裂解气压缩机结垢原因及应对措施

裂解气压缩机结垢原因及应对措施

关洪飞

(大庆石化公司化工一厂     黑龙江省大庆市163714)

摘要：随着乙烯生产技术的不断进步和设备制造质量的不断提高，设备维护已不再是影响乙烯装置持续稳定运行的主要问题。然而，设备的结垢问题已成为影响工厂性能和长期稳定运行的难点。为了追求乙烯装置，特别是裂解气压缩机的长期运行，应采取有效的压缩机防结垢措施。

关键词：裂解气压缩机；缩放；原因预防措施

1裂解气压缩机结垢原因分析

裂化气中含有大量的不饱和烯烃、金属氧化物和硫化物，特别是硫化物、杂环氧化物和微量溶解或悬浮的金属离子，它们共存，导致烯烃和二烯烃自聚合和杂化，在加热的金属设备内壁上形成一层复杂的结垢，称为焦化。

裂解气压缩机结垢原因分析

2.1减载

压缩机叶轮和膨胀室的气体流动通道相对较窄。随着结垢的发生，装置中裂解气的流动面积持续减少，导致压缩机各段压力增加，运行负荷降低，运行功率显著增加。

2.2排气温升

压缩机的负载随着结垢的增加而连续降低。为了保持原始设计负载，有必要增加驱动涡轮机的转数。涡轮机转速的增加不可避免地导致更高的气体流速和更高的出口压力，进而导致压缩机排气温度的升高，进一步促进不饱和烯烃的聚合，最终形成恶性循环。

2.3机械振动增加

随着结垢情况的持续恶化，当结垢累积到一定程度时，裂解气在流道中的流动状态将被破坏，压缩机无法在正常情况下运行。

特别是当叶轮上的聚合物结垢厚度达到2mm时，由于离心力的作用，焦垢碎片会剥落，造成结垢层分布不均，导致转子在不平衡状态下运行，导致振动显著增加。在严重情况下，会导致裂解气压缩机连锁停机，严重威胁乙烯装置的长期运行。

3避免结垢的措施

目前，防止压缩机结垢主要有4种方法，分别是注油、注水、喷涂阻垢衬里和加注阻垢剂。

图1叶轮级间的水注入点

3.1注油系统

防止压缩机结垢的最常用方法是设置喷油系统。冲洗油有三个作用：一是冲洗掉附着在叶轮和流道上的聚合物；二是冷却裂解气，减缓聚合焦化反应的速度；第三，通过将油洗涤液滴分散到裂化气体中，在裂化气体流动通道上形成一层油膜，使聚合物难以粘附到流动通道的表面，从而降低粘附性。注入的洗涤油量必须足够，通常为裂化气质量流速的2%至3%。冲洗油的注入可以连续进行，也可以间歇进行。喷入裂化气的洗涤油滴的平均直径应控制在100μm。温度应保持在80℃，与裂化气的压差应控制在0.7至0.8 MPa之间。洗涤油的质量要求如下：

（1） 无腐蚀性，无固体颗粒，具有良好的溶解特性，富含芳烃；

（2） 沸点≥150℃；

（3） 密度800-900kg/m3；

（4） 动态粘度0.5～0.6mPa•s（50℃时）。

注入压缩机的洗涤油可以减少结垢，使焦垢疏松，但油的洗涤效果并不理想，不能从根本上解决聚合焦化的问题。盘锦乙烯工业公司等多家乙烯装置的注油效果证明了这一点。

3.2注水系统

注水的目的是利用水的汽化潜热实现快速冷却，从而降低各段裂解气的排放温度。

3.2.1注射用水水质要求

（1） 应使用锅炉给水或汽轮机冷凝水，彻底脱盐和软化；

（2） 水中没有固体、油、污垢或其他杂质；

（3） 水的含氧量应尽可能低，并要求对含氧量进行连续监测；

（4） 注入压缩机的水滴直径应尽可能小，平均为100μm，以便快速蒸发。

3.2.2水注入点的位置

一般来说，在压缩机每段入口管道和每级叶轮的入口弯道上均设置1个喷嘴，具体注入位置见图1。

对于5段的裂解气压缩机，需装设16～20个喷嘴。注入的水顺着气体的流向进入叶轮，由于喷嘴的雾化作用使水在进入叶轮之前已大部分汽化，残余的液滴以漩涡状流过叶轮。由于水的分布良好，不需要沿叶轮入口流道的圆周方向设置多个喷嘴。喷嘴可以布置在机壳的底部，以便打开机壳时不必移动管道。

注入的水需要用200μm的过滤器过滤，以保证水质的要求。

3.2.3注入的水量

各段注入的水量要根据裂解气的排出温度（避免聚合反应所需要的温度）进行计算，一般为裂解气量的1%～2%。所注入的水量除了汽化部分外，稍有一些过剩是比较有利的，利用这部分未汽化水的机械摩擦作用，可在一定程度上对气体流道进行清洗，以避免聚合物的沉积。

3.2.4注水的效果

由于水注入到高温裂解气中会瞬间汽化，所产生的汽化潜热会大量吸收裂解气在压缩过程中产生的热量，因而对于5段压缩机来说，与没有注水时相比，每段的排出温度可降低约10℃。而对于4段压缩机来说，温度可以降低12．9～23．0℃。在相同压缩比的条件下，注水的冷却作用可以减少裂解气压缩机出口气体的能量头，进而降低压缩机的压缩功；同时注入的水会增加裂解气的总流量，使压缩机所需的压缩功有所增加。但由于前者减少的压缩功要大于后者增加的压缩功，最终结果是注水有效减少了压缩机运行的功率。实践证明，燕山660kt/a乙烯装置的裂解气压缩机在采用注水技术后，其压缩机功率较采用注油技术时降低了160W。

当然，由于注入的水要在段间冷却器中冷凝，会增大冷却器的负荷，但和大量的裂解气相比，注入的水量很少，增加的负荷也相应很小，这对冷却器的面积几乎没有影响。

吉化公司的300kt/a乙烯装置，率先在国内采用了裂解气压缩机注水技术，并在乙烯装置大检修时，通过对压缩机的开盖检查发现，采用注水技术后的压缩机叶轮和流道均很光滑，未发生聚合结垢现象。可见，采用裂解气压缩机注水技术，可从根本上避免聚合结垢问题，为压缩机和乙烯装置的长周期运转创造了条件。

3.3在压缩机气流通道喷涂阻垢衬里

为防止裂解气压缩机结垢，可在压缩机的气流通道上喷涂一层防止聚合物粘附的衬里，这种衬里的材料主要由聚四氟乙烯和其它辅料组成。阻垢衬里分为3层，分别是与金属接触的粘合层、起连接作用的中间层以及光滑不易附着的表面层，从而保证阻垢衬里既不易从金属上脱落，又不会让聚合物粘结。

1台裂解气压缩机喷涂此种衬里需投资约15万美元，预计使用15年需重新喷涂1次。美国杜邦公司已在压缩机上采用了这种衬里。

3.4注入阻垢剂破坏聚合反应

阻垢剂大多含有两种有效成分：一是稳定的自由基，它一旦遇到压缩过程中产生的自由基，会立刻与其相结合，生成稳定的分子，从而彻底消除聚合反应的根源；二是分散清洗剂，能把已形成的聚合物清除掉，从而进一步保证聚合物的抑制效果。

其阻聚机理如下：

R•+A•→RA（稳定分子）

ROO•+A•→ROOA（稳定分子）

反应式中的A•是阻聚自由基，是阻聚剂的主要成分之一。

盘锦乙烯工业公司在国内首先引用了裂解气压缩机阻垢剂（EC3144），根据装置的实际运转情况及大检修压缩机解体情况看，该剂的阻垢效果显著，不仅结垢量很少，而且所结的垢质地疏松，易于清理，有效保证了裂解气压缩机的长周期运转。

结束语

裂解气压缩机作为乙烯装置的关键设备，直接关系到整套装置的经济效益。如果要实现乙烯装置的长周期运行，就应该采取积极有效的措施，来抑制裂解气压缩机的聚合结垢，从实践上看，注水和加注阻垢剂会是很有效的方法。

参考文献：

[1]饶东臣，刘庆龙.影响裂解气压缩机长周期运行问题分析及处理[J].乙烯工业，2013（4）.

[2]吴万红，王辉，姬宏峰.裂解气压缩机长周期运行过程中存在的问题及对策[J].乙烯工业，2015（3）.

[3]陈世鹏，刘健，宋凯.乙烯装置裂解气压缩机长周期运行问题分析[J].乙烯工业，2016，28（1）.

作者简介：关洪飞,男，1969年10月13日 汉族 黑龙江省大庆市在大庆石化公司化工一厂裂解车间从事值班长工作 联系地址：大庆石化公司化工一厂裂解车间 邮编：163714