Lummus公司分析與乙烯廠壓縮機實際情況

1、1 / 6Lummu 公司裂解氣壓縮機結(jié)焦分析報告與 撫順乙烯廠裂解氣壓縮機實際運行情況摘要： ABB Lummus Global 2001 發(fā)布的裂解氣壓縮機分析報告 與撫順乙烯廠 GB-201 裂 解氣壓縮機實際生產(chǎn)情況 2010 的對比。關(guān)鍵詞： Lummus 撫順乙烯壓縮機 結(jié)焦1、介紹Lummus 公司分析： 乙烯裂解氣壓縮系統(tǒng)在投入運行后被證明有結(jié)焦情況，在 Lummus 公司的客戶記錄上 50 的工廠會引發(fā)結(jié)焦在壓縮機和冷卻器上，幾乎所有的裂解氣壓縮機用戶都報告過結(jié)焦情況。 裂解氣壓縮機結(jié)焦成為壓縮機用戶計劃檢修的一個重要的原因。撫順乙烯廠用戶實際情況： 在 2005 年 4 月

2、和 2008 年 8 月 撫順乙烯裝置計劃檢修中，都發(fā)現(xiàn)裂解壓縮機有結(jié)焦情況， 并進行 GB-201 注水改造，濕蒸汽清洗。2、原因Lummus 公司分析： 裂解氣壓縮機結(jié)焦產(chǎn)生于聚合反應和縮合反應， 產(chǎn)生的聚合物會附著在壓縮機和冷卻器內(nèi)部 表面上。 聚合物主要產(chǎn)生于裂解氣組分的反應， 沉淀物主要來自于堿洗塔塔， 沉淀物會影響 壓縮機迷宮密封。溫度 壓力 停留時間 都影響壓縮機葉輪的結(jié)焦程度。 原料中一些不純的組分會影響結(jié)焦率，原料中含有氧 或雙烯烴 會影響 裂解系統(tǒng)的結(jié)焦。 所以在一些設(shè)計相同的工廠，原料的組分不同會引起不同的結(jié)焦率。撫順乙烯廠用戶實際情況： 原料中用下游自產(chǎn)的循環(huán)乙烷 撫順

3、乙烯廠在 2008 年計劃檢修中，發(fā)現(xiàn) GB-201 出口各冷卻器上都出現(xiàn)過結(jié)焦，并進行了 沖洗清焦工作。裂解氣壓縮機五段出口溫度都控制在 90 度左右 入口溫度都控制在 30 度左右 當堿洗塔水洗段液位出現(xiàn)波動的時候，和 各段堿循環(huán)不到 32 t/h ，在實際操作中要迅速找 到原因，并及時進行處理。DA-203 塔堿洗塔水洗段液位控制在 50，每段循環(huán)量 40t/h3、危害Lummus 公司分析： 結(jié)焦發(fā)生會影響壓縮機內(nèi)部組件的性能。 結(jié)焦會影響壓縮機內(nèi)部元件表面粗糙度。 影響葉輪 的特性。改變氣體在流道中的角度， 這種影響會直接影響壓縮機的效率。在現(xiàn)實中，這種損 失反應在壓縮機的轉(zhuǎn)速提高上

4、和能量的消耗上。 壓縮機處理相同的東西需要更高的轉(zhuǎn)速由透 平提供。迷宮密封的原理和結(jié)焦的影響 迷宮密封的原理是被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮的間隙時產(chǎn)生 節(jié)流效應而達到阻漏的目的。結(jié)焦會在間隙間產(chǎn)生，影響密封的效果，使物料或蒸汽泄露， 這樣的泄露會進一步加大能源的損失。會影響壓縮機的處理能力。結(jié)焦的壓縮機在相同的工況下會消耗更高的能量。一個產(chǎn)量為 100 萬噸每年的工廠，在能耗每年的損失在 10 萬美元，這樣的損失會隨著結(jié)焦程度的增加 而加大。當壓縮機轉(zhuǎn)速提不上去， 或者透平到達極限的時候， 這時候吸入壓力會增加， 但原料的數(shù)量 不變， 導致吸入壓力升高， 乙烯或丙烯的收率就會降低。 這樣在能源方面

5、的損耗和原料的利 用率上每年的損失會高達百萬美元。結(jié)焦對壓縮機的元件的影響結(jié)焦的聚合物是一種粘性物質(zhì)不會損壞壓縮機， 但結(jié)焦產(chǎn)生的重 質(zhì)烴和焦碳會損壞壓縮機的密封 和轉(zhuǎn)動軸。撫順乙烯廠用戶實際情況：撫順乙烯廠裂解氣壓縮機 GB-201 在 2010 年運行中出現(xiàn)結(jié)焦情況， 裂解爐在 60 噸的時候 ， 壓縮機一段吸入壓力高于 50kpa 設(shè)定值，最高時達到 70 kpa ,透平的轉(zhuǎn)速在 8200，HPV 閥 門開度為 100 ，透平轉(zhuǎn)速提高 不上去。GB201 SS 蒸汽量為 100H/T , GB501 HS 量為 45T/H GB-601HS 量為 25T/H. 消耗蒸汽量對比以前的數(shù)據(jù)

6、都有大幅度的增長。乙烯 的瞬時產(chǎn)量為 19T/H 丙烯的瞬時產(chǎn)量為 8T/H 壓縮機的結(jié)焦上 都影響在原料的利用效率上 雙烯收率上 ，蒸汽的用量上。在撫順乙烯廠 2008 年計劃檢修中，發(fā)現(xiàn) GB-201 裂解氣壓縮機迷宮密封 ，葉輪出口，轉(zhuǎn)動 軸 都有不同程度的結(jié)焦。在日常操作中，裂解氣壓縮機軸振動出現(xiàn)過高情況。 ZI-92204、測量與監(jiān)測Lummus 公司分析： 我們?nèi)绾螠y量結(jié)焦的程度 和在應用處理結(jié)焦的方法，如何測量這種方法的效果。 測量結(jié)焦程度直接方法最直接的方法就是在檢修的時候觀察結(jié)焦的程度和范圍。如果應用完處理的結(jié)焦方法后， 在下次檢修時發(fā)現(xiàn)沒有結(jié)焦， 說明這種方法很成功。 但這

7、樣的情況很 少發(fā)生。Lummus 公司的關(guān)于壓縮機效率的公式。 通過對裂解氣壓縮機各個參數(shù)的具體計算， 能精確 的算出壓縮的進行的情況，及結(jié)焦。具體見 Lummus 分析報告。軸承溫度， 軸承位移， 軸承振動都提供了對壓縮機持續(xù)的監(jiān)測。 但它們不能直接確定壓縮機 是否結(jié)焦。軸承振動高可能是葉輪的不平衡。軸承振動可能是壓縮機結(jié)焦的早期信號。油質(zhì) 在油箱中如果聚合物聚集情況過多，也可能是壓縮機結(jié)焦的顯示，需要對油質(zhì)進行具 體的分析確定。撫順乙烯廠用戶實際情況：撫順乙烯廠在 2008 年檢修中 對 GB-201 進行拆裝 發(fā)現(xiàn) 葉輪 和機殼上都有結(jié)焦物。撫順乙烯廠通過 軸振動 軸位移 溫度 在線監(jiān)控

8、 ，對壓縮機狀態(tài)起到了最及時的了解。 裂解氣壓縮系統(tǒng) 軸振動 ZI-9220 出現(xiàn)高報情況。TI-9223 軸承溫度出現(xiàn)高報情況在現(xiàn)在生產(chǎn)運行中。乙烯廠分析站定期對 GB-201 所用 46 號潤滑油進行分析檢查。5、解決方法Lummus 公司分析： 操作環(huán)境的改變會阻止結(jié)焦反應的發(fā)生下面是處理結(jié)焦的幾個原則。 1 較低溫度會降低結(jié)焦 反應率 2 添加抗垢劑會阻止聚合物黏附在壓縮機的表面上。 3 改變壓縮機表面的特性可以 改變聚合物的黏附。溫度許多的的聚合反應會成倍的增長， 如果 溫度升高 10度 到 20度，所以在設(shè)計和建設(shè)工廠的 中，怎么樣降低溫度會對工廠產(chǎn)生的效益具有重要的作用。 下面三

9、步會有效地控制裂解氣壓 縮機的溫度： 1 設(shè)計 5 段的裂解氣壓縮機會比4段 的 溫度低，每段能有效的降低 20 度。2 冷卻壓縮機的吸入物料 可以降低壓縮機的吸入溫度。 3 向壓縮機每段注水，當水汽化的 時候可以有效的降低裂解氣的溫度。添加劑 使用有效的添加劑可以抑制聚合反應的發(fā)生，有效地抑制了結(jié)焦。表面特性 壓縮機內(nèi)部部件的表面特性，可以直接影響聚合物是不是粘在上面。 一些強力潤滑涂料許多供貨商可以提供，它可以有效的 的抑制聚合物的黏著度，提供了很 好的保護對于腐蝕作用和侵蝕作用。這些涂料可以應用在轉(zhuǎn)子，內(nèi)殼壁上，入口和出口壁上，還有隔板上。 許多工廠都在應用后得到了很好的效果。撫順乙烯廠

10、用戶實際情況：1 撫順乙烯廠在 2005 年 4 月進行裂解氣壓縮機注水改造， 將原來的洗油系統(tǒng) 改為注水系統(tǒng)。 GB-201 機組原設(shè)計用清洗油來防止流道內(nèi)結(jié)焦， 清洗油在各段入口管道和各級彎道處注入， 共有 11 個注入點，現(xiàn)在改為注水，能更有效的防止結(jié)焦。實際生產(chǎn)中通過調(diào)節(jié) GB_201 各段注水量， 注水量控制在 0.9T/H 以下，控制 GB-201 各段出 口溫度在 90 度以下， 通過調(diào)節(jié)段間換熱器冷卻水的量， 控制壓縮機入口溫度在 30 度，有效 的抑制結(jié)焦。2 撫順乙烯化工廠于 2003 年三月開始注入壓縮機抗垢劑，注入點時洗油注入泵 GA-206 A-F 上，型號為 HK-

11、28 抗污垢劑，注入量為 60 噸每小時 起到了很好的抑制結(jié)焦的效果。3 撫順乙烯廠還在 2008 年 10 月份對透平進行了濕蒸汽清洗的清焦的工作。 在濕蒸汽清洗后， GT-201 GT-501狀態(tài)，蒸汽利用效率上明顯得到提高，GB-201 段吸入壓力得到了很好的控制。原料利用率上得到了提高。5、結(jié)論提高裂解氣壓縮機的效率對乙烯生產(chǎn)效益是非常重要的， 能量的損耗都伴隨著巨大的經(jīng)濟損 失。對結(jié)焦的監(jiān)測，處理對節(jié)約能量，保持裝置長周期運行，有著極為重要的意義。 在實際生產(chǎn)中，下面是推薦的注水 降低 壓縮機排出溫度考慮注洗油常規(guī)的監(jiān)測 軸承溫度 軸承位移 溫度 裂解氣壓縮機的效率與蒸汽量的監(jiān)控 降

12、低原料中的氧含量 雙烯的含量 壓縮機油中聚合物的含量6、附件Overview of Cracked Gas Compressor Fouling:Theories and PracticesBy: Stephen De Haan, ABB Lummus GlobalBrian K. Sullivan, ABB Lummus GlobalPresented at: 2001 Spring National MeetingApril 23-26, 2001, Houston, TXOVERVIEW OF CRACKED GAS COMPRESSOR FOULING:THEORIES AND PRA

13、CTICESABSTRACTMost cracked gas compressors foul as they operate. The build up of polymer on the rotor and other internals results in increased frictional losses and altered flow patterns. These changes in turn cause losses in efficiency and head produced as well as the potential for unbalancing the

14、rotor and damaging the seals.Increasing the compressor speed and steam turbine output can compensate for the losses in efficiency and head produced. However, once the capacity limit of the steam turbine has been reached or the compressor speed can no longer be increased, the throughput of the compre

15、ssor will decline. In any event, the energy use per ton processed will increase with increasing fouling.The foulant is generally a polymeric material. The fouling mechanism is not completely understood, but it appears to be a strong function of both compressor temperature and foulant precursor and p

16、romoter concentrations. The foulant precursors include styrene, indene, butadiene, and cyclopenta diene. Compounds containing oxygen promote the polymerization reaction.The fouling reaction is thought to occur on the compressor surfaces resulting in the deposition of a layer of polymer.Several metho

17、ds are employed alone and in combination to control fouling:? Wash Oil Addition? Water Injection? Inhibitor Injection? Coating of the Compressor InternalsThis paper will provide an overview of the problem and solution methods.IntroductionThe cracked gas compression systems of ethylene plants are pro

18、ne to fouling. Based on our experience, more than 50% of the plants incur substantial fouling in the compressor, aftercoolers, or both. Interestingly, nearly all of the gas cracking plants reported problems with fouling.In addition, fouling of the cracked gas compressor (CGC) and intercoolers has be

19、en cited as a prime reason for the scheduling of plant turnarounds by a number of operators.CausesFouling of the cracked gas compressor is most often the result of polymerization and condensation reactions. The predominant reactions involve materials present in the cracked gas that polymerize and de

20、posit on the internal surfaces of the compressor and aftercoolers. Condensation reactions can produce heavy materials that also form deposits.Deposits can also result form the carryover of caustic from the caustic tower. These deposits are of a completely different type and result from poor performa

21、nce of the caustic tower and the wash section. Caustic carryover doesn' t form polymers but will attack the labyrinth seals. (Manyof the plants have changed from aluminum to polymer labyrinths to avoid this problem.)Finally, the reactions are influenced by the presence of promoters and catalysts

22、. Often undetected impurities contained in the feedstocks play an important role in determining the rate of fouling. Compounds containing oxygen or peroxides help promote fouling in the cracked gas system and throughout the plant. Oxygen and other spurious compounds can be introduced into the plant

23、in the fresh cracking feedstocks or in recycles from downstream units. The variability in feed impurities, especially oxygenated compounds, may be a reason that similarly designed plants cracking similar feeds sometimes experience significantly different fouling rates. ConsequencesAs fouling occurs,

24、 it roughens the internal surfaces of the compressor, alters the cross sectional area and angles in the flow path, and impacts the impeller characteristics. These changes lead to increased frictional losses and altered aerodynamics. The result is a reduction in the efficiency and head produced. In p

25、ractice, this loss manifests itself as an increase in operating speed and power consumption. To maintain the operating pressures, the compressor speeds up requiring more power to be delivered by the steam turbine or variable speed motor.Measurement and Monitoring Vibration analysis, bearing temperat

26、ures, torque meters, and other measurements allow continuous monitoring of the compressor operation. None of these provides a direct unambiguous measurement of fouling. Increased vibration can result from fouling deposits that imbalance an impeller but could also result from other mechanical problem

27、s unrelated to fouling. In addition, vibration is seldom an early warning sign of fouling.CuresAs with any unwanted reaction, CGC fouling is inhibited by changing the operating environment. The methods for combating CGC fouling fall into four basic categories:1. Reducing temperature to reduce reacti

28、on rates2. Adding solvents to prevent polymers from adhering once formed3. Changing the surface characteristics of the compressor to prevent the polymer from adhering4. Adding chemical species to prevent reactions, or terminate polymer chainsConclusionThe benefits of reducing efficiency loss in cracked gas compressors will continue to grow. As ethylene plants expand to larger and larger capacities each percentage point loss will carry with it a greater monetary loss. Monitoring, measuring, and counteracting the effects of fouling will save energy and could