苯乙烯裝置GB-301 尾氣壓縮機系統防腐蝕策略

張杰良，張萬云

（蘭州石化公司合成橡膠廠，甘肅蘭州 730060）

0 引言

尾氣壓縮機（GB-301）是某公司苯乙烯裝置乙苯脫氫單元的關鍵設備，在生產中不僅為乙苯脫氫反應提供負壓系統，也作為尾氣回收的的關鍵設備，為蒸汽過熱爐提供燃料（尾氣經過處理作為過熱爐燃料）。主要流程如下:乙苯脫氫系統產生的尾氣經壓縮機吸入罐FA-308 進入GB-301，經壓縮排出的尾氣；在FA-309 中氣液分離后，液相進入FA-305，從FA-309 頂部出來的尾氣經冷卻器（EA-312）后，冷凝液排入FA-309（圖1）[1]。

由于脫氫單元GB-301 尾氣壓縮機及后處理系統聚合嚴重，尤其在裝置高負荷生產過程中，后系統的尾氣壓縮機機腔內陰陽轉子、尾氣冷卻器EA-312、尾氣氣液分離罐EA-309 及其管線內聚合嚴重，從而導致因EA-312 換熱效果差、FA-309 下料管線堵塞造成尾氣壓縮機非計劃停車以及透平蒸汽消耗高等現象，影響了苯乙烯裝置的長周期運行。

圖1 尾氣壓縮機流程

1 GB-301 尾氣壓縮機組成及工作原理

從結構上來分，該尾氣壓縮機組（GB-301）主要由一整套的200L5 型無油旋轉螺桿壓縮機、一臺COPPUS RLHA-24 型汽輪機驅動器（即透平機）、密封系統、潤滑油系統和附件等部分組成（表1）。

GB-301 尾氣壓縮機工作原理:螺旋葉片和嚙合腔離開入口端面旋轉靠邁出口端；螺旋葉片離開入口使入口有吮吸作用并使氣體進入螺旋葉片間的空間中，進一步旋轉將入口與這一空間隔開，螺旋葉片的網格間容積減少并逐步壓縮氣體；隨著旋轉，網格間容積越來越小，氣體被不斷被壓縮，螺旋葉片主邊緣經過固定邊，形成了排放口開放，壓縮氣體進入排出量（圖2）。這樣一個循環結束后，螺旋葉片間嚙合空間減至零直到再吸入氣體。

表1 壓縮機主要參數

圖2 GB-301 尾氣壓縮機工作原理

2 運行中存在的問題

尾氣壓縮機機組于2000 年投產使用，一直運行良好。近年來，工藝反應壓縮機工作效率低，入口注射水水壓持續偏高，潤滑油油箱進水，遂解體檢修。解體后發現，壓縮機殼體內腔腐蝕嚴重，有3 處腐蝕穿孔孔洞，機殼內出現大面積腐蝕凹坑（圖3）。

3 GB-301 尾氣壓縮機腐蝕原因分析

圖3 壓縮機轉子腐蝕情況

該公司對苯乙烯脫氫單元尾氣壓縮機（GB-301）進行了國產化，改造涉及壓縮機機頭組件，其余汽輪機、狀態檢測系統（本特利3300）、潤滑油系統和儀表控制系統等，仍然利舊使用。因工藝條件未發生變化，介質對壓縮機的腐蝕未得到徹底改善。通過分析，造成GB-301 尾氣壓縮機壓縮機腔體腐蝕的主要原因是阻聚劑的酸性腐蝕。苯乙烯裝置脫氫單元尾氣壓縮機及后處理系統聚合嚴重，尤其在裝置高負荷生產過程中，后系統的尾氣壓縮機機腔內陰陽轉子、尾氣冷卻器EA-312、尾氣氣液分離罐FA-309 及其管線內聚合嚴重，從而導致因EA-312 換熱效果差、FA-309 下料管線堵塞，造成尾氣壓縮機非計劃停車以及透平蒸汽消耗高等現象。

4 GB-301 尾氣壓縮機系統腐蝕措施

4.1 改變壓縮機噴入的工藝阻聚劑酸堿性

在生產過程中加入復合堿性阻聚劑，是通過向壓縮機氣體進料中加入自由基鏈反應終止劑，通過抑制苯乙烯鏈引發反應和鏈增長反應降低聚合，同時用該助劑的堿性中和物料系統的酸性[2]。在尾氣壓縮機系統操作條件穩定、所有控制參數處于正常控制范圍時，將原尾氣壓縮機阻聚劑更換。經過工業試驗調整和過程標定，目前阻聚劑加入量穩定，系統pH 值維持在6.5～7.5。執行標準為GB/T 9724—2007《化學試劑pH 值測定通則》，檢測數據見表2。

該公司將壓縮機入口噴入的工藝阻聚劑由酸性基液改為堿性基液阻聚劑。在加入阻聚劑之前，該公司對系統水樣進行了分析，作為對比樣，在加入之后，對系統水樣繼續跟蹤。使用堿性阻聚劑前系統中游離水的pH 值平均在5.1，程弱酸性，加入堿性阻聚劑后系統的pH 值控制在6.5～7.5，效果較為理想。堿性緩蝕劑的應用使得壓縮機機腔內部的物料偏弱堿性，可見堿性阻聚劑的加入有效中和了系統酸性，減少了酸性環境對系統的腐蝕，起到減緩壓縮機機腔腐蝕的作用。

4.2 改變尾氣冷凝器材料

該公司EA-312 列管泄漏嚴重，發生過數次由于EA-312泄漏造成尾氣壓縮機停車的故障。針對該情況，該公司委托設計對尾氣冷凝器EA-312 進行了重新選型，材料由16MnR 改為S30408 不銹鋼材料[3]。新的EA-312 冷凝器投用后，冷凝器未發生泄漏。定期對EA-312 進行清理檢修，從打開情況看，列管花盤沒有腐蝕，進行試壓查漏，定壓均一次合格，未進行堵管消漏。由圖4 可以看出，改變材料后，EA-312 冷凝器使用狀況良好，達到了預期目的。

表2 設備檢修后pH 值測定結果

圖4 EA-312 冷凝器材料改變前后對比

4.3 對壓縮機進行系統消缺、杜絕機組外腐蝕

為解決尾氣壓縮機漏油、漏氣問題，該公司將對尾氣壓縮機組進行系統大修。大修對尾氣壓縮機4 套碳環密封進行更換，對汽輪機汽封、軸瓦等進行更換，對汽輪機葉輪重新做動平衡，解決了透平機漏油、漏汽問題，進而杜絕了因漏油漏氣等導致的壓縮機組外腐蝕。檢修后對透平機、壓縮機進行了試車，試車一次成功，壓縮機運行至今，振動、位移和溫度值均在控制指標范圍內（圖5）。

圖5 壓縮機組系統大修

4.4 對GB-301 尾氣壓縮機進行振動監控升級

該公司尾氣壓縮機利用檢修機會對本特利3300 監視器進行了升級。位移測點陰陽轉子二取二，振動測點XY 方向二取二，溫度雙支電阻體二取二，振動、位移及溫度數據全部實現了二取二，避免了因儀表誤報警而造成機組停車，確保了儀表系統的穩定可靠，為壓縮機長周期運行提供了可靠監控。

5 GB-301 尾氣壓縮機系統防腐蝕策略結論

通過改變阻聚劑酸堿性、冷凝器材料、機組系統消缺、升級監控系統等措施，杜絕了尾氣壓縮機因設備內、外腐蝕造成的非計劃停車，機組振動、位移及溫度等測點完好率達到了100%，潤滑油系統全年運行正常，進而實現了該GB-301 尾氣壓縮機組防腐蝕長周期運行的攻關目標。