裂解氣壓縮機的案例
獨山子石化│裂解氣壓縮機系統長周期運行中的問題及對策
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 乙烯工業 獨山子石化
作 者 | 羅靈力等
關鍵詞 | 乙烯裝置 裂解氣壓縮機 長周期運行
共 5867 字 | 建議閱讀時間 20 分鐘
導 讀
獨山子石化1000kt/a乙烯裝置于2009年9月17日建成投產，工藝流程采用林德前脫乙烷前加氫技術，裂解氣壓縮機為德國西門子公司設計制造，采用抽汽凝汽式透平，五段壓縮，段間注水工藝，在四段與五段之間設置堿洗單元。裂解氣壓縮機作為乙烯裝置的心臟，只有保證其正常周期運行，才能保障裝置的平穩運行。
裂解氣壓縮系統工藝流程
裂解氣經過五段壓縮，壓力(絕)由0.13MPa升高至3.8MPa。每段壓縮后，裂解氣由段間冷卻器冷卻。裂解氣中的水和重組分在這些冷卻器中冷凝。富含芳烴的凝液和工藝水在段間吸入罐中分離，且凝液分別從后段吸入罐返回至前一段吸入罐，最終聚集在二段吸入罐。其次，酸性氣體在裂解氣壓縮機四段和五段之間脫除。另外，裂解氣壓縮機配備2條防喘振線，防止在壓縮機吸入流量低的情況下發生喘振。圖1為裂解氣壓縮機系統工藝流程。
展開 乙烯裝置裂解氣壓縮機運行存在問題及解決措施
調整效果
經過上述調整后，裂解氣壓縮機一段吸入壓力偏高情況有明顯改善，一段吸入壓力由調整前的0.35~0.40MPa降至0.25~0.30MPa，裂解氣壓縮機實際轉速無法達到設定值情況已消失。同時段間出口冷卻器注入洗油之后，裂解氣壓縮機二段壓差已由0.147MPa下降至0.125MPa，三段壓差由0.08MPa下降至0.05MPa，裂解氣壓縮機段間壓差上漲的情況得到有效治理。
乙烯裝置裂解氣壓縮機級間為何結焦？有什么解決對策？
為了說明裂解氣壓縮機內部容易結焦的位置，我們先來分析一下壓縮系統流程圖以及裂解氣壓縮機各段處理的氣體組成，圖6給出了典型裂解氣壓縮機系統簡圖。
從圖中可以看出，裂解氣壓縮機前四段壓縮機氣體為含不飽和烴的氣體，四段以后氣體進入堿洗塔除去不飽和烴，因此，裂解氣一至四段需要注水降溫，五段不再需要注水。在上節中我們談到，不飽和烴在85℃以上發生聚合反應，為防止裂解氣壓縮機壓縮溫度過高，以及其他工藝等方面的原因，裂解氣壓縮機共分五段壓縮。從表1可以看出，裂解氣壓縮機一、二、三、四段處理的介質中含有容易發生聚合反應的不飽和烴，而后經過堿洗、干燥處理，介質中的不飽和烴被清除，因此，裂解氣壓縮機第五段處理的介質中不再含有不飽和烴。因此，本文在討論壓縮機內部結焦及其處理方案時，僅限于裂解氣壓縮機的一至四段。在壓縮機內，一至四段有可能產生不飽和烴在高溫下結焦，而其具體位置可能發生在壓縮機內部的多個地方。
（1）在介質通過入口導流葉片、葉輪、擴壓器和平衡線上都有可能產生結垢。圖7給出了裂解氣壓縮機的內部結構圖。壓縮機入口導流葉片、葉輪、擴壓器等位置結焦后不僅使壓縮機流道變窄、氣體流動阻力增加，壓縮機處理能力下降，能耗提高，同時，由于結焦部位焦塊脫落，壓縮機轉子平衡破壞，致使機組振動增加，致使機組不能正常工作，嚴重時可能致使機組損壞。
（2）還有可能產生結垢的位置是壓縮機內部級間迷宮密封。圖8給出了級間迷宮密封的結焦示意圖。迷宮密封阻止氣體從高壓級向低壓級泄漏，級間迷宮密封處結焦可加速級間密封的磨損，迷宮密封阻力減小，氣體泄漏量會增加，壓縮機容積效率降低。
（3）另一個可能的結焦位置是每一段的出口管線，圖9顯示了各段出口管線結焦的實例。
展開 乙烯裂解氣壓縮機停機原因分析及改進對策
改進措施
對于裂解氣壓縮機跳車電磁閥失電、油壓波動等情況，改進措施如下：
1）對故障的電源模塊進行更換。
2）對現有壓力表PG108B和PG109B，盡最大可能縮短引壓管長度。同時，與機組制造商溝通，評估同一油路上的2臺電磁閥中間就地壓力表引壓管測量方式的影響并確認改為法蘭式測量的可行性。
3）改進跳車電磁閥供電電源，由電源柜直接供電，不與機柜內其他現場儀表共用電源。
4）對同類機組控制油路系統存在的類似問題進行排查并制定整改計劃。
5）對電源配置開展普查，對多級配電系統供電電源配置不滿足規范要求的制定改進計劃。
中科煉化│裂解氣壓縮機軸瓦溫度高的原因分析及處理
編 輯 | 化工活動家
來 源 | 石油化工設備技術 中科煉化
作 者 | 李恒
關鍵詞 | 裂解氣壓縮機 軸瓦 溫度過高 處理措施
共 3644 字 | 建議閱讀時間 12 分鐘
機組概況
80萬t/a乙烯裝置裂解氣壓縮機由低壓缸、中壓缸和高壓缸3個缸組成，分成五段對裂解氣進行壓縮。低壓缸實現一段壓縮，入口壓力為0.026MPa（表），出口壓力為0.158MPa（表）；中壓缸實現二、三段壓縮，三段出口壓力為0.862MPa（表）；高壓缸實現四、五段壓縮，五段出口壓力為3.8MPa（表）。3個缸額定功率分別為7776、14727、16206kW，額定轉速為4892r/min。壓縮機由抽汽凝汽式汽輪機驅動，壓縮機額定功率為42579kW。3個缸排列情況見圖1。
壓縮機采用可傾瓦支撐軸承（通常由3~5個或更多個能在支點上自由傾斜的弧形瓦塊組成）和雙作用自平衡式止推軸承。低、中壓缸采用同類型的軸瓦，支撐軸瓦型號為φ240×168LG.W/HYDROSTATICLIFT（有液壓頂升），推力瓦型號為φ381（10）×（10）PAD；高壓缸支撐軸瓦型號為TPJBEARING（無液壓頂升），止推瓦型號為φ304.8（8）×（8）PAD。壓縮機與汽輪機、壓縮機各缸之間都采用Kop-flex公司提供的膜盤聯軸器直接聯接。
壓縮機與汽輪機的潤滑油、頂升油和控制油采用聯合油站供油，油泵功率為132kW，泵流量為3454L/min。
展開 中韓石化│乙烯裝置前脫丙烷前加氫流程運行狀況分析及優化措施
由于裂解氣壓縮機及高壓脫丙烷塔系統波動，碳二加氫反應器入口流量由261t/h降至160t/h，碳二加氫反應器被迫手動停車，前冷停止進料。
裂解氣壓縮機五段吸入壓力波動的原因為五段入口過濾網發生堵塞。過濾網堵塞主要原因是開車初期鐵銹等機械雜質所致。后通過敲打、加熱、五返五返回閥的調整，讓裂解氣在該濾網處形成擾動，使濾網破損，消除堵塞，裂解氣壓縮機五段吸入壓力恢復正常。
為防止開車過程中機械雜質堵塞壓縮機入口過濾器，在試車以后正常運行前應該拆掉細的過濾網，保留骨架。
02
低壓脫丙烷塔再沸器結垢
2018年乙烯裝置低壓脫丙烷塔再沸器發生聚合堵塞，導致換熱器報廢更換。造成換熱器聚合結垢的主要原因分析如下：
1）再沸器管程為盤油加熱，殼程為含有大量不飽和碳四及碳五等物料，換熱器型式采用臥式換熱器，死角較多，工藝側聚合物容易在殼程內累積。
2）塔釜溫度較設計值偏高。
上表可看出：低壓塔進料實際組成較設計值偏重，導致塔釜溫度需保持在81℃以上才可保證塔釜碳三不超標。
3）阻聚劑注入管道為碳鋼材質，容易堵塞導致阻聚劑注入不暢。
針對上述具體原因，具體措施如下：
1）結合擴能改造項目，擬將換熱器型式由臥式改為立式熱虹吸，盤油走殼程，工藝物料走管程，沒有死區。停留時間短，對緩解物料結垢會有一定效果。另外將盤油出口溫度由125℃降低至90℃，降低了換熱管金屬壁溫有利于降低自聚結垢。
2）低壓脫丙烷塔壓力盡量采取設計下限卡邊操作，高壓脫丙烷塔受壓縮機最大能力的限制，降壓幅度有限，為減緩換熱器結垢，塔釜將不嚴格控制C2含量。
3）將阻聚劑注入管道改為不銹鋼材質，強化阻聚劑注入量管控，建立換熱器參數及阻聚劑注入量臺賬。
展開 乙烯裝置出現偏離正常運行參數時，該如何操作進行調整？
乙烯裝置基本流程
某乙烯裝置采用前脫丙烷前加氫技術，由急冷單元、壓縮單元、冷分離單元、熱分離單元、制冷單元等組成。裝置年操作時間為8000h，年生產能力為100×104t聚合級乙烯和50×104t聚合級丙烯，同時副產氫氣、混合碳四、粗裂解汽油、裂解燃料油等。該分離技術充分考慮了能量的合理利用，降低了裝置投資。
乙烯裝置的本質安全設計與操作
前脫丙烷前加氫的乙烯裝置中急冷單元、壓縮單元和其他流程的乙烯裝置差別不大，重點對該裝置的高壓脫丙烷塔、碳二前加氫系統、前冷系統、脫乙烷塔、甲烷化系統、乙烯精餾塔、丙烯精餾系統和脫丁烷塔系統的本質安全設計與操作進行具體說明。
1
高壓脫丙烷塔
高壓脫丙烷塔壓力是保證塔達到設計分離效果的基礎條件，也是裂解氣壓縮機五段的進口壓力。壓力過低會造成壓縮機功耗增加，塔頂碳四含量升高，對碳二加氫系統產生危害；壓力過高會使塔溫度升高，使碳四及以上不飽和烴發生聚合，使再沸器結垢堵塞。具體控制方式是利用高壓脫丙烷塔進出料換熱器將進料溫度控制在-7℃，穩定裂解氣壓縮機的操作，將壓縮機五段入口壓力穩定在1.43MPa左右。
在正常操作中，易出現塔壓過低，塔頂碳四含量超標的情況。發生的主要原因是塔頂壓力降低、回流量偏小或靈敏板溫度過高。此時的解決措施通常是調整裂解氣壓縮機轉速和塔釜加熱量以控制塔壓、加大回流量或降低靈敏板溫度。
精餾塔靈敏板溫度是控制精餾操作的重要手段。靈敏板溫度的升高，容易造成塔頂碳四含量超標，影響碳二加氫系統，同時造成塔釜溫度升高，加快再沸器結焦；靈敏板溫度降低容易造成塔釜碳二超標。
展開 乙烯裝置“三機”穩定運行與操作優化
04
關鍵機組月度分析專題會
每月召開一次關鍵機組問題分析會，工藝和設備管理人員對每一臺壓縮機的運行情況進行總結，對存在的問題原因進行分析，并制定相應的應對措施，及時處理壓縮機運行中存在的問題。專題會可及時對壓縮機出現的問題進行處理，有效防止機組問題的惡化和擴大，保證壓縮機在較好的運行狀態下運行，確保壓縮機長周期安穩運行。
三機長周期運行中出現的問題及處理措施
01
裂解氣壓縮機/丙烯制冷壓縮機透平結垢
裂解氣壓縮機驅動透平(E-GT-201)運行狀況是判定裝置是否需要檢修的主要判據之一，一般運行3~4年，到末期的主要指標是一級蒸汽壓力。設計一級蒸汽壓力(表)初期為6.08MPa，末期為8.1MPa(設計最高壓力)，正常運行中的壓縮機透平蒸汽壓力變化情況如下。
E-GT-201一級蒸汽壓力(表)初期為6.7MPa，丙烯制冷壓縮機透平(E-GT-501)一級蒸汽壓力(表)初期為6.5MPa。隨著裝置的運行，呈現出緩慢的上升趨勢。但近幾年2臺汽輪機的一級蒸汽壓力出現迅速升高的情況。
E-GT-201最高達8.3MPa，E-GT-501最高達8.8MPa，均已超過設計最大值，說明汽輪機結垢嚴重，壓縮機運行時間僅2年。
一級蒸汽壓力升高，給裝置的安全運行帶來風險，而且嚴重影響到裝置負荷。由于2臺汽輪機的蒸汽閥開度均已達到80%左右，故無法再通過提高蒸汽量來提高轉速。另外乙烯裝置的超高壓蒸汽用量也明顯升高，裝置能耗受到影響。
展開 SEI專家│乙烯裝置急冷油塔改造技術方案
裂解氣壓縮機一段入口壓力和COP密切相關，如果裂解爐和壓縮機之間的設備管道壓降大，使裂解氣壓縮機一段入口壓力降低、壓縮比增加，則壓縮機的功耗增加。若保持壓縮機入口壓力不變，則必須提高裂解爐出口壓力，從而使烴分壓增加、裂解選擇性降低。因此，在設計上應盡量減小裂解爐和壓縮機之間的設備管道壓降，在生產操作上也要防止工藝設備發生結垢。
裂解爐和壓縮機之間的主要設備是急冷油塔和急冷水塔。在本文所述乙烯裝置中，急冷水塔采用填料塔，全塔壓降相對較小。急冷油塔出于防止結焦的目的采用了板式塔，壓降相對較大，需嚴格控制。擴能后，為保持裂解爐仍能在較低的COP下操作，急冷油塔全塔壓降仍限制在不超過15kPa，這也為改造增加了難度。
急冷油塔改造技術方案
對于改造裝置，為減少改造工程量，縮短改造施工時間，塔的改造原則通常是利舊塔器殼體和設備基礎，通過更換高效或高通量塔盤來提高塔的處理能力。本文所述乙烯裝置原設計急冷油塔直徑為11.5m，對于這種超大型塔設備，通過利舊殼體改造內件來實現擴能無疑是優選方案，這對減少工程量和降低投資都更有利。
01
精餾段改造技術方案
急冷油塔精餾段為塔上部1號~12號塔板，原設計采用了由中國石化工程建設有限公司（SEI）開發的SFV固閥塔板專利技術。該固閥塔板的閥體由塔板本體沖出，通過閥腿與塔板相連，閥面為長條形，兩端為弧形，閥面與塔板之間夾角為銳角，沿液流方向的末端與塔板平行。閥面上根據需要沖出一個或多個舌片，舌片與閥面的夾角呈銳角且方向與液流方向相同。SFV固閥塔板的結構示意見圖2。
展開 四川石化│乙烯裝置能耗指標分析與優化措施
03
提高裝置處理能力
乙烯裝置裂解氣中甲烷設計收率為14.7%，由于裂解原料性質變化，目前實際甲烷收率高達19%；脫甲烷塔和尾氣精餾塔負荷已經超過110%，成為乙烯裝置負荷提高的瓶頸。為提高裝置負荷現設計增加1臺甲烷氫壓縮機，把返回裂解氣壓縮機的甲烷氫送至燃料氣管網，降低系統中甲烷氫循環量。新增甲烷氫壓縮機后增大甲烷氫外送量減少循環量，有效解決了乙烯裝置高負荷瓶頸，裂解爐每小時可增加10t負荷。裝置高負荷平穩運行對公司效益有著重要意義，隨著加工量的增加，綜合能耗指標明顯下降；加工量越接近設計負荷單位能耗越小，這是由于隨著裝置負荷的提高，燃料氣、蒸汽、電、循環水等單耗下降所致。2019年以來裝置平均負荷達到101%，產能優勢得到有效釋放，整體能耗指標達到最佳值。2018年和2019年1季度裝置指標情況如下。
04
裂解爐新技術的應用與維護
通過結焦抑制劑、低氮氧化物燃燒器、爐管強化傳熱等技術延長裂解爐的運行周期。裂解爐運行周期是衡量乙烯裝置運行水平的一個重要指標，中石油集團公司各裂解爐平均運行周期在40~65d。為延長裂解爐運行周期，各單位除了在原料優化和工藝參數優化外，還可在新型結焦抑制劑、爐管強化傳熱、原位涂層等先進技術方面開展生產攻關，爭取早日應用于裝置并取得良好效果。
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素材來源：互聯網
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展開 
壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
文章來源：壓縮機網
壓縮機仿真：補氣式滾動轉子壓縮機的CFD仿真及優化研究
空調、制冷行業的快速發展，極大地推動了壓縮機技術的發展，對于我國北方等低溫地區，隨著室外溫度降低，壓縮機壓縮比增大、蒸發溫度降低等，存在低溫環境下制熱能力下降的難題，其中，中間補氣技術是熱泵低溫環境有效克服低溫環境的有效措施之一；補氣技術也由此越來越引起壓縮機制造企業的重視，對提高企業壓縮機產品的綜合競爭力具有十分重要的意義。
單缸滾動轉子壓縮機的補氣是通過在壓縮腔中增加補氣口，通過引入中壓流體形成對壓縮腔進行噴射補氣。圖1為該類壓縮機的補氣增焓結構圖，滾動轉子壓縮機的工作過程中包括了吸氣和壓縮過程，而補氣是針對壓縮過程補氣，將補氣孔設置在與壓縮腔連通的排氣孔附近，而為了防止補氣流體回流，可以設置簧 片閥等止回閥結構，當補氣流體壓力大于壓縮腔內的流體壓力時打開補氣孔進行補氣，稱為準二級壓縮形式。準二級壓縮的滾動轉子壓縮可有效解決壓縮機在低溫工況下排氣溫度過高和制熱量不足等問題，已經成為解決低溫工況下空氣源熱泵性能衰減的重要技術途徑。由于補氣口開在排氣口附近的氣缸壁上，將不可避免有一段補氣口和吸氣口串通的時間，在這段時間內，補氣口噴射出來的中壓流體回流至吸氣管，導致壓縮機的容積效率下降；為了克服上述技術問題，根據滾動轉子壓縮機中設置有往復運動的滑片結構，發展出了一種將補氣通道開設在滑片上的補氣結構，如圖1（b）所示，將補氣通道直接設置在滑片上，并將補氣通道的端部距離滑片端部一定距離設置，通過該距離的設定可以實現在吸氣階段不進行補氣而在壓縮階段才開始補氣，防止了噴射氣體的回流，更好地適應滾動轉子壓縮機的工作過程，提高了補氣效果。
展開 ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉速繞Z軸旋轉。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
