對于大型乙烯裝置， 短短幾個小時的停車， 就會造成幾百萬甚至幾千萬元的經(jīng)濟(jì)損失， 從而影響企業(yè)效益， 因此要提高壓縮機(jī)的可靠性， 保持壓縮機(jī)的長周期運(yùn)行是乙烯裝置平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵。從設(shè)備本身來說， 壓縮機(jī)葉輪、隔板及流道內(nèi)的結(jié)焦嚴(yán)重影響著壓縮機(jī)的長周期運(yùn)行， 特別是裂解氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的聚合結(jié)焦問題成為影響裝置生產(chǎn)和長周期平穩(wěn)運(yùn)行的難點(diǎn)， 是造成裝置全線停車的重要原因之一。
1 機(jī)組概況
蘭州石化 24 萬噸乙烯/ 年裝置老區(qū)裂解氣壓縮機(jī)為意大利新比隆公司生產(chǎn)的兩缸四段壓縮機(jī)， 低壓缸型號為 2M CL806， 高壓缸型號為 2BCL508， 透平機(jī)為背壓抽提式 EHNK40/ 45， 2003 年 24 萬 t 改造時從新疆獨(dú)山子石化調(diào)撥， 2003 年 6 月 12 日裝置實(shí)現(xiàn) 1 次開車成功。至 2006 年該機(jī)組已進(jìn)行了3 次解體大修， 機(jī)組運(yùn)行周期基本都在 1 年， 嚴(yán)重制約著乙烯裝置的長周期運(yùn)行。在 2006 年裝置大檢修中， 車間通過總結(jié)經(jīng)驗進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)改造， 使得機(jī)組的運(yùn)行狀況得到了極大的改善， 2007 年至今沒有發(fā)生一起非計劃停車事件， 乙烯裝置向三年一修的目標(biāo)邁進(jìn)。壓縮機(jī)的設(shè)計參數(shù)。
2 機(jī)組運(yùn)行中存在的問題
2004 年裝置大檢修時發(fā)現(xiàn)機(jī)組結(jié)焦嚴(yán)重， 而且壓縮機(jī)三段后冷卻器也嚴(yán)重結(jié)焦； 從 2003 年開車至2005 年 6 月， 壓縮機(jī)一直采用注洗油為壓縮機(jī)段間進(jìn)行降溫， 段間溫度得不到控制， *高時能達(dá)到 100 以上， 加劇了段間結(jié)焦。2005 年 6 月后， 車間對壓縮機(jī)段間降溫系統(tǒng)進(jìn)行了初次技術(shù)改造， 由注油改為注水； 2006 年對注水進(jìn)行了二次技術(shù)改造， 由于 2004 年注水改造時采用的泵為隔膜式計量， 而壓縮機(jī)四段背壓較高， 約 4. 0 M Pa， 此泵經(jīng)常發(fā)生故障， 檢修頻率較高， 嚴(yán)重影響了壓縮機(jī)注水的正常進(jìn)行， 由于注水泵的因素， 導(dǎo)致段間溫度不能有效控制。
因此， 2006 年再次對注水系統(tǒng)進(jìn)行改造， 將原來的隔膜式計量泵改為高速離心泵， 至此， 壓縮機(jī)各段間溫度得以控制。2006 年 1 月 28 日， 電氣車間切換 USP發(fā)生故障， 導(dǎo)致壓縮機(jī)停車， 經(jīng)多次開車， 壓縮機(jī)始終無法運(yùn)行， 根據(jù)開車時的狀況初步判斷為高壓缸段間氣封竄氣， 因此對壓縮機(jī)高壓缸進(jìn)行搶修， 發(fā)現(xiàn)機(jī)組三、四段段間氣封腐蝕嚴(yán)重， 氣封已經(jīng)破壞， 無法起到密封的作用，同時四段氣封也有較大腐蝕。
3 解決的辦法
引起壓縮機(jī)系統(tǒng)聚合結(jié)焦的主要原因是石油裂解氣中含有的不飽和烯烴、過氧化物等， 特別是裂解氣中的丁二烯和苯乙烯在一定溫度下會發(fā)生聚合反應(yīng)。這些聚合物都會粘接在壓縮機(jī)的葉輪、隔板及流道內(nèi)， 隨著時間的推移， 這些聚合物會越聚越多，*終使壓縮機(jī)的流量減小， 振動增大， 直接影響壓縮機(jī)的氣動性能、力學(xué)性能和使用壽命。
這些聚合反應(yīng)大多是自由基反應(yīng)， 引起其發(fā)生聚合反應(yīng)的首要因素是溫度， 因為這些自由基都是二烯烴在受熱后產(chǎn)生的， 過氧化物受熱后也會產(chǎn)生自由基和二烯烴發(fā)生聚合反應(yīng)。阻止或減少這些聚合反應(yīng)的關(guān)鍵是減少自由基的生成及降低聚合反應(yīng)的速度。
可以看出， 隨著溫度的升高， 聚合反應(yīng)的速度也增高， 當(dāng)溫度超過 85 后， 聚合反應(yīng)的速度會增加很快。因此， 阻止和降低壓縮機(jī)系統(tǒng)聚合結(jié)焦的*有效途徑是降低壓縮機(jī)的出口溫度， 控制出口溫度不超過85 ， 這樣聚合反應(yīng)就發(fā)生的比較少。
3. 1 壓縮機(jī)采用級間注水降低段間溫度
級間注水是通過注水噴頭把水噴在葉輪、擴(kuò)壓器入口， 水經(jīng)注水噴頭霧化后進(jìn)入壓縮機(jī)殼體， 與裂解氣混合后氣化， 吸收大量的熱來降低裂解氣的溫度， 使其更接近于等溫壓縮， 減少壓縮機(jī)的功率消耗， 減少聚合結(jié)焦， 并可提高壓縮機(jī)的氣動性， 減少功率損耗， 又可以降低聚合結(jié)焦， 同時也可以將壓縮機(jī)段間溫度控制在 85 以下， 有效地減少聚合反應(yīng)的發(fā)生。因此， 對壓縮機(jī)進(jìn)行注水改造， 初次改造使用 2 臺計量泵， 泵生產(chǎn)廠家為美國 PUL SAFEEDER（ 帕斯菲達(dá)） 公司， 一開一備。泵型號為7660- 4- AE， 每泵 4 缸； 驅(qū)動電動機(jī)型號為 A - EF- 160LE， 功率 15 kW.
計量泵 4 個缸體設(shè)計參數(shù)流量： 1 398 L/ h，壓力 8. 3 10 5 Pa流量：2 253 L/ h，壓力 17. 6？ 10 5 Pa流量： 928. 9 L/ h，壓力 41. 4 10 5 Pa流量：1 940 L/ h，壓力 6. 2 10 5 Pa計量泵流量信號接入車間 DCS 系統(tǒng)， 各缸沖程可在中控室控制。實(shí)際利用計量泵的 3 個缸， 運(yùn)行時有 1 個缸 （ 流量1 940 L/ h， 壓力6. 2 10 5 Pa） 沖程為零； 有 1 個缸（ 流量 2 253 L/ h， 壓力 17. 6 10 5 Pa） 向二段、三段供水。注水改造流程圖。
注水中存在的問題如下。
1） 注水不穩(wěn)定： 由于裂解氣壓縮機(jī)四段操作壓力為3. 6 M Pa， 因此計量泵背壓較高， 而其隔膜材質(zhì)為四氟乙烯， 由于壓力太高導(dǎo)致隔膜破裂， 同時其渦輪蝸桿及連桿經(jīng)常發(fā)生斷裂或損壞， 泵故障率較高，大大地影響了注水降溫的效果， 注水不是很穩(wěn)定， 由于注水量經(jīng)常發(fā)生變化， 而注水噴頭孔徑較小， 隨著焦粉的積累， 時間一長， 注水孔經(jīng)常被堵塞， 而疏通注水噴頭只能在線反沖， 危險性較大， 段間溫度得不到控制， 經(jīng)常超溫運(yùn)行， 使得結(jié)焦更加嚴(yán)重。因此車間對注水系統(tǒng)進(jìn)行了二次改造， 將原來的注水泵改為高速離心泵。泵流量6 m 3， 揚(yáng)程420 m， 注水點(diǎn)采用原來注水點(diǎn)， 流程改造后所示。
經(jīng)過二次改造后， 大大提高了壓縮機(jī)各段間注水的連續(xù)性及穩(wěn)定性， 壓縮機(jī)各段間溫度能夠嚴(yán)格控制在 85 90 內(nèi)， 缸體結(jié)焦減緩， 有效保證了壓縮機(jī)的長周期運(yùn)行。
2） 氣封腐蝕： 由于該壓縮機(jī)采用兩缸四段壓縮， 在壓縮機(jī)三段出口和四段入口加堿洗塔對裂解氣進(jìn)行堿洗， 消除裂解氣中的酸性物質(zhì)， 如 H 2 S、CO、CO 2等。因此， 采用注水后必定將少量的堿液（ 主要含 NaOH ） 帶到壓縮機(jī)四段， 而壓縮機(jī)三、四段段間氣封及四段級間氣封材質(zhì)都是鍛鋁 LD5， 堿注水二次改造流程圖會與鋁發(fā)生反應(yīng)， 因此， 四段氣封就會受到堿腐蝕。
為了不影響壓縮機(jī)的運(yùn)行周期， 必須對其進(jìn)行氣封改造。主要材質(zhì)的選用很重要， 首先其材質(zhì)需耐堿腐蝕； 其次， 其硬度不宜過高， 應(yīng)與 LD5 相當(dāng)， 這樣可以防止壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在異常工礦下被氣封磨損損傷。考慮到以上情況， 查閱資料發(fā)現(xiàn)鎳合金具有較高的耐堿性， 腐蝕率對比， 由于氣封齒需要在密封本體上直接車出，選用材料需要一定的力學(xué)加工性能， 故而選用強(qiáng)度高一些的鎳合金（ CZ100） ， 它的材料成分，物理性能。鎳基合金強(qiáng)度完全可以滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸的要求， 且硬度不高， 較壓縮機(jī)軸的硬度（ 軸表面硬度在 268 HB 左右） 低， 在安裝不當(dāng)?shù)那闆r下與軸產(chǎn)生碰磨時， 不會劃傷軸， 且自身將在很短的時間內(nèi)被磨損掉。這種材料黏附性差， 在與軸碰磨時不會產(chǎn)生將密封齒撕裂的情況， 磨損下來的粉末不會黏附在軸表面， 保證了密封的壽命。材料腐蝕率工作環(huán)境為 14% NaOH 溫度 88 的腐蝕率/ mm a - 1鈦合金。鎳合金 0. 000 5 M onel（ 蒙乃爾合金）0. 001 3碳鋼 0. 208 3 鑄鐵 0. 208 3 Inconel（ 因科鎳爾合金） 0. 000 76不銹鋼 0. 001 合金鋼0. 1 3. 2 壓縮機(jī)段間換熱器的結(jié)焦
從壓縮機(jī)以往運(yùn)行的情況來看， 壓縮機(jī)段間換熱器結(jié)焦也嚴(yán)重影響著壓縮機(jī)的運(yùn)行周期， 主要是在壓縮機(jī)的三段及四段， 而三段后冷卻器（ EA - 205） 結(jié)焦*為顯著， 由于結(jié)焦影響到裂解氣的流通量， 從而壓縮機(jī)三段出口壓力也隨之增高， 增加了壓縮機(jī)的負(fù)荷， 同時換熱效果也降低， 段間溫度增高，結(jié)焦加劇， 裂解氣沒有得到充分的冷卻， 隨即進(jìn)入下一級壓縮后溫度變得更高， 形成惡性循環(huán)。因此壓縮機(jī)三段后冷卻器結(jié)焦問題也是影響壓縮機(jī)長周期的瓶頸， 而 EA- 205 換熱器僅為單臺， 無法完成在線清理， 要保證壓縮機(jī)長周期必須保證 EA- 205 的換熱效果及管束流通性， 因此增加一臺換熱器作為備用換熱器， 對換熱器切出進(jìn)行清理， 保證了壓縮機(jī)的段間冷卻效果及裂解氣流通性， 為機(jī)組長周期運(yùn)行掃除了瓶頸。
4 結(jié)語
壓縮機(jī)段間進(jìn)行注水不僅可以有效地降低壓縮機(jī)結(jié)焦程度， 同時也可以降低壓縮機(jī)的功耗， 注水改造后， 對壓縮機(jī)三、四段段間氣封及四段級間氣封能夠防止注水后對氣封的腐蝕， 保證壓縮機(jī)的長周期運(yùn)行。增加備用換熱器， 在線清理管束及換熱器殼體， 能夠有效降低段間溫度， 確保換熱器的流通量，也是提高壓縮機(jī)長周期運(yùn)行的有效途徑之一。對壓縮機(jī)進(jìn)行上述改造后， 本裝置裂解氣壓縮機(jī)基本實(shí)現(xiàn)了長周期運(yùn)行， 向三年一修目標(biāo)邁出了堅實(shí)的一步， 同時對裝置的節(jié)能降耗起到至關(guān)重要的作用。
在經(jīng)濟(jì)效益方面， 不僅節(jié)約了檢修成本， 而且由于避免了不必要的停車檢修， 提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
但是， 由于新型氣封材質(zhì)硬度大于鍛鋁 LD5， 氣封對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在非正常工況下工作時的摩擦還需要進(jìn)一步研究。壓縮機(jī)四段如果能增加備用換熱器，則壓縮機(jī)運(yùn)行可靠。
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