裂解气压缩机结垢原因分析

翟凤阁, 郑磊, 杨培君, 惠存万, 闫鸣宇, 丛军

（中国石油抚顺石化公司 烯烃厂，辽宁 抚顺 113000）

裂解气压缩机结垢原因分析

翟凤阁, 郑磊, 杨培君, 惠存万, 闫鸣宇, 丛军

（中国石油抚顺石化公司 烯烃厂，辽宁 抚顺 113000）

裂解气压缩机是乙烯装置的核心设备，起着承上启下的作用。介绍了国内某乙烯厂裂解气压缩机段间冷却器和缸体结垢的原因和影响因素，并通过红外色谱分析和500 ℃通空气焙烧的方法对垢样进行分析，根据分析结果制定针对性的解决方案。该乙烯装置原设计中采用注油、注水的措施来防止聚合物的生成，未对压缩机增设加注阻垢剂系统。通过对同行业的调研了解到加注阻垢剂效果良好，该厂通过讨论后确定了对裂解气压缩机增设阻垢剂系统的方案，方案实施后可减少聚合反应的发生，延长压缩机运行周期，保证压缩机平稳运行。

裂解气压缩机; 结垢; 注水; 注油; 解决方案

大型压缩机组作为石化行业用于输送介质的关健设备，机组运行安全、可靠是企业对设备运行的基本需求。裂解气压缩机是乙烯装置的核心设备，主要作用是将急冷单元的裂解气通过多段压缩提压后为深冷分离提供条件，在整个乙烯装置起到承上启下的作用，被称为是乙烯装置的“心脏”[1]。同时，裂解气压缩机也是乙烯装置的能耗大户，压缩机组运行是否平稳，对乙烯装置的能耗影响较大。

国内某烯烃厂乙烯装置为SW工艺，裂解气压缩机为日本三菱生产制造的离心式压缩机，蒸汽透平驱动，由高中低压三个缸体五段串联组成，输送介质为裂解气。该机组于2012年正式运行，设计时采用了向压缩机缸体内级间注油和注水的方式来防止压缩机结垢。2017年该乙烯装置首次经历了四年一次大检修，在开盖检修裂解气压缩机时，发现段间冷却器和缸体出现不同程度的结垢现象，给检修下线清理和维修带来了较大的困难。

1 裂解气压缩机结垢原因分析

该机组在大检修时发现结垢问题后，该厂立即组织对压缩机段间换热器垢样进行分析，对垢样红外色谱分析及500 ℃的通空气焙烧实验，分析结果表明 ：垢样中的有机物主要为含有苯环的二烯烃聚合物（聚苯乙烯、苯乙烯与1,3丁二烯共聚物、苯乙烯与碳五二烯烃的共聚物），且通过12 h高温焙烧后的产物呈红棕色粉末状，有磁性，通过鉴定为铁腐蚀产物。垢样分析结果如表1。

从垢样分析结果反映出，该裂解气压缩机结垢原因主要是由于裂解气中二烯烃的聚合和共聚所产生聚合物所导致。因为裂解气成分比较复杂，其中的不饱和烃在 85 ℃时会开始发生聚合反应，形成类似焦油的粘稠沉淀物，粘附在压缩机的构件上，经过长时间的作用阻塞叶轮、隔板、机壳、流道和密封[2]。当压缩机叶轮、流道等部位发生阻塞后，会使压缩机裂解气的流通量减小，对压缩机的做功效率造成严重影响。当聚合物累积过多后，会在离心力的作用下发生脱落，此时，就会影响到转子的平衡，造成压缩机轴振动值偏大，严重时发生高振值连锁停车。

表1 垢样组成表Table 1 Scale sample table

该机组连续运行4年，在运行中末期时，段间冷却器出现冷却能力不足的现象，在冷却水温度在正常温度时，段间温度最高值时在 90 ℃以上，此时已经表现出结垢比较严重的现象。并且，在运行末期，压缩机振动值经常有上涨趋势，甚至发生连锁停车。表2为机组段间温度运行初末期对比。

表2 机组段间温度运行初末期对比表Table 2 Unit period temperature running at the beginning and terminal stages

图1为压缩机段间冷却器结垢情况。

图1 段间冷却器结垢图Fig.1 Cooler scaling drawing

2 裂解气压缩机结垢对系统的影响

2.1 负荷降低、排出温度升高

由于压缩机内垢物的累积，造成压缩机叶轮和流道内的空间变小，随着结垢的日益加重，流道的流通量会越来越少，压缩机的操作工况发生偏离，使压缩机的压力不断升高，负荷不断减小，造成压缩机的功率消耗增大。

当压缩机的流通量变小时，如果要保持原有的负荷，就要将压缩机的转数做出相应的提高，但是转数提高后势必会造成压力的上升，进而压缩机的排气温度上升，温度的上升会加剧不饱和烯烃的聚合速度，形成恶性循环的现象。

2.2 压缩机振动值波动

随着压缩机内聚合物的不断累积，当累积到一定程度时，一旦裂解气压缩机的吸入流量由于装置负荷发生变化、原料异常波动等原因发生波动时，流道内的气流会对黏附在叶轮等部位的聚合物造成冲击脱落，此时转子会由于垢物的脱落失去平衡，导致压缩机的轴振动值增大，甚至引起高振值连锁停车，严重影响着乙烯装置的长周期安全平稳运行。

3 常规防结垢措施

3.1 注油

减缓压缩机结垢最常用的技术是向压缩机内注入洗油，早在上世纪80年代时建设的乙烯装置大部分采用注油的方式来控制压缩机结垢。该机组采用注入加氢碳九作为洗油来防止结垢。洗油注入后，会在裂解气流道上形成一层油膜，使聚合物不会黏附在流道表面或减轻黏附的作用。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间冷却器结垢的重要手段。洗油采取间断性注入方式，注入量为裂解气量的2%～3%左右[3]。

注入洗油的缺点是大量的碳九组分进入压缩机循环，不仅造成压缩机功耗增大，而且也造成碳九的大量浪费。碳九的注入虽然能在叶轮、隔板等部位形成油膜，防止聚合物黏附，但是无法降低压缩机段间的温度[4]。

3.2 注水

压缩机的级间注水主要是利用水汽化潜热的原理来降低裂解气的排出温度，防止不饱和烃的聚合，同时也可以降低压缩机的功率。该机组注入的水来至锅炉给水，水质符合要求。注水位置在每级叶轮的入口弯道上。注入的水通过喷嘴迅速汽化后随裂解气进入叶轮，进而会降低进入下一级叶轮的裂解气温度，达到降低裂解气段间温度的目的。

虽然该乙烯装置裂解气压缩机采用了注油和注水的方法来降低结垢的措施，但未能有效减少聚合物的生成。通过本次大检修发现了严重的结垢问题，装置技术人员与同类装置的调研了解，大部分装置采用了压缩机段间注入阻垢剂的方法来进一步防止聚合物生成，并且取得了很好的效果。

4 确定防结垢方案

目前国内乙烯行业裂解气压缩机大多新增段间注入阻垢剂的方式来防止压缩机结垢。该阻垢剂有两个作用，一是能够稳定裂解气中自由基，在压缩机过程中遇见裂解时产生的自由基后，该组分会与自由基结合生成稳定的分子，终止聚合反应。二是起到分散清洗的作用，当裂解气压缩机内部有聚合物生成时，该组分会将聚合物进行分散后随裂解气带走，避免了聚合在压缩机内累计，影响系统的稳定操作。

大庆乙烯采用的新型EC3144A型阻垢剂，应用于350 kt/a的乙烯装置。经过长时间的实践证明，该阻垢剂的成本低、运行效果好，经济效益显著。

盘锦乙烯在 1995年就对压缩机加注阻垢剂的技术进行应用，注入阻垢剂型号为EC-3144，通过向洗油中注入阻垢剂带入系统，加注后两年效果得到验证，压缩机的结垢情况大大减少，并且垢质松散易于清理。压缩机的运行稳定，周期可延长1年以上，达到了预期效果[5]。

该烯烃厂乙烯装置裂解气压缩机在设计中采用了注油和注水的方式来防止压缩机结垢，同时在冲洗水冷却器换热器（E-1342）工艺侧出口管线上设计了注剂预留口。本次大检修发现压缩机发生结垢后，该厂通过与同行业了解和设计院沟通后，确定利用原设计的预留口对系统进行加注阻垢剂解决方案。由于该乙烯装置的注洗油系统采用每周注入两次的方式进行注入，无法满足阻垢剂连续注入。但注水采用连续注入的方式，故采用解决方案为增设一套阻垢剂注入系统，包括阻聚剂罐、两台阻聚剂泵及辅助设施，阻聚剂泵出口管线与裂解气压缩机冲洗水冷却器换热器出口管线的注剂预留口处进行连接实现连续注入。

阻垢剂和水混合后通过雾化喷嘴汽化后顺着裂解气的气流进入叶轮，注入的水经过喷嘴几乎全部汽化，分布效果良好，可将阻垢剂均匀分布于裂解气中，将裂解气中的不稳定的自由基转化为稳定的分子，从而减少聚合反应的发生。同时该阻垢剂也有分散的作用，可将已经产生的垢进行分散，避免大量垢物在缸体及换热器中累积，对压缩的稳定运行造成影响。

本次开工后，该车间对注水量进行了适当的增大调整，降低压缩机段间排出温度至 80 ℃左右，段间温度降低后也可减少聚合反应的发生。

通过段间注水量的调整和加入阻垢剂的方案实施后，可减轻压缩机的聚合问题，延长了运行周期，保证了机组的平稳运行。

图2为增加压缩机注入阻垢剂流程示意图。

图2 示意图Fig.2 Sketch map

5 结束语

该烯烃厂乙烯装置连续运行四年，在大检修时发现裂解气压缩机结垢较严重。机组原设计中采用注油、注水措施防止压缩机结垢，通过本次检修表现出注油、注水防结垢效果欠佳。发现问题后该厂积极与同行业交流，了解压缩机运行情况，并针对压缩机结垢特点采取相应措施。最终该厂确定了增加注入阻垢剂系统方案，该方案实施后，可大大减少聚合反应的发生，延长压缩机运行周期，保证机组平稳运行。

［1］王松汉, 等. 乙烯装置技术[M]. 北京：中石化出版社，1994:168-191.

［2］马鹏飞, 等. 裂解气压缩机结焦分析及改造［J］. 化工机械，2009，36 (2): 151-153.

［3］李吉辉. 抑制裂解气压缩机结焦的技术措施[J]. 化学工业与工程技术，2010, 31 (4)：46-48.

［4］张平林, 等. 注洗油改为注水对裂解气压缩机组的影响[J]. 乙烯工业，2015,17(2)：47-50.

［5］赵宇寰, 等. 裂解气压缩机转子防结垢措施[J]. 乙烯工业，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

翟凤阁（1965-），男，辽宁省抚顺市人，高级程师，1989年毕业于沈阳化工学院，研究方向：高分子化工。E-mail：zhaifengge@petrochina.com.cn。

郑磊（1985-），男，辽宁省抚顺市人，中级职称，2010年毕业于北京化工大学，研究方向：化学工程与工艺。E-mail：zhenlyxyx@petrochina.com.cn。