对裂解气压缩设备周期性运转可靠性的探究剖析

对于大型乙烯装置， 短短几个小时的停车， 就会造成几百万甚至几千万元的经济损失， 从而影响企业效益， 因此要提高压缩机的可靠性， 保持压缩机的长周期运行是乙烯装置平稳运行的关键。从设备本身来说， 压缩机叶轮、隔板及流道内的结焦严重影响着压缩机的长周期运行， 特别是裂解气压缩机系统的聚合结焦问题成为影响装置生产和长周期平稳运行的难点， 是造成装置全线停车的重要原因之一。

1 机组概况

兰州石化 24 万吨乙烯/ 年装置老区裂解气压缩机为意大利新比隆公司生产的两缸四段压缩机， 低压缸型号为 2M CL806， 高压缸型号为 2BCL508， 透平机为背压抽提式 EHNK40/ 45， 2003 年 24 万 t 改造时从新疆独山子石化调拨， 2003 年 6 月 12 日装置实现 1 次开车成功。至 2006 年该机组已进行了3 次解体大修， 机组运行周期基本都在 1 年， 严重制约着乙烯装置的长周期运行。在 2006 年装置大检修中， 车间通过总结经验进行了技术攻关改造， 使得机组的运行状况得到了极大的改善， 2007 年至今没有发生一起非计划停车事件， 乙烯装置向三年一修的目标迈进。压缩机的设计参数。

2 机组运行中存在的问题

2004 年装置大检修时发现机组结焦严重， 而且压缩机三段后冷却器也严重结焦； 从 2003 年开车至2005 年 6 月， 压缩机一直采用注洗油为压缩机段间进行降温， 段间温度得不到控制， *高时能达到 100 以上， 加剧了段间结焦。2005 年 6 月后， 车间对压缩机段间降温系统进行了初次技术改造， 由注油改为注水； 2006 年对注水进行了二次技术改造， 由于 2004 年注水改造时采用的泵为隔膜式计量， 而压缩机四段背压较高， 约 4. 0 M Pa， 此泵经常发生故障， 检修频率较高， 严重影响了压缩机注水的正常进行， 由于注水泵的因素， 导致段间温度不能有效控制。

因此， 2006 年再次对注水系统进行改造， 将原来的隔膜式计量泵改为高速离心泵， 至此， 压缩机各段间温度得以控制。2006 年 1 月 28 日， 电气车间切换 USP发生故障， 导致压缩机停车， 经多次开车， 压缩机始终无法运行， 根据开车时的状况初步判断为高压缸段间气封窜气， 因此对压缩机高压缸进行抢修， 发现机组三、四段段间气封腐蚀严重， 气封已经破坏， 无法起到密封的作用，同时四段气封也有较大腐蚀。

3 解决的办法

引起压缩机系统聚合结焦的主要原因是石油裂解气中含有的不饱和烯烃、过氧化物等， 特别是裂解气中的丁二烯和苯乙烯在一定温度下会发生聚合反应。这些聚合物都会粘接在压缩机的叶轮、隔板及流道内， 随着时间的推移， 这些聚合物会越聚越多，*终使压缩机的流量减小， 振动增大， 直接影响压缩机的气动性能、力学性能和使用寿命。

这些聚合反应大多是自由基反应， 引起其发生聚合反应的首要因素是温度， 因为这些自由基都是二烯烃在受热后产生的， 过氧化物受热后也会产生自由基和二烯烃发生聚合反应。阻止或减少这些聚合反应的关键是减少自由基的生成及降低聚合反应的速度。

可以看出， 随着温度的升高， 聚合反应的速度也增高， 当温度超过 85 后， 聚合反应的速度会增加很快。因此， 阻止和降低压缩机系统聚合结焦的*有效途径是降低压缩机的出口温度， 控制出口温度不超过85 ， 这样聚合反应就发生的比较少。

3. 1 压缩机采用级间注水降低段间温度

级间注水是通过注水喷头把水喷在叶轮、扩压器入口， 水经注水喷头雾化后进入压缩机壳体， 与裂解气混合后气化， 吸收大量的热来降低裂解气的温度， 使其更接近于等温压缩， 减少压缩机的功率消耗， 减少聚合结焦， 并可提高压缩机的气动性， 减少功率损耗， 又可以降低聚合结焦， 同时也可以将压缩机段间温度控制在 85 以下， 有效地减少聚合反应的发生。因此， 对压缩机进行注水改造， 初次改造使用 2 台计量泵， 泵生产厂家为美国 PUL SAFEEDER（ 帕斯菲达） 公司， 一开一备。泵型号为7660- 4- AE， 每泵 4 缸； 驱动电动机型号为 A - EF- 160LE， 功率 15 kW.

计量泵 4 个缸体设计参数流量： 1 398 L/ h，压力 8. 3 10 5 Pa流量：2 253 L/ h，压力 17. 6？ 10 5 Pa流量： 928. 9 L/ h，压力 41. 4 10 5 Pa流量：1 940 L/ h，压力 6. 2 10 5 Pa计量泵流量信号接入车间 DCS 系统， 各缸冲程可在中控室控制。实际利用计量泵的 3 个缸， 运行时有 1 个缸 （ 流量1 940 L/ h， 压力6. 2 10 5 Pa） 冲程为零； 有 1 个缸（ 流量 2 253 L/ h， 压力 17. 6 10 5 Pa） 向二段、三段供水。注水改造流程图。

注水中存在的问题如下。

1） 注水不稳定： 由于裂解气压缩机四段操作压力为3. 6 M Pa， 因此计量泵背压较高， 而其隔膜材质为四氟乙烯， 由于压力太高导致隔膜破裂， 同时其涡轮蜗杆及连杆经常发生断裂或损坏， 泵故障率较高，大大地影响了注水降温的效果， 注水不是很稳定， 由于注水量经常发生变化， 而注水喷头孔径较小， 随着焦粉的积累， 时间一长， 注水孔经常被堵塞， 而疏通注水喷头只能在线反冲， 危险性较大， 段间温度得不到控制， 经常超温运行， 使得结焦更加严重。因此车间对注水系统进行了二次改造， 将原来的注水泵改为高速离心泵。泵流量6 m 3， 扬程420 m， 注水点采用原来注水点， 流程改造后所示。

经过二次改造后， 大大提高了压缩机各段间注水的连续性及稳定性， 压缩机各段间温度能够严格控制在 85 90 内， 缸体结焦减缓， 有效保证了压缩机的长周期运行。

2） 气封腐蚀： 由于该压缩机采用两缸四段压缩， 在压缩机三段出口和四段入口加碱洗塔对裂解气进行碱洗， 消除裂解气中的酸性物质， 如 H 2 S、CO、CO 2等。因此， 采用注水后必定将少量的碱液（ 主要含 NaOH ） 带到压缩机四段， 而压缩机三、四段段间气封及四段级间气封材质都是锻铝 LD5， 碱注水二次改造流程图会与铝发生反应， 因此， 四段气封就会受到碱腐蚀。

为了不影响压缩机的运行周期， 必须对其进行气封改造。主要材质的选用很重要， 首先其材质需耐碱腐蚀； 其次， 其硬度不宜过高， 应与 LD5 相当， 这样可以防止压缩机转子在异常工矿下被气封磨损损伤。考虑到以上情况， 查阅资料发现镍合金具有较高的耐碱性， 腐蚀率对比， 由于气封齿需要在密封本体上直接车出，选用材料需要一定的力学加工性能， 故而选用强度高一些的镍合金（ CZ100） ， 它的材料成分，物理性能。镍基合金强度完全可以满足结构设计尺寸的要求， 且硬度不高， 较压缩机轴的硬度（ 轴表面硬度在 268 HB 左右） 低， 在安装不当的情况下与轴产生碰磨时， 不会划伤轴， 且自身将在很短的时间内被磨损掉。这种材料黏附性差， 在与轴碰磨时不会产生将密封齿撕裂的情况， 磨损下来的粉末不会黏附在轴表面， 保证了密封的寿命。材料腐蚀率工作环境为 14% NaOH 温度 88 的腐蚀率/ mm a - 1钛合金。镍合金 0. 000 5 M onel（ 蒙乃尔合金）0. 001 3碳钢 0. 208 3 铸铁 0. 208 3 Inconel（ 因科镍尔合金） 0. 000 76不锈钢 0. 001 合金钢0. 1 3. 2 压缩机段间换热器的结焦

从压缩机以往运行的情况来看， 压缩机段间换热器结焦也严重影响着压缩机的运行周期， 主要是在压缩机的三段及四段， 而三段后冷却器（ EA - 205） 结焦*为显著， 由于结焦影响到裂解气的流通量， 从而压缩机三段出口压力也随之增高， 增加了压缩机的负荷， 同时换热效果也降低， 段间温度增高，结焦加剧， 裂解气没有得到充分的冷却， 随即进入下一级压缩后温度变得更高， 形成恶性循环。因此压缩机三段后冷却器结焦问题也是影响压缩机长周期的瓶颈， 而 EA- 205 换热器仅为单台， 无法完成在线清理， 要保证压缩机长周期必须保证 EA- 205 的换热效果及管束流通性， 因此增加一台换热器作为备用换热器， 对换热器切出进行清理， 保证了压缩机的段间冷却效果及裂解气流通性， 为机组长周期运行扫除了瓶颈。

4 结语

压缩机段间进行注水不仅可以有效地降低压缩机结焦程度， 同时也可以降低压缩机的功耗， 注水改造后， 对压缩机三、四段段间气封及四段级间气封能够防止注水后对气封的腐蚀， 保证压缩机的长周期运行。增加备用换热器， 在线清理管束及换热器壳体， 能够有效降低段间温度， 确保换热器的流通量，也是提高压缩机长周期运行的有效途径之一。对压缩机进行上述改造后， 本装置裂解气压缩机基本实现了长周期运行， 向三年一修目标迈出了坚实的一步， 同时对装置的节能降耗起到至关重要的作用。

在经济效益方面， 不仅节约了检修成本， 而且由于避免了不必要的停车检修， 提高了企业的经济效益。

但是， 由于新型气封材质硬度大于锻铝 LD5， 气封对压缩机转子在非正常工况下工作时的摩擦还需要进一步研究。压缩机四段如果能增加备用换热器，则压缩机运行可靠。