乙烯装置裂解气压缩机能耗优化对策研究

乙烯装置裂解气压缩机能耗优化对策研究

李生辉

（中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司 甘肃 兰州 730060）

摘要：本文以某单位乙烯装置为视角，分别从延缓缸体焦结、改进螺栓拆卸方式等方面，给出了裂解气压缩机的改进措施，以此有效降低压缩机能耗量，使压缩机处于高效率、低能耗的运行状态。在实际改进压缩机后，每小时的蒸汽耗量减少了-18.21t，生产每t乙烯的综合物耗减少了12kg标油，蒸汽、标油均达到能源使用的控制目标。压缩机发生异常的概率降低了23.5%，以更平稳的运行状态控制能源消耗量。

关键词：压缩机；螺栓；蒸汽

引言：某单位的乙烯项目年产量数额较大，需要加强各类设备的节能控制，以此获取更多的生产利润。裂解气压缩机运行期间，主要利用蒸汽透平形式给出驱动作用。驱动结构具有复杂性，在较长时间的温度高、压力高的情况下，可能会增加能耗量。设备检修时间不长、检修任务较多，尝试从节能角度改进压缩机的运行流程，以此达到低能耗、长时间地压缩机运行目标。

1项目概况

某单位乙烯年产量目标为46万t，运行美国生产的解裂炉、分离炉等各类装置。在2006年开始投产运行，该装置每小时能够生产乙烯59.525t，每年可运行7560h。该装置内含有“原料前期处理”、“裂解”、“压缩”等多个系统。生产期间排出的各类废物，均符合排放要求。该装置是利用DCS系统进行一般监控，安全联锁保护机制为SIS系统。选用的裂解气压缩机型号为“201J”，利用DCS控制技术完成信息交互。

2裂解气压缩机的低能耗改进分析

2.1延缓缸体结焦

打开裂解气压缩机的设施后，叶轮密封组件存在差异性的磨损问题。在高压缸五段最后处理节点、中压缸二段的首个节点、低压缸二段末尾节点的各处叶轮口环，均表现出严重的磨损情况。在部分叶轮、输气线路内，形成了较多结焦。在转子处含有的聚合物较多，该处聚合物厚度大于5.2mm，且小于6.1mm。此处焦结、聚合物堆积是弱化装置运行能效、形成较大能耗的直接原因。隔板处含有的结垢较多，压缩机内部添加的各个压缸隔板表面，均表现出较多的磨损。对此问题，更换新的转子、隔板气封条等设施，以此恢复压缩机的性能[1]。

结焦成分的产生，主要关联于裂解气成分。在裂解气出现成分改变的情况下，压缩机内形成的结垢，其内在组分会相应改变。在初期结垢形成时，多为苯乙烯、环戊二烯相互作用形成的结垢。在生产至后期，是丁二烯、异戊二烯相互作用后，形成了黏稠性成分，黏附于缸体中，致使密封、流道各处受堵，增加了叶轮密封组成的磨损量。

在改进压缩机运行方案时，需要从压缩机各级缸内加水量、注洗油间隔周期、阻聚剂使用量等方面，给出有效控制措施。该压缩机内添加的阻聚剂中，含有三甲基苯。在压缩机加水管线内添加阻聚剂，再加入各个段的加水管线内，会引起机组各个段内的阻聚剂用量失控，出现各部分加水量不均，各段的裂解气体浓度不均。在压缩温度升高时，裂解气体浓度较小的段内出现焦结。在高温条件下，聚合物相互作用后，会产生芳香类成分。在低能耗改进压缩机时，需要加强芳香类成分控制，使用三甲基苯，添加在四甲苯内。三甲基苯中含有的芳烃成分达到85%，能够用来清除压缩机各处的聚合物[2]。

2.2优化螺栓拆卸形式

拆开压缩机各个组成后，主蒸汽传送至目标螺栓位置的过程，主要使用力矩扳手。而螺栓规格较大，在持续运行、高温、高压的工况下，螺纹会发生性能变化，会提高力矩扳手转动的困难性，产生能源不必要消耗问题。为此，在优化此类问题时，需要选择液压扳手给出处理，拆除首个螺栓后，第二个螺栓处于咬死状态。查看各部分组成，分析发现：该故障螺栓含有两个头，拆除处理时加固型、液压型两种扳手会给出一定作用，致使双头螺栓角度偏移，形成毛刺后出现“咬死”情况。最终使用切割工具，去除螺杆表面的螺帽，对螺杆给予保护处理。其余位置的螺杆采取气焊加热处理的形式，去除受损的力矩扳手，整体优化效果较好。

2.3增强蒸汽做功能效

查看压缩机组成后，内缸变形较大。内缸结构的变化程度，从装设角度、装设间隔等方面改变了各类叶片的装设形式，间接降低了蒸汽做功能效。安装3组机组透平设施，均采取半轴进汽形式，首级设计为冲动叶轮。在叶轮上部分，开展转子做功处理后，进入下级叶轮处理流程。在驱动蒸汽、后部叶轮空腔的间隔位置，添加进汽挡板，以此减少蒸汽反串量，保持进汽透平处理的顺畅性。进汽挡板是一种较为关键的节能组件，能够增强低能耗、高效率的蒸汽做功效果。

在压缩机优化期间，高压缸位置设立的挡板厚度较小。正常厚度为15mm，在冲蚀作用下该板厚度仅有3至4.6mm。该厚度范围的挡板，无法有效阻隔蒸汽，会增加透平处理的能源用量。在压缩机性能改进时，分析各类参数，确定内缸下缸结构的外形变化较大，形成了较大的内缩口，该口内径达到0.46mm。在缩口作用下，内缸实际接触区域变小。在处理内缸变形问题，要从中分面、缩口两个方面入手。在中分面位置切削去除0.45mm长度，缩口位置车削处理0.23mm。下缸结构改进完成，重组内缸，查看内缸实际接触区域。前期应清洁中分面各个位置，在1/2缸体表面添加蓝油，关闭上下两部分的缸结构。在正常条件下，利用塞尺读取中分面间隔的长度。经过设计测量发现：气封端的间隔距离达到0.1mm，此间隔参数较大；其余节点的间隔处于0.03mm至0.0.8mm之间。测定上紧螺栓位置，中分面区域内的间隙最大值是0.046mm，此测定结果符合要求。

2.4降低结垢速度

蒸汽内的无用成分，会引起透平控制装置、叶片各个位置形成积垢，间接升高透平热量，产生盐积垢，改变蒸汽作用叶轮的做功状态。积垢较多时，会在叶片表层形成扰流，无法保证蒸汽做功效果，可能会出现热动力、机械波动等各类问题，致使透平组件发生损坏。驱动裂解气的程序含有多级叶轮，在2020年测定时各处叶片均表现出冲蚀情况。蒸汽室各个组件均出现了差异性的腐蚀问题，部分位置表现出蜂窝型腐蚀，且存在较多的水垢[3]。

裂解炉内形成的蒸汽主要由高压用水形成，在动力站添加的精制水、炉内二氧化硅在蒸汽内的占比，均大于100ug/L。二氧化硅含量的几种工况，见表1。

表 1 二氧化硅含量的几种工况（单位：mg/kg）

透平处理选择工况二开展蒸汽处理，以此保证透平处理效率。在工况二升高至工况四时，此时蒸汽质量会变差，将会引起透平装置发生质量问题。针对二氧化硅含量增多的情况，需要适时补充标准的精制水。在裂解炉持续排出蒸汽期间，替换锅炉内部的供水程序，以此提高取样次数。在二氧化硅工况正常时，停止加水。处理结垢期间，需要在持续运行装置的情况下，控制源头形成的结垢量，配合蒸汽质量控制措施，加强水质保持，测定脱氧器情况，确保好氧含量的控制效果，以此降低结垢速度。

2.5改进效果

如表2所示，是裂解气压缩机改进后的运行效果。

表 2 裂解气压缩机改进后的运行效果

结合表2数据可知：在各类优化措施使用后，该单位裂解气压缩机运行期间，消耗的蒸汽量、综合物耗均有不同程度地减少，节能量较高；装置故障发生次数变少，压缩机能够平稳运行。

结论：综上所述，对裂解气压缩机开展检修工作，针对各处能耗较高、结垢严重的问题，给出优化改进处理，以此提高压缩机运行效率，减少能源用量，促使压缩机处于较平稳的运行状态，降低结垢、焦结等故障的形成概率。各类优化措施使用后，压缩机蒸汽用量减少了-18.21t/h，综合物耗降低了12kg标油/t乙烯，装置故障率降低了23.5%，整体优化效果较好，成功达到了节能目标。

参考文献：

[1]冯飞,姜涛,郑明岩,等.裂解气压缩机段间压差高问题探讨[J].乙烯工业,2024,36(03):48-51+5.

[2]赵爱利,代广平.裂解气压缩机技术更新与节能探讨[J].石油化工设备技术,2024,45(05):55-57+66+7.

[3]李亮.百万吨级乙烯压缩机组裂解气压缩机改造升级[J].机电产品开发与创新,2023,36(01):85-87+91.