裂解氣壓縮機結垢原因分析

翟鳳閣, 鄭磊, 楊培君, 惠存萬, 閆鳴宇, 叢軍

（中國石油撫順石化公司 烯烴廠，遼寧 撫順 113000）

裂解氣壓縮機結垢原因分析

翟鳳閣, 鄭磊, 楊培君, 惠存萬, 閆鳴宇, 叢軍

（中國石油撫順石化公司 烯烴廠，遼寧 撫順 113000）

裂解氣壓縮機是乙烯裝置的核心設備，起著承上啟下的作用。介紹了國內某乙烯廠裂解氣壓縮機段間冷卻器和缸體結垢的原因和影響因素，并通過紅外色譜分析和500 ℃通空氣焙燒的方法對垢樣進行分析，根據分析結果制定針對性的解決方案。該乙烯裝置原設計中采用注油、注水的措施來防止聚合物的生成，未對壓縮機增設加注阻垢劑系統。通過對同行業的調研了解到加注阻垢劑效果良好，該廠通過討論后確定了對裂解氣壓縮機增設阻垢劑系統的方案，方案實施后可減少聚合反應的發生，延長壓縮機運行周期，保證壓縮機平穩運行。

裂解氣壓縮機; 結垢; 注水; 注油; 解決方案

大型壓縮機組作為石化行業用于輸送介質的關健設備，機組運行安全、可靠是企業對設備運行的基本需求。裂解氣壓縮機是乙烯裝置的核心設備，主要作用是將急冷單元的裂解氣通過多段壓縮提壓后為深冷分離提供條件，在整個乙烯裝置起到承上啟下的作用，被稱為是乙烯裝置的“心臟”[1]。同時，裂解氣壓縮機也是乙烯裝置的能耗大戶，壓縮機組運行是否平穩，對乙烯裝置的能耗影響較大。

國內某烯烴廠乙烯裝置為SW工藝，裂解氣壓縮機為日本三菱生產制造的離心式壓縮機，蒸汽透平驅動，由高中低壓三個缸體五段串聯組成，輸送介質為裂解氣。該機組于2012年正式運行，設計時采用了向壓縮機缸體內級間注油和注水的方式來防止壓縮機結垢。2017年該乙烯裝置首次經歷了四年一次大檢修，在開蓋檢修裂解氣壓縮機時，發現段間冷卻器和缸體出現不同程度的結垢現象，給檢修下線清理和維修帶來了較大的困難。

1 裂解氣壓縮機結垢原因分析

該機組在大檢修時發現結垢問題后，該廠立即組織對壓縮機段間換熱器垢樣進行分析，對垢樣紅外色譜分析及500 ℃的通空氣焙燒實驗，分析結果表明 ：垢樣中的有機物主要為含有苯環的二烯烴聚合物（聚苯乙烯、苯乙烯與1,3丁二烯共聚物、苯乙烯與碳五二烯烴的共聚物），且通過12 h高溫焙燒后的產物呈紅棕色粉末狀，有磁性，通過鑒定為鐵腐蝕產物。垢樣分析結果如表1。

從垢樣分析結果反映出，該裂解氣壓縮機結垢原因主要是由于裂解氣中二烯烴的聚合和共聚所產生聚合物所導致。因為裂解氣成分比較復雜，其中的不飽和烴在 85 ℃時會開始發生聚合反應，形成類似焦油的粘稠沉淀物，粘附在壓縮機的構件上，經過長時間的作用阻塞葉輪、隔板、機殼、流道和密封[2]。當壓縮機葉輪、流道等部位發生阻塞后，會使壓縮機裂解氣的流通量減小，對壓縮機的做功效率造成嚴重影響。當聚合物累積過多后，會在離心力的作用下發生脫落，此時，就會影響到轉子的平衡，造成壓縮機軸振動值偏大，嚴重時發生高振值連鎖停車。

表1 垢樣組成表Table 1 Scale sample table

該機組連續運行4年，在運行中末期時，段間冷卻器出現冷卻能力不足的現象，在冷卻水溫度在正常溫度時，段間溫度最高值時在 90 ℃以上，此時已經表現出結垢比較嚴重的現象。并且，在運行末期，壓縮機振動值經常有上漲趨勢，甚至發生連鎖停車。表2為機組段間溫度運行初末期對比。

表2 機組段間溫度運行初末期對比表Table 2 Unit period temperature running at the beginning and terminal stages

圖1為壓縮機段間冷卻器結垢情況。

圖1 段間冷卻器結垢圖Fig.1 Cooler scaling drawing

2 裂解氣壓縮機結垢對系統的影響

2.1 負荷降低、排出溫度升高

由于壓縮機內垢物的累積，造成壓縮機葉輪和流道內的空間變小，隨著結垢的日益加重，流道的流通量會越來越少，壓縮機的操作工況發生偏離，使壓縮機的壓力不斷升高，負荷不斷減小，造成壓縮機的功率消耗增大。

當壓縮機的流通量變小時，如果要保持原有的負荷，就要將壓縮機的轉數做出相應的提高，但是轉數提高后勢必會造成壓力的上升，進而壓縮機的排氣溫度上升，溫度的上升會加劇不飽和烯烴的聚合速度，形成惡性循環的現象。

2.2 壓縮機振動值波動

隨著壓縮機內聚合物的不斷累積，當累積到一定程度時，一旦裂解氣壓縮機的吸入流量由于裝置負荷發生變化、原料異常波動等原因發生波動時，流道內的氣流會對黏附在葉輪等部位的聚合物造成沖擊脫落，此時轉子會由于垢物的脫落失去平衡，導致壓縮機的軸振動值增大，甚至引起高振值連鎖停車，嚴重影響著乙烯裝置的長周期安全平穩運行。

3 常規防結垢措施

3.1 注油

減緩壓縮機結垢最常用的技術是向壓縮機內注入洗油，早在上世紀80年代時建設的乙烯裝置大部分采用注油的方式來控制壓縮機結垢。該機組采用注入加氫碳九作為洗油來防止結垢。洗油注入后，會在裂解氣流道上形成一層油膜，使聚合物不會黏附在流道表面或減輕黏附的作用。即使有聚合物生成，也能被洗油溶解而清除。因此注入洗油是防止段間冷卻器結垢的重要手段。洗油采取間斷性注入方式，注入量為裂解氣量的2%～3%左右[3]。

注入洗油的缺點是大量的碳九組分進入壓縮機循環，不僅造成壓縮機功耗增大，而且也造成碳九的大量浪費。碳九的注入雖然能在葉輪、隔板等部位形成油膜，防止聚合物黏附，但是無法降低壓縮機段間的溫度[4]。

3.2 注水

壓縮機的級間注水主要是利用水汽化潛熱的原理來降低裂解氣的排出溫度，防止不飽和烴的聚合，同時也可以降低壓縮機的功率。該機組注入的水來至鍋爐給水，水質符合要求。注水位置在每級葉輪的入口彎道上。注入的水通過噴嘴迅速汽化后隨裂解氣進入葉輪，進而會降低進入下一級葉輪的裂解氣溫度，達到降低裂解氣段間溫度的目的。

雖然該乙烯裝置裂解氣壓縮機采用了注油和注水的方法來降低結垢的措施，但未能有效減少聚合物的生成。通過本次大檢修發現了嚴重的結垢問題，裝置技術人員與同類裝置的調研了解，大部分裝置采用了壓縮機段間注入阻垢劑的方法來進一步防止聚合物生成，并且取得了很好的效果。

4 確定防結垢方案

目前國內乙烯行業裂解氣壓縮機大多新增段間注入阻垢劑的方式來防止壓縮機結垢。該阻垢劑有兩個作用，一是能夠穩定裂解氣中自由基，在壓縮機過程中遇見裂解時產生的自由基后，該組分會與自由基結合生成穩定的分子，終止聚合反應。二是起到分散清洗的作用，當裂解氣壓縮機內部有聚合物生成時，該組分會將聚合物進行分散后隨裂解氣帶走，避免了聚合在壓縮機內累計，影響系統的穩定操作。

大慶乙烯采用的新型EC3144A型阻垢劑，應用于350 kt/a的乙烯裝置。經過長時間的實踐證明，該阻垢劑的成本低、運行效果好，經濟效益顯著。

盤錦乙烯在 1995年就對壓縮機加注阻垢劑的技術進行應用，注入阻垢劑型號為EC-3144，通過向洗油中注入阻垢劑帶入系統，加注后兩年效果得到驗證，壓縮機的結垢情況大大減少，并且垢質松散易于清理。壓縮機的運行穩定，周期可延長1年以上，達到了預期效果[5]。

該烯烴廠乙烯裝置裂解氣壓縮機在設計中采用了注油和注水的方式來防止壓縮機結垢，同時在沖洗水冷卻器換熱器（E-1342）工藝側出口管線上設計了注劑預留口。本次大檢修發現壓縮機發生結垢后，該廠通過與同行業了解和設計院溝通后，確定利用原設計的預留口對系統進行加注阻垢劑解決方案。由于該乙烯裝置的注洗油系統采用每周注入兩次的方式進行注入，無法滿足阻垢劑連續注入。但注水采用連續注入的方式，故采用解決方案為增設一套阻垢劑注入系統，包括阻聚劑罐、兩臺阻聚劑泵及輔助設施，阻聚劑泵出口管線與裂解氣壓縮機沖洗水冷卻器換熱器出口管線的注劑預留口處進行連接實現連續注入。

阻垢劑和水混合后通過霧化噴嘴汽化后順著裂解氣的氣流進入葉輪，注入的水經過噴嘴幾乎全部汽化，分布效果良好，可將阻垢劑均勻分布于裂解氣中，將裂解氣中的不穩定的自由基轉化為穩定的分子，從而減少聚合反應的發生。同時該阻垢劑也有分散的作用，可將已經產生的垢進行分散，避免大量垢物在缸體及換熱器中累積，對壓縮的穩定運行造成影響。

本次開工后，該車間對注水量進行了適當的增大調整，降低壓縮機段間排出溫度至 80 ℃左右，段間溫度降低后也可減少聚合反應的發生。

通過段間注水量的調整和加入阻垢劑的方案實施后，可減輕壓縮機的聚合問題，延長了運行周期，保證了機組的平穩運行。

圖2為增加壓縮機注入阻垢劑流程示意圖。

圖2 示意圖Fig.2 Sketch map

5 結束語

該烯烴廠乙烯裝置連續運行四年，在大檢修時發現裂解氣壓縮機結垢較嚴重。機組原設計中采用注油、注水措施防止壓縮機結垢，通過本次檢修表現出注油、注水防結垢效果欠佳。發現問題后該廠積極與同行業交流，了解壓縮機運行情況，并針對壓縮機結垢特點采取相應措施。最終該廠確定了增加注入阻垢劑系統方案，該方案實施后，可大大減少聚合反應的發生，延長壓縮機運行周期，保證機組平穩運行。

［1］王松漢, 等. 乙烯裝置技術[M]. 北京：中石化出版社，1994:168-191.

［2］馬鵬飛, 等. 裂解氣壓縮機結焦分析及改造［J］. 化工機械，2009，36 (2): 151-153.

［3］李吉輝. 抑制裂解氣壓縮機結焦的技術措施[J]. 化學工業與工程技術，2010, 31 (4)：46-48.

［4］張平林, 等. 注洗油改為注水對裂解氣壓縮機組的影響[J]. 乙烯工業，2015,17(2)：47-50.

［5］趙宇寰, 等. 裂解氣壓縮機轉子防結垢措施[J]. 乙烯工業，1999，11 (3)：43-46.

Reason Analysis of Cracking Gas Compressor Scaling

ZHAI Feng-ge, ZHENG Lei, YANG Pei-jun, HUI Cun-wan, YAN Ming-yu, CONG Jun
（PetroChina Fushun Petrochemical Company Olefin Plant, Liaoning Fushun 113109, China）

Pyrolysis gas compressor is the key equipment of ethylene unit. In this paper, reasons and affecting factors of interstage cooler and cylinder scaling of pyrolysis gas compressor were introduced, and the scale sample was analyzed by chromatographic analysis and air calcination at 500 ℃, then the solution was put forward based on the analysis result. The original design of the plant uses the methods of oiling and water injection to prevent from generating polymer, without the design of adding scale inhibitor into compressor. The well result of adding scale inhibitor is known through the investigation. The method of adding scale inhibitor will reduce the possibility of polyreaction, prolong the compressor’s running cycle, make sure compressor running stably.

Pyrolysis gas compressor; Scaling; Water injection;Oil injection; Modification scheme

TQ 052

A

1671-0460（2017）11-2363-03

2017-07-11

翟鳳閣（1965-），男，遼寧省撫順市人，高級程師，1989年畢業于沈陽化工學院，研究方向：高分子化工。E-mail：zhaifengge@petrochina.com.cn。

鄭磊（1985-），男，遼寧省撫順市人，中級職稱，2010年畢業于北京化工大學，研究方向：化學工程與工藝。E-mail：zhenlyxyx@petrochina.com.cn。