李元明 于洋 張勇

摘 ?????要：裂解氣壓縮機(jī)作為乙烯裝置最關(guān)鍵核心機(jī)組，如果出現(xiàn)故障將嚴(yán)重后果。由于裂解氣中富含1，3丁二烯、苯乙烯、環(huán)戊二烯等多種易結(jié)焦組分，將對壓縮機(jī)的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重危害。對壓縮機(jī)長周期運(yùn)行中出現(xiàn)的異常問題進(jìn)行分析，并提出了相對可行的解決建議。

關(guān) ?鍵 ?詞：裂解氣壓縮機(jī);長周期;結(jié)焦

中圖分類號：TQ 052 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ??????文章編號： 1671-0460（2019）02-0427-04

Abstract： The failure of cracking gas compressor as a key core equipment of ethylene plant will cause serious consequences. The cracking gas is rich in multiple easily coked components such as 1，3-butadiene，styrene and cyclopentadiene，which can severely affect normal operation of cracking gas compressor. In this paper， the problems in the long-term operation of the compressor were analyzed， and feasible solution was put forward.

Key words： Cracking gas compressor; Long-term; Coking

本裝置采用美國SW公司的前脫丙烷前加氫專利技術(shù)工藝，設(shè)計(jì)可生產(chǎn)聚合級乙烯800 kt/a，作為乙烯裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備，裂解氣壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀況，直接影響整體的運(yùn)行工況。

1 ?生產(chǎn)工藝概況和設(shè)備運(yùn)行情況

1.1 ?生產(chǎn)工藝概況

本裝置裂解氣從急冷水塔頂進(jìn)入壓縮機(jī)一段緩沖罐，經(jīng)四段壓縮后進(jìn)入堿洗塔除去酸性氣體，然后進(jìn)入氣液相干燥器脫除水分，再經(jīng)高壓脫丙烷塔后進(jìn)入壓縮機(jī)五段，經(jīng)五段壓縮后出口壓力可達(dá)3. 8 MPa。

1.2 ?設(shè)備概況

裂解氣壓縮機(jī)組作為乙烯裝置最關(guān)鍵的核心設(shè)備，它的運(yùn)行是否平穩(wěn)直接影響到乙烯裝置的運(yùn)行。撫順石化烯烴廠乙烯裝置的裂解氣壓縮機(jī)由日本三菱公司生產(chǎn)，其型號為9H-4W 9H-4B 7H-7B離心式3缸5段15級壓縮機(jī)。其配套蒸汽透平由三菱公司生產(chǎn)，型號為：8EH-11抽氣冷凝式透平，11級，蒸汽流量398 600 kg/h，額定功率：53 500 kW。

2 ?壓縮機(jī)運(yùn)行狀況及分析

2.1 ?壓縮機(jī)運(yùn)行問題

裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)自2012-10開工，裂解氣壓縮機(jī)一直運(yùn)行較為平穩(wěn)，但隨著運(yùn)行周期的增加，壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)逐漸下降。表1為在100%負(fù)荷下壓縮機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

由表1可以看出在急冷水塔塔頂溫度基本穩(wěn)定的情況下，隨著壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期的增加各段排出溫度逐年增加，尤其是到了2017年末期，各段排出溫度均在91 ℃以上，同時(shí)在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速夜逐年增加，對比剛開工初期的轉(zhuǎn)數(shù)增加了270 r/min，而一段吸入壓力卻逐漸增高，同時(shí)裂解氣壓縮機(jī)透平的蒸汽耗量也在增加，這些問題都造成了裂解氣壓縮機(jī)功率的下降，并且對乙烯裝置能耗有了較大的影響

尤其在裝置運(yùn)行末期，即2017-02-06、2017-03-06和2017-03-17多次出現(xiàn)低壓缸振值升高的現(xiàn)象。振動(dòng)特征表現(xiàn)為瞬間性和隨機(jī)性，如2017-03-06在11：30低壓缸徑向驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)VI-13805X/Y和VI-13806X/Y開始上升， 11：50：40秒裂解氣壓縮機(jī)低壓缸驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)VI-13805X/Y分別達(dá)到93.5 μm/61.2 μm，低壓缸非驅(qū)動(dòng)端軸振動(dòng)VI-13806X/Y分別達(dá)到42.9 μm /35.6 μm，聯(lián)鎖值為91 μm，該聯(lián)鎖為2取2，因此未發(fā)生聯(lián)鎖停車，12：20之后振動(dòng)值逐漸恢復(fù)正常。

通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)分析，上述事件歷時(shí)振動(dòng)50 min左右，振動(dòng)值和相位大致恢復(fù)，波動(dòng)期間相位稍有變化，這種恢復(fù)性不是掉垢塊產(chǎn)生的，因?yàn)楣笁K脫落，會(huì)產(chǎn)生動(dòng)不平衡，振動(dòng)值和相位不會(huì)完全恢復(fù)[1]。本次原因應(yīng)為裂解氣中粘性物質(zhì)在葉輪和密封上附著，結(jié)垢使動(dòng)靜間隙變小，導(dǎo)致動(dòng)靜碰摩，之后異物碰摩消失之后振動(dòng)恢復(fù)正常。

2.2 ?裂解氣壓縮機(jī)結(jié)焦原因分析

2017年6月4日乙烯裝置停車檢修，對裂解氣壓縮機(jī)開蓋檢查發(fā)現(xiàn)低壓缸、中壓缸結(jié)焦非常嚴(yán)重，垢物堵塞壓縮機(jī)隔板、葉輪、密封機(jī)殼流道和機(jī)殼的流道，影響壓縮機(jī)效率和機(jī)械性能。

對聚合垢物進(jìn)行紅外光譜分析，分析結(jié)果表明垢樣中的有機(jī)物主要是含有苯環(huán)的二烯烴聚合物（聚苯乙烯，苯乙烯與1，3丁二烯共聚物、苯乙烯與C5二烯烴共聚物等）紅外譜圖如圖1。

3 ?裂解氣壓縮機(jī)結(jié)焦原因分析

3.1 ?結(jié)焦原因

裂解氣中含有大量不飽和烴、金屬氧化物、硫化物，使烯烴、雙烯烴經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后會(huì)發(fā)生自聚共聚反應(yīng)。在受熱的殼體及缸體表面形成一層組成復(fù)雜的垢物。反應(yīng)產(chǎn)生的聚合物，會(huì)附著在缸體、葉輪、以及壓縮機(jī)內(nèi)部流道內(nèi)，降低壓縮機(jī)運(yùn)行效率。

3.2 ?結(jié)焦機(jī)理

（1）自由基聚合

在壓縮機(jī)壓縮機(jī)缸體聚合物生成的主要原因是裂解氣中活潑組分的自由基聚合[2]。自由基聚合是由于裂解氣中的活性組分在氧氣、氧化物和過氧化物的催化下由于壓縮溫度升高而發(fā)生的。由于自由基的增長，使得聚合物分子量不斷增加，從而形成高分子聚合物聚集在壓縮機(jī)內(nèi)部。

（2） Diels-Alder 狄爾斯-阿爾德縮聚

如圖3所示裂解氣壓縮機(jī)聚合物還有少量是由于在壓縮過程中，一部分共軛雙烯烴與取代烯烴反應(yīng)生成六元環(huán)狀聚合物的縮聚反應(yīng)。

3.3 ?壓縮機(jī)結(jié)垢位置及影響

（1） 氣體排出流道

如圖4所示由于結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)擴(kuò)壓室和葉輪的氣體流道變窄、使得機(jī)組裂解氣的流通面積不斷減小，造成壓縮機(jī)的各段壓力升高。運(yùn)行負(fù)荷減少，壓縮機(jī)功率增加[3]。為保持正常運(yùn)行，必須提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，而轉(zhuǎn)速的增加會(huì)使得更快的氣體流速和更高的出口壓力，使得壓縮機(jī)的排氣溫度不斷上升。

當(dāng)垢塊在壓縮機(jī)內(nèi)積累到一定程度，裂解氣在流道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，或當(dāng)垢塊發(fā)生脫落時(shí)，會(huì)造成垢層的不均勻分布，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)，使振動(dòng)大幅增加，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)件和定子之間產(chǎn)生摩擦，造成一定的機(jī)械損傷。

（2） 迷宮密封

如圖5所示中干凈級間迷宮式密封能夠產(chǎn)生很好的湍流，結(jié)垢嚴(yán)重的迷宮式密封由于凹槽處結(jié)垢嚴(yán)重降低了湍流，導(dǎo)致節(jié)流效果下降，壓降升高，而導(dǎo)致裂解氣泄漏量增加，使得壓縮機(jī)運(yùn)行效率過低，蒸汽消耗量增加，或壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)無法提高等現(xiàn)象。

4 ?抑制壓縮機(jī)結(jié)焦方法及預(yù)防措施

乙烯裝置普遍采用以下幾種方法來防止裂解氣壓縮機(jī)結(jié)垢。

4.1 ?注水

注水技術(shù)是利用向壓縮機(jī)流道內(nèi)注入脫鹽水，，由于脫鹽水中中不含有固體雜質(zhì)和氧氣，利用水的汽化潛熱達(dá)到降低壓縮機(jī)內(nèi)部溫度的效果，從而降低裂解氣壓縮機(jī)各段出口溫度，減緩不飽和組分的結(jié)焦速度[4]。在90 ℃以上反應(yīng)物的聚合速率呈指數(shù)增加，聚合速度加快。但控制過低的溫度，會(huì)使段間過多的酸性氣體凝結(jié)在段間換熱器上，導(dǎo)致段間換熱器容易腐蝕，也會(huì)增加段間換熱器的熱負(fù)荷，同時(shí)由于注水量過大也會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)流量增加而減小壓縮機(jī)效率。

同時(shí)注入到壓縮機(jī)內(nèi)的水應(yīng)該通過特殊的霧化噴嘴使水滴的直徑在100 ?m左右，以便物化的水滴能夠迅速氣化而不會(huì)對壓縮機(jī)內(nèi)部造成損壞。我裝置為五段壓縮機(jī)，共計(jì)有12個(gè)噴嘴，一段4個(gè)，二段2個(gè)，三段2個(gè)，四段4個(gè)，分別在壓縮機(jī)缸體兩側(cè)注入，注入位置為葉輪的入口彎道上。

一般來說注水量約為裂解氣量的1%～2%，略大的注水量對于壓縮機(jī)整體運(yùn)行來說是有利的，可以對壓縮機(jī)內(nèi)的流道進(jìn)行清洗，防止聚合物沉積。我裝置注水量設(shè)計(jì)值為每段15 L/min，約占裂解氣量的1.12%，目前我裝置裂解氣壓縮機(jī)采用1-4段連續(xù)注水的方式，目前每段注水量控制在6～10 L/mim，控制裂解氣壓縮機(jī)出口溫度在82～88 ℃，與不注水相比溫度可降低5～8 ℃。

4.2 ?注洗油

注油技術(shù)是通過選擇富含芳烴的加氫汽油作為油，注入裂解氣壓縮機(jī)缸體內(nèi)，通過沖刷附著在葉輪及流道上的聚合物，冷卻裂解氣，減緩聚合反應(yīng)的發(fā)生。同時(shí)通過洗油的注入，使流道上形成一層油膜，可使聚合物不易粘附于流道表面。裝置選用的洗油為本裝置自產(chǎn)的加氫汽油，其組分為C6～C8，其主要成分為苯55%，甲苯24%，因?yàn)槠鋼碛辛己玫娜芙庑郧也缓N、二烯烴等不飽和組分，所以用加氫汽油作為裂解氣壓縮機(jī)缸體的洗油是非常合適的。其中有文獻(xiàn)[5]提到由于洗油中苯在常壓下沸點(diǎn)過低，使得洗油中的苯在壓縮機(jī)缸體內(nèi)容易氣化，作者認(rèn)為此處沒有考慮到壓縮機(jī)內(nèi)的壓力，經(jīng)計(jì)算在不同壓力下沸點(diǎn)見表2，完全滿足壓縮機(jī)內(nèi)要求。同時(shí)苯與甲苯對有機(jī)物的溶解性十分接近，所以本裝置內(nèi)自產(chǎn)的洗油是非常合適作為壓縮機(jī)缸體的清洗劑的。

裝置為五段壓縮機(jī)，共計(jì)有12個(gè)洗油噴嘴，一段4個(gè)，二段2個(gè)，三段2個(gè)，四段4個(gè)，分別在壓縮機(jī)缸體兩側(cè)注入，注入位置為葉輪的入口彎道上。一般來說洗油注入量為裂解氣量的1%～2%，我裝置在2017年首次檢修之前的洗油注入方式是間歇性注入，每周注入8 h，注入量為60 L/min， 檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)缸體聚合嚴(yán)重，同時(shí)發(fā)現(xiàn)洗油噴嘴由于間斷性注入，導(dǎo)致洗油噴嘴嚴(yán)重堵塞，于是檢修開工后改為連續(xù)注入，注入量為40 L/min。

4.3 ?注入阻垢劑

本裝置2017年大檢修后對壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，通過原有的洗油管線，開始加注NALCO公司的壓縮機(jī)阻聚劑EC3451A，其主要有效成分是阻聚劑-控制自由基聚合、分散劑-防止聚合物附著，提高液相物料對沉積物的溶解性、金屬減活劑-與鐵反應(yīng)形成氧化鐵以控制過氧化物分解的催化作用、緩蝕劑-控制腐蝕，以防止腐蝕產(chǎn)物在壓縮過程中沉積[6]。

同時(shí)通過對裂解氣壓縮M因子進(jìn)行觀測，如圖6，理論上M因子控制在0.25以下，即可認(rèn)為壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好。目前通過上述方法發(fā)現(xiàn)M因子均有平穩(wěn)下降趨勢。

5 ?結(jié) 論

裂解氣壓縮機(jī)為乙烯裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況直接影響乙烯裝置整體運(yùn)行。裂解氣壓縮機(jī)結(jié)焦雖然無法完全避免，但可以通過加強(qiáng)工藝管理減緩結(jié)垢速率。

（1）通過調(diào)節(jié)注水量控制壓縮機(jī)出口溫度在85～88 ℃，可以有效減緩結(jié)焦;

（2）通過連續(xù)洗油注入，可以有效溶解大部分結(jié)焦物;

（3）通過阻聚劑的注入，可以有效控制各類聚合反應(yīng)的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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