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某石化公司220kt/a乙烯装置裂解气压缩机组由超高压蒸汽驱动，为两缸四段，其中一、二段为低压缸，型号9H-4B；三、四段为高压缸，型号7H-8B；额定转速6371r/min，额定功率14433kW，一段吸入设计压力为28kPa，四段出口设计压力为3709kPa。作为乙烯装置的关键机组，其运行状态决定着装置的长周期稳定运行。
1 裂解气压缩机流程简介
裂解装置急冷水塔（C-105）塔顶物流，被送至裂解气压缩机一段吸入罐（V-201）。裂解气压缩机在四段压缩的过程中，用大致相同的压缩比，将气体压力从28kPa提升至3709kPa。气体经前三段压缩后进入碱洗塔（C-203）以脱除酸性气体硫化氢和二氧化碳，产生的废碱液送至废碱预处理和废碱氧化单元做进一步处理。来自碱洗塔的脱硫气体被送至压缩机四段吸入罐（V-205）进一步压缩。从四段出口来的裂解气在2台后冷器（E-207/E-257）之前分流，其中大部分在1号预切割脱甲烷塔再沸器（E-360）和丙烯冷却器（E-210）中被冷却至15℃，然后送至干燥器进料罐（V-207）；小部分气体在1号预切割脱甲烷塔再沸器（E-364）、侧沸器（E-361）中冷却至15℃后送至V-207罐，罐顶组分进入深冷分离单元，裂解气压缩机工艺流程示意见图1。
2 裂解气压缩机三段出口压力及流量升高
220kt/a乙烯装置在2019年9月检修开工后，裂解气压缩机（K-201）三段出口流量持续在118t/h左右，三段出口压力最高涨至1720kPa（安全阀整定压力1746kPa），2020年12月K-201短停检修期间，更换高压缸平衡活塞气封，2021年1月开工恢复初期，三段出口流量下降至103t/h左右，三段出口压力下降至1620kPa，运行至2021年10月，三段出口流量缓慢上涨至112t/h左右，三段出口压力上涨至1660kPa后达到稳态。对比以往运行周期（见图2），在同等负荷下三段出口压力升高约100kPa，且已接近安全阀起跳值1746kPa，致使压缩机负荷调整受限，抗波动能力减弱，同比出口流量上涨约15t/h，达到设计负荷的120%。
3 裂解气压缩机三段出口压力及流量升高的影响因素分析
3.1 裂解气压缩机高压缸气封损坏的影响
2019年乙烯装置开工期间，因碱洗塔循环异常，碱液随压缩气体进入裂解气压缩机缸体，导致高压缸内浮环密封、平衡活塞气封和级间密封发生碱腐蚀损坏，进而导致其三段出口压力及流量升高。该现象从2019年10月和2020年12月裂解气压缩机2次短停检修中得以印证。
2019年9月乙烯装置大检修开工初期，裂解气压缩机出现严重的润滑油损失情况，同年10月15日被迫停工检修。拆卸压缩机高压缸浮环密封发现，浮环气封套整体呈黑色。测量该气封间隙，四段为4.2mm，三段为3mm，远大于机组设计间隙0.45~0.54mm，确认浮环密封损坏，原因为裂解气中携带碱液，导致浮环气封被腐蚀损坏，进而判断裂解气压缩机高压缸级间气封也存在损坏可能。
2020年12月在裂解气压缩机短停期间，对高压缸平衡活塞气封检查发现梳齿损坏（见图3），且梳齿凹槽处结焦严重，无法达到机组设计间隙0.5mm，对其进行更换。2021年1月开工恢复生产后，相同负荷下裂解气压缩机三段出口流量由118t/h下降至103t/h，三段出口压力由1720kPa下降至1620kPa，出口压力及流量下降明显，说明更换平衡活塞处气封有效缓解了裂解气压缩机三段出口压力及流量升高情况，也进一步表明裂解气压缩机高压缸级间气封也存在损坏可能。
通过上述情形判断，裂解气压缩机级间密封梳齿同样存在被腐蚀损坏的问题，进而导致梳齿间产生的流动阻力减小，无法达到预期的压力降，从而导致高压侧泄漏至低压侧的裂解气量增大、压缩机内循环量增大，因此出现同等负荷下裂解气压缩机三段出口压力及流量较以往运行周期偏高情况。
从裂解气压缩机液相物料设计分布可知：三段出口压力在1547kPa下，除冷凝C5及以上的全部重组分，还冷凝部分C4及以下的轻组分，包括乙烯、丙烯、丁二烯、丁烯等，占比约33.5%（其中丙烯组分在1528kPa下的冷凝点为37℃，该条件明显低于三段出口冷凝器的设计条件1547kPa，26℃），裂解气压缩机段间液相物料组成详见表1。
由于压缩机高压缸级间气封损坏，三段、四段出口的高压裂解气从级间返窜至三段、四段入口，导致三段和四段入口压力升高，在压缩比不变的情况下，三段的出口压力也会同步升高，偏离设计工况。此工况对于三段影响更大，三段出口压力较设计压力高出约130kPa，温度较设计温度低约9℃，经模拟计算，在此压力和温度下，三段出口冷凝量将增加裂解气总量的3%（约3.3t/h），增加的这部分凝液以轻组分为主，通过液位控制阀返回至三段吸入罐（V-203）后，与二段出口的裂解气凝液混合并闪蒸出轻组分，在压缩机三段内形成循环物料；剩余的重组分烃类物料则进入段间凝液加热器（E-216），蒸发出的
气相组分包括苯、甲苯及少量的乙烯和丙烯，返回至一段吸入罐（V-201），在压缩机前三段形成循环物料。以上2种因素产生的循环量叠加，互相影响，导致压缩机三段和四段进、出口压力及流量进一步升高。
随着裂解气压缩机的运行，裂解气中不饱和烃发生聚合反应产生焦粒，裂解气压缩机平衡活塞气封梳齿间会逐步聚集结焦物，导致梳齿节流降压效果下降，流动阻力减小，四段出口高压裂解气通过平衡活塞气封泄漏至三段出口的裂解气量增大，从而影响三段出口压力及流量。根据裂解气压缩机当前运行工况，对平衡活塞气封的裂解气漏气量进行了核算。当气封腐蚀间隙增大梳齿被结焦物堵塞后，段间内循环量较正常时增大了18133kg/h，结果见表2。
根据上述分析，裂解气压缩机三段出口压力及流量升高的根本原因是：2019年检修后开工阶段，裂解气压缩机高压缸级间气封因碱腐蚀损坏，导致级间裂解气泄漏，压缩机内循环量增大。
间接原因：
1）内循环量增大后，压缩机段间压力高于设计压力，部分轻质组分在三段排出罐被冷凝，凝液返回经调节阀降压闪蒸，产生的气相与级间内漏的裂解气量相叠加，导致压缩机三段出口压力及流量进一步升高。
2）裂解气压缩机级间气封梳齿被结焦物堵塞，梳齿节流降压效果下降，流动阻力减小。
4 裂解气压缩机三段出口压力及流量升高的应对措施
在裂解气压缩机长期运行期间，为避免其出口超压，通过控制裂解气负荷，对出口压力进行管控，增设压缩机段间出口压力内控指标，具体按照GB150.1—2011《压力容器第1部分：通用要求》附录B第“B.4.7”条的规定：安全阀的整定压力Pz，一般取Pz（整定压力）为（1.05~1.1）Pw（工作压力），根据公式计算出该容器的允许工作压力，考虑压力降后，计算出压缩机出口管道允许的操作压力，按此计算值进行管控，见表3。
根据裂解气压缩机三段出口压力内控指标（1.684kPa）制定压差设防值，增设段间压差监控仪表，内操实时监控段间压差趋势。当达到设防值时，装置降负荷，三段出口冷却器（E-205A/B）单台切出检修清理，以消除段间压差高对出口压力的影响，确保机组满负荷、长周期运行。
裂解气压缩机高、低压缸轴端气封在2019年、2020年检修时，因原厂配件采购周期较长，无法满足检修时间需求，更换为某国内公司加工的气封。但从实际使用效果看，该气封在强度及耐腐蚀性方面和原厂气封存在差距，无法满足机组长周期稳定运行要求。为彻底解决压缩机轴端气封耐腐蚀性差的问题，经与原压缩机制造厂家技术交流，将压缩机高、低压缸轴端气封材质由锻铝升级为PEEK（聚醚醚酮），增强气封耐腐蚀性能；且PEEK材质硬度低，不会对转子造成磨损，从根本上解决轴端气封腐蚀泄漏问题，使机组运行期间出口压力及流量符合正常工况值。
优化装置大检修后开工碱洗塔循环建立操作步骤：碱洗塔优先建立水循环，充分暴露仪表问题，仪表问题得不到解决不得进行下一步操作，待碱洗塔水循环正常后方可配入氢氧化钠进行碱循环。优化开工期间压缩机密封气切换步骤：对密封气的切换进行量化要求，即明确碱循环建立时机。在压缩机第一暖机（500r/min）结束升速前，将压缩机密封气切换为乙烯制冷压缩机（K-601）出口的乙烯气（2.2MPa），待后系统分离装置裂解气进料后，压缩机密封气及时切换为干燥后的裂解气。
裂解气压缩机原设计使用干燥后的裂解气、乙烯制冷压缩机出口乙烯气、丙烯制冷压缩机（K-501）出口丙烯气及低压氮气作为密封气气源，在开工裂解气压缩机氮气运行阶段，因裂解气、乙烯制冷压缩机出口的乙烯气、丙烯制冷压缩机出口的丙烯气均不具备使用条件，机组仅能使用低压氮气作为密封气，在此过程中，随着压缩机各段进出口压力的升高，当系统压力高于低压氮气压力时，浮环密封的气气压差无法正常建立，甚至造成反差，密封气起不到隔断保护作用，使携带碱沫的工艺气体沿气封梳齿漏入。为解决该问题，2021年8月裂解气压缩机增加1条高压氮气密封气线，供开机时使用。压缩机密封气流程示意见图4。
素材来源：互联网
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