统低压压力表值明显低于正常值，甚至低压侧显示为负压，油气回收冷凝温度上升，系统显示制冷低压保护自停。
故障分析及处理：（1）若开机时冷媒高压、冷媒低压均明显低于正常值，从蒸发器视窗中看到的气泡较少，则制冷剂出现泄露问题，首先检查制冷系统铜管及接头处是否有渗油现象，其次对系统进行充氮气打压，利用肥皂水检查外围各接头、膨胀阀、甚至蒸发器内部铜管有无泄漏；
（2）若高压侧压力值变化较小，低压侧压力值下降为负压，则怀疑过滤器堵塞或阀门开度较小，例如由于电磁阀感应线圈损坏导致阀门始终处于关闭状态，制冷剂不能及时的进入蒸发器中，蒸发压力较小，需重新更换过滤器或电磁阀；
（3）被冷却介质（乙二醇）流量不足或蒸发器换热效果下降，因热量不足会导致经过蒸发器的制冷剂不能及时从液态蒸发成气态，大量湿蒸汽吸入压缩机容易造成压缩“液击”，甚至缸头结霜，此时需检修冷媒泵或管路相关阀门是否正常工作，并且及时清洗蒸发器。
综合回收效率、工艺操作、运行能耗及设备投资等因素的考虑，当前石化行业油气回收的工业应用主要采用2种或多种油气回收组合的工艺方法控制轻烃组分的排放，从而降低油品的蒸发损耗。对于组合复叠式油气回收工艺而言，由于油气处理过程各化工操作单元间相互影响，因此密切关注系统流量、温度及压力等重要参数的变化，有效掌握设备运行状况是十分必要的。
通过长期对制约组合复叠式油气回收工艺稳定运行的异常问题分析与处理，同时结合机组工作原理分析系统停机原因，有针对性地提出相应处理对策，从而为推动油气回收技术的可靠应用提供技术支持。
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