裂解氣壓縮機長周期運行舉措

李元明 于洋 張勇

摘 ?????要：裂解氣壓縮機作為乙烯裝置最關(guān)鍵核心機組，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，將對壓縮機的正常運行產(chǎn)生嚴(yán)重危害。對壓縮機長周期運行中出現(xiàn)的異常問題進行分析，并提出了相對可行的解決建議。

關(guān) ?鍵 ?詞：裂解氣壓縮機;長周期;結(jié)焦

中圖分類號：TQ 052 ??????文獻標(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，裂解氣壓縮機組的運行狀況，直接影響整體的運行工況。

1 ?生產(chǎn)工藝概況和設(shè)備運行情況

1.1 ?生產(chǎn)工藝概況

本裝置裂解氣從急冷水塔頂進入壓縮機一段緩沖罐，經(jīng)四段壓縮后進入堿洗塔除去酸性氣體，然后進入氣液相干燥器脫除水分，再經(jīng)高壓脫丙烷塔后進入壓縮機五段，經(jīng)五段壓縮后出口壓力可達3. 8 MPa。

1.2 ?設(shè)備概況

裂解氣壓縮機組作為乙烯裝置最關(guān)鍵的核心設(shè)備，它的運行是否平穩(wěn)直接影響到乙烯裝置的運行。撫順石化烯烴廠乙烯裝置的裂解氣壓縮機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。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 ?壓縮機運行狀況及分析

2.1 ?壓縮機運行問題

裂解氣壓縮機系統(tǒng)自2012-10開工，裂解氣壓縮機一直運行較為平穩(wěn)，但隨著運行周期的增加，壓縮機運行狀態(tài)逐漸下降。表1為在100%負荷下壓縮機的運行數(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，隨著壓縮機運轉(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，同時在壓縮機轉(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，同時裂解氣壓縮機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。振動特征表現(xiàn)為瞬間性和隨機性，如2017-03-06在11：30低壓缸徑向驅(qū)動端和非驅(qū)動端振動VI-13805X/Y和VI-13806X/Y開始上升， 11：50：40秒裂解氣壓縮機低壓缸驅(qū)動端軸振動VI-13805X/Y分別達到93.5 μm/61.2 μm，低壓缸非驅(qū)動端軸振動VI-13806X/Y分別達到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，上述事件歷時振動50 min左右，振動值和相位大致恢復(fù)，波動期間相位稍有變化，這種恢復(fù)性不是掉垢塊產(chǎn)生的，因為垢塊脫落，會產(chǎn)生動不平衡，振動值和相位不會完全恢復(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)垢使動靜間隙變小，導(dǎo)致動靜碰摩，之后異物碰摩消失之后振動恢復(fù)正常。

2.2 ?裂解氣壓縮機結(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，垢物堵塞壓縮機隔板、葉輪、密封機殼流道和機殼的流道，影響壓縮機效率和機械性能。

對聚合垢物進行紅外光譜分析，分析結(jié)果表明垢樣中的有機物主要是含有苯環(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)過壓縮機壓縮后會發(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，會附著在缸體、葉輪、以及壓縮機內(nèi)部流道內(nèi)，降低壓縮機運行效率。

3.2 ?結(jié)焦機理

（1）自由基聚合

在壓縮機壓縮機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)垢會導(dǎo)致壓縮機擴壓室和葉輪的氣體流道變窄、使得機組裂解氣的流通面積不斷減小，造成壓縮機的各段壓力升高。運行負荷減少，壓縮機功率增加[3]。為保持正常運行，必須提高壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)，而轉(zhuǎn)速的增加會使得更快的氣體流速和更高的出口壓力，使得壓縮機的排氣溫度不斷上升。

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

（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，使得壓縮機運行效率過低，蒸汽消耗量增加，或壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)無法提高等現(xiàn)象。

4 ?抑制壓縮機結(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結(jié)垢。

4.1 ?注水

注水技術(shù)是利用向壓縮機流道內(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到降低壓縮機內(nèi)部溫度的效果，從而降低裂解氣壓縮機各段出口溫度，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，也會增加段間換熱器的熱負荷，同時由于注水量過大也會導(dǎo)致壓縮機流量增加而減小壓縮機效率。

同時注入到壓縮機內(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對壓縮機內(nèi)部造成損壞。我裝置為五段壓縮機，共計有12個噴嘴，一段4個，二段2個，三段2個，四段4個，分別在壓縮機缸體兩側(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整體運行來說是有利的，可以對壓縮機內(nèi)的流道進行清洗，防止聚合物沉積。我裝置注水量設(shè)計值為每段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%，因為其擁有良好的溶解性且不含烯烴、二烯烴等不飽和組分，所以用加氫汽油作為裂解氣壓縮機缸體的洗油是非常合適的。其中有文獻[5]提到由于洗油中苯在常壓下沸點過低，使得洗油中的苯在壓縮機缸體內(nèi)容易氣化，作者認(rèn)為此處沒有考慮到壓縮機內(nèi)的壓力，經(jīng)計算在不同壓力下沸點見表2，完全滿足壓縮機內(nèi)要求。同時苯與甲苯對有機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缸體的清洗劑的。

裝置為五段壓縮機，共計有12個洗油噴嘴，一段4個，二段2個，三段2個，四段4個，分別在壓縮機缸體兩側(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， 檢修時發(fā)現(xiàn)缸體聚合嚴(yán)重，同時發(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系統(tǒng)進行技術(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]。

同時通過對裂解氣壓縮M因子進行觀測，如圖6，理論上M因子控制在0.25以下，即可認(rèn)為壓縮機運行狀態(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

裂解氣壓縮機為乙烯裝置的關(guān)鍵核心設(shè)備，其運轉(zhuǎn)情況直接影響乙烯裝置整體運行。裂解氣壓縮機結(jié)焦雖然無法完全避免，但可以通過加強工藝管理減緩結(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：

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[6]翟鳳閣. 裂解氣壓縮機結(jié)構(gòu)原因分析[J]. 當(dāng)代化工， 2017， 46（11）： 2364-2365.