往復式壓縮機隔離氣系統分析及探討

朱杰，肖學，楊越玲

(國家能源集團寧夏煤業有限責任公司，寧夏 銀川 745000 )

某公司600 kt/a聚丙烯裝置采用Lummus Novolen氣相工藝技術，于2016年12月投產，主要生產均聚和共聚聚丙烯產品。該氣相工藝技術具有產品牌號多、丙烯單體無需氣化、產品無需干燥、固定投資費用低的優點[1]，但在生產過程中也存在一些問題，如聚合反應催化劑活性較低，產品能耗高，反應器的控制自動化程度不夠高，中控操作人員工作強度大等。尤其在聚丙烯粉料排放系統中的載氣在輸送至載氣壓縮單元過程中夾雜細粉顆粒和三乙基鋁，嚴重影響載氣壓縮機的長周期運行。結合現場實際案例分析改進載氣壓縮機的隔離氣系統，取得了很好的效果。

1 載氣壓縮單元工藝流程簡介

聚丙烯裝置主要由丙烯精制、聚合、擠壓、載氣壓縮等單元組成。聚丙烯載氣壓縮單元工藝流程如圖1所示。從載氣過濾器中來的載氣經過載氣冷卻器冷卻，冷卻后的載氣進入載氣壓縮機單元壓縮后，返回丙烯循環系統，注入到循環氣冷凝器的進口，再經丙烯循環泵返回反應器。

圖1 聚丙烯裝置載氣壓縮單元工藝流程示意

2 載氣壓縮機運行存在的問題

載氣壓縮機隔離氣壓力一直得不到有效監控，使得載氣壓縮單元自裝置投產以來一直無法長期穩定運行，正常運行時間不超過8×103h。隔離氣壓力低曾造成載氣壓縮機級間緩沖罐嚴重帶液，入口錐型過濾器頻繁堵塞，壓縮機活塞和氣缸表面磨損、填料函短時間磨損發生泄漏被迫停車，潤滑油品質降低，過濾器堵塞等異常情況。導致生產裝置大量回收載氣排放火炬，丙烯單耗增加。

該壓縮機早期設計采用氮氣作為隔離氣，并不斷補充進入工藝系統，隨著載氣回收系統返回至反應器，惰性氣體富集導致聚合反應器壓力偏高，嚴重影響工藝操作和產品質量。該公司借鑒早期項目的運行經驗，改進該壓縮機隔離氣系統。將原來氮氣隔離氣改為聚丙烯裝置精制單元精制后的新鮮丙烯氣，新增1套干氣密封系統。干氣密封系統將2.2 MPa的液相丙烯經過汽化器變為4.0 MPa氣相丙烯，溫度為110 ℃，經過減壓器減壓至0.5 MPa的氣相丙烯進入該壓縮機隔離腔。

該壓縮機隔離腔設計隔離氣壓力為0.2 MPa，由于減壓后的0.5 MPa丙烯隔離氣在經過孔板至壓縮機腔體管線后存在節流和熱量散失，所以壓縮機隔離腔就地壓力表顯示壓力實際是隔離氣體壓力和泄漏工藝氣壓力共同作用效果。早期設計隔離氣管線遠傳壓力變送器距離該壓縮機設備本體較近，不具有實際參考價值。因此，只有保證經過減壓后的丙烯隔離氣壓力達到設計要求0.5 MPa時，才能使得隔離氣不間斷地正常進入隔離腔使該壓縮機正常運行。

在含有三乙基鋁的工藝氣進入載氣壓縮機隔離腔時，潤滑油黏度出現了上升情況，潤滑油黏度的上升會導致該壓縮機轉動部件的潤滑不良，降低設備使用壽命。通過對潤滑油樣Mobil Glygoyle 150油品分析可知，當溫度為40 ℃時，運動黏度由原來0.015 04 m2/s上升達到0.034 7 m2/s，同時發現鋁離子質量分數w(Al3+)嚴重超標，達到0.204 0%。

3 載氣壓縮機隔離氣系統改進措施及效果

3.1 改進措施

在該壓縮機原始壓力遠傳變送器與隔離氣減壓閥之間新增加壓力變送器，并將信號引入DCS實時監控隔離氣壓力，減壓閥后隔離氣管線增加30 mm厚度的保溫棉并纏繞電伴熱帶，冬天時投用設定溫度為60 ℃。同時在隔離氣管線進載氣壓縮機末端增加切斷閥，用于正常啟動載氣壓縮機對隔離系統暖管和隔離氣壓力測試使用。該壓縮機隔離氣系統改進措施流程如圖2所示。

圖2 載氣壓縮機隔離氣系統改進措施流程示意

3.2 應用效果

該壓縮機隔離氣系統改進后，丙烯隔離氣壓力平穩，能保證持續不斷地進入該壓縮機隔離腔，防止了工藝介質沿著活塞桿泄漏至隔離腔。在運行18個月后拆檢發現該壓縮機的填料、活塞桿、活塞、導向軸承等無明顯磨損。長時間運行后潤滑油的品質依然保持良好，壓縮機級間緩沖罐再無夾帶潤滑油的情況發生。

1)丙烯單耗降低。該壓縮機隔離氣系統改進后，在啟停壓縮機3次的情況下，對比日平均單耗，改進前，生產每噸聚丙烯產品所消耗的單體丙烯為1.08 t， 1.09 t， 1.12 t；改進后為1.000 9 t， 1.000 9 t， 1.000 9 t。因此該壓縮機隔離氣系統改進后丙烯單耗比改進前下降約0.1 t。

2)載氣壓縮機運行周期增長。該壓縮機隔離系統改進前，因為隔離氣壓力問題載氣壓縮機頻繁停機，連續運行周期為7～8個月；隔離氣系統改造后，載氣壓縮機運行平穩，沒有因隔離氣問題而出現停機，連續運行周期達到18個月，有效保證了該壓縮機的平穩長周期運行。

4 結束語

通過在原始壓力遠傳變送器與隔離氣減壓閥之間增加壓力遠傳變送器，并在DCS實時監控隔離氣壓力，保證了隔離腔不斷補充新鮮隔離氣，防止工藝氣竄至隔離腔，增加填料壽命，提高壓縮機穩定運行時間。從而減少載氣壓縮機的非計劃停車次數。降低了丙烯單耗，提高了經濟效益。