裂解气压缩机结垢原因分析及预防措施

裂解气压缩机结垢原因分析及预防措施

郜儒

神华宁夏煤业集团烯烃二分公司宁夏银川750001

摘要：随着乙烯生产技术的不断进步，设备制造质量不断提高，设备的维修已不再是影响乙烯装置连续稳定运转的主要问题，而设备的结垢问题，却成为影响装置性能和长周期稳定运转的难点。要追求乙烯装置特别是裂解气压缩机的长周期运行，就应当采取有效的压缩机防垢措施。

关键词：裂解气压缩机；结垢；原因；预防措施

1裂解气压缩机结垢的原因

裂解气中含有大量不饱和烯烃、金属氧化物和硫化物，特别是硫化物、杂环氧化物、微量的溶解或悬浮状的金属离子共存，使烯烃、双烯烃的自聚共聚复杂化，在受热的金属设备内壁形成一层组成复杂的污垢物，即所谓的结焦。

2结垢对裂解气压缩机的原因

2.1负荷降低

压缩机叶轮和扩压室的气体流道比较窄，随着结垢情况的出现，机组裂解气的流通面积不断减少，造成压缩机的各段压力升高，运行负荷降低，运行功率大幅增加。

2.2排气温度升高

压缩机的负荷随着结垢的增加而不断降低，如要保持原设计负荷，就必须增加驱动透平的转数。而透平转数的增加必然带来更高的气体流速和更高的出口压力，这又会造成压缩机排气温度的上升，进一步促进不饱和烯烃的聚合，最终周而复始形成恶性循环。

2.3机械振动增大

随着结垢状况不断加剧，当累积到一定程度的时候，裂解气在流道内的流动状态将会被破坏，压缩机的运转就无法在正常状态下进行。

特别是当聚合物在叶轮上结垢的厚度达到2mm时，由于离心力的作用，焦垢的碎片会产生剥落，造成垢层的不均匀分布，导致转子的运转处于不平衡的状态，使振动大幅增加，严重时会引发裂解气压缩机的连锁停车，严重威胁乙烯装置的长周期运行。

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

预防压缩机结垢最常用的方法是设置注油系统。洗油有3个作用：一是冲刷附着在叶轮及流道上的聚合物；二是冷却裂解气，减缓聚合结焦反应的速度；三是通过把洗油的液滴分散在裂解气中，使之在裂解气流道上形成一层油膜，使聚合物不易粘附于流道表面，起到减轻粘附的作用。注入的洗油量必须足够，注入量通常为裂解气质量流量的2%～3%。洗油的注入可采取连续注入或间断注入。喷入裂解气中的洗油液滴，平均直径应控制在100μm，温度应保持在80℃，与裂解气之间的压差应控制在0．7～0．8MPa。对洗油的质量要求如下：

（1）无腐蚀性，无固体颗粒，有较好的溶解特性，富含芳烃；

（2）沸点≮150℃；

（3）密度800～900kg/m3；

（4）动力粘度0．5～0．6mPa•s（50℃时）。

压缩机注入的洗油可以减少结垢，使焦垢变得疏松，但洗油的冲刷效果并不理想，不能从根本上解决聚合结焦的问题。盘锦乙烯工业公司等多家乙烯装置的注油效果可证明这一点。

3.2注水系统

注水的目的在于利用水的汽化潜热实现快速冷却的效果，从而降低各段裂解气的排出温度。

3.2.1注入水的水质要求

（1）应采用锅炉给水，或汽轮机冷凝水，经彻底脱盐软化；

（2）水中无固体物、油、污物和其它杂质；

（3）水的含氧量应尽量低，并要求对氧含量进行连续监测；

（4）注入压缩机的水滴直径应尽可能小，平均为100μm，以便能迅速汽化。

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：

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