裂解气压缩机中压缸轴位移故障与处理

平衡盘推力之和减去三段推力％
0.7 r
0.6 L
/
.5 4
O.
.3
.2
O.
二
寸
ZZI90I6I0Z ZZ—0— 6I0Z
dol6IOZ
ZZ— I8I0Z
工艺条件改变、润滑油系统故障、 或缸体结垢
等，下文逐条进行分析判断。
4.1仪表假信号
中压缸止推端轴位移通过3个轴位移探头来
测量,轴位移探头故障或者接线松动均可导致测
温 74 C ， 位移 到 0.68 mm
温度达86 C,相对来说轴瓦温度上升值变化不
大％因而止推轴承可能存在磨损，但不是位移持
的主因%
4. 3 平 中压缸 管
101.6 mm （ 4 ln ） 的 管
图2裂解气中压缸轴位移与运行时间的关系
d二段推力
残余推力 1平衡盘推力
三段推力「
J述建—F・P
图3裂解气压缩机中压缸轴向受力分析
图5为裂解气压缩机二段和三段9因子与运 行时间的关系。
图4裂解气压缩机第二、三段进岀口压差 与运行时间的关系
从图4可看出：二段进出口压差持续增加,三 段进出口压差则相对稳定,而二段轴向力为正作 用，进而残余推力增加,可能导致轴位移增大。其 中，二段进出口压差高可能是二段出口换热器堵 塞所致。 4.4.3裂解原料性质
裂解产物中二烯桂（丁二烯、戊二烯）、苯乙烯 等易聚合物进入压缩机,容易在压缩机的叶轮、流 道和段间冷凝器内聚合结焦，并且随着压缩机的 长周期运行，结焦物越积越多,不但会造成机组运 行效率的下降，且使工艺侧流通面积减小，造成残 余推力大小发生改变％
可用9因子的大小来判断压缩机各段内部结 焦情况，其值增加越多表明结焦越 ％
2轴位移故障 茂名2号乙烯装置从2015年4月23日开车
以来，裂解气压缩机中压缸轴位移一直稳定在 0.2〜0.25 mm，止推瓦温度控制在59〜63 °C。从 2017年4月24日起轴位移开始缓慢增长，2019年
（X/X2/X3 :为中压缸3个轴位移测点； T/T2 :为中压缸2个止推轴承温度测点）
图 5 压缩 第二、 9因子 行 的关系
从图5可看出:二段和三段9因子初始值较 为接近，这是由于两段运行过程中压缩比和进出 口温度均相近。随着运行时间的延长，两段9因 子均有增长，其中二段9因子增长较小，而三段9 因子有明显的增长，从开车初期不到1.27，到第四 年已超过1.31。结合以往的经验，中压缸两段可
工艺条件主要是通过改变转子的轴向残余推 力使轴位移发生变化。残余推力主要受装置负 荷、气体分子量和叶轮进出口压差的影响，而气体 分子量主要取决于裂解原料性质％ 4.4.1装置负荷
装置正常运行中，负荷稳定，中压缸轴向
第33卷
陈锦丰等•裂解气压缩机中压缸轴位移故障与处理• 43Fra bibliotek•Edw、
力也相对稳定，主要由止 承来 ％但当 工况异常，负荷大幅度降低,裂解气冲力会瞬间减 小，轴向作用力突然增加；同样，负荷过高,虽轴向 冲力增大，但高负荷下为维持入口压力不变,不得 不提高压缩机转速，出口压力增大,从而进出口压 差增加，也会引起轴向作用力的增加。由于茂名 乙烯装置逐年增产，本周期负荷明显高于上周期， 长期高负荷运行也可导致轴位移增大。 4.4.2进出口压差
关键词：裂解气压缩机 轴位移高 结焦 处理措施
中国石油化工股份有限公司茂名分公司640 k/a乙烯装置（以下简称茂名2号乙烯）,裂解气 压缩机（CB - 301）中压缸轴位移从2015年4月大 修后初期仅0.2 mm，到2019年中压缸3个轴位移 测点最高的升至0.69 mm,接近联锁值±0.7 mm, 其余2个测点位移值也接近联锁值，随时有触发 裂解气压缩机轴位移高联锁停车的风险 （联锁为 三取二）。本文主要分析裂解气压缩机中压缸轴 位移产生的原因及探索降低轴位移的有效措施。
1月至4月轴位移出现急剧上升，从0.446 mm上 升至0.630 mm，到2019年6月22日轴位移升至 0.682 mm，止推瓦温度也由74 C升至84 C %且 另外2个轴位移测点X1、X3与X2增长趋势一致。 中压缸轴位移的持续增长不但限 装置满负荷 运行，且随时会引起非计划停车，造成重大经济损 失，甚至还会造成机组动静部分相互摩擦，出现轴 弯曲、隔板和叶轮碎裂、机组叶片折断等严重事 故&一3'。裂解气压缩机中压缸轴位移与运行时间
项目
结焦物
汽油
水
焦炭
(!),%
58
16
23
3
，对
成分进行 分 ， 现 是
含有147种组分的混合物。汽油段易结焦成分见
表2 %
表2汽油段易结焦成分含量
项目 1,3 -环戊二烯 2-甲基_1 -顺_3_戊二烯
苯乙烯
含量（！），％
2.376 1.420 1.395
由表2可知:汽油段中二烯桂、苯乙烯含量较 高，这些均是易聚合结焦物质，而结焦越严重,压 缩机轴位移也越高％
裂解气进出叶轮的压力变化，外在表现为压 缩机各段出口与入口的压力差值变化 。其差值越 大,则相应段产生的轴向作用力越大 。图4为裂 解气压缩机第二、三段进出口压差与运行时间的 关系％
liM □ 昌
时间/a
4.5润滑油系统故障 润滑油在压缩机运行过程中，主要起润滑、密
封、调速、降温作用。油系统一旦出现故障将对压 缩机组产生重大影响。油压低或供油量不足不仅 影响润滑效果还会影响轴承散热,使轴瓦温度升 高;油温不稳定则无法形成稳定油膜从而影响润 滑效果;另外,润滑油中若夹带颗粒杂质,会加速 轴瓦磨损，引起轴位移故障。通过对润滑油的理 化性质、组成、磨粒进行分析，发现各项指标均在 正常范围。而运行过程中润滑油供油压力有所下 降，且夏季油温偏高,可能对润滑油系统产生一定 影响。 4.6压缩机流道及叶轮结垢
为提高乙烯收率,2018年以来，茂名乙烯投用 了富乙烷气，使得裂解气分子量减小，从而改变叶 轮轴向力。2019年4月11日，将富乙烷气全部切 出2号乙烯装置，改进1号乙烯装置。富乙烷气 移到1号乙烯装置后，轴位移仍继续上升，判断气 体分子量的减小非压缩机轴位移上涨的直接原 因。但原料轻质化后,裂解气中的汽油含量下降, 洗油组成发生变化，从而间接影响轴位移。
而平衡盘两侧压差降低，结果是正向轴向力减小,
体现在位移上数值应向负值方向变化。而实际
正向位移是持续增长的，所以排除平衡盘密封磨
损%
从轴位移量远超止推轴承安装间隙看,止推
轴承必然有一定的磨损％但从油箱、止推轴承回
油管多次采油的分析结果看，无异常金属磨粒%
另外,2019年1月轴位移为0- 45 mm时止推轴承
4轴位移高原因 影响中压缸轴位移的因素，主要包括仪表假 、平衡盘密封或止推轴瓦磨损、平衡管堵塞、
道,其两端分别与二段和三段入口相连 ,管道之间 无阀门，堵塞的可能性很小。更重要的是，从二、 三段入口到平衡管之间还装配有梳齿密封,气体 经过梳齿节流后压力降得很低，对轴向力影响极 小% 4.4工艺条件改变
轴向力即为轴向推力与冲力二者的差值％中压缸
二段为两级叶轮，产生的轴向推力与残余推力方
向一致，为正作用力；三段为三级叶轮，轴向推力
为反作用力。两段背靠背布置亦是为了平衡大部
分轴向力。其次分
力，由于
设
置在二、三段末级叶轮之间，三段排出压力高于二
段，平衡盘的推力则由
向二段，力的大小与
的直径有关。故残余推力等于二 力与
机组润滑油上游供油压力设计值为200 kPa, 运行至2018年12月降至193 kPa%从2019年1 月开始将油压从193 kPa逐渐提至231 kPa,以保 证润滑油供油量和润滑效果。油压提高后，轴位 移并未下降。另润滑油的供油温度正常控制在 41〜42 C ,中压缸轴承温度升高后,将润滑油供油 温度降至38 C,以增强轴承散热。而夏季即使全 开油冷器冷却水出口阀，供油温度也经常超42 C , 造成中压缸轴承温度持续上涨。通过降低冷却水 温度和提高冷却水上游供水压力后，供油温度稳 定在38 C%调整后，轴承温度上涨虽得到有效控 制，但轴位移也未见下降％表明油压降低或油温 上涨不是引起轴位移高的主要原因％ 5.3调整洗油注入
力越大，轴
位移也越高%对中压缸的轴向受力（见图3）进行
分析，残余推力由叶轮和平衡盘两部分力构成,受
力方向指向透平侧。首先分
力，以单级
叶轮为例,气体经叶轮扩压排出过程中，叶轮受到
一股从高压侧指向低压侧的轴向推力。同时，由
于气体轴向进入叶轮，径向甩出,气体的流向瞬间
改变，轴向动量转为对叶轮的冲力。因而叶轮的
图1裂解气压缩机布置示意
3轴向力分析 压缩机正常运行过程中，中压缸止推轴承受
收稿日期：2021 -02 -22 o 作者简介:陈锦丰，男，2008年毕业于中山大学应用化学专 业，学士，主要从事乙烯生产与技术管理工作,现任茂名石化 化工分部裂解车间主任,工程师％
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乙烯工业
第33卷
力的作用
位移，
5应对措施 5.1工艺系统调整 5.1.1压力调整
装置运行过程中，二段进出口压差呈上升趋 势,分析认为，二段出口冷却器（EB - 302A/B）工 艺侧可能出现结焦堵塞。通过新增1台换热器 （EB-302C）直接降低二段排出压力。另外，通过 试验还发现,在分离系统甲烷氢气压缩机（CB -
0.51 0.50 0.49
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乙烯工业
第33卷
能均存在一定程度的结焦,其中三段结焦较为严 重，这是导致轴位移变化的主因。
对中压缸缸体低点采样分析，发现有大量高 黏度黑色焦状物流出。对样品进行分离，自上而 下依次为汽油、聚合结焦物、水相（水和聚合物混 合相）和焦炭，见图6%样品各组成见表1,结果显 示结焦物含量高达58 %，焦炭含量达到3 %,进一 步验证了缸体结焦可能性较大。
402 ）入口新增1条管线排放至燃料气来间接降低 裂解气压缩机排出压力，在一定程度上也能降低 轴位移,但无法根本解决,还需进一步采取其它措 施％ 5.1.2负荷调整
图7为裂解气压缩机吸入负荷与轴位移的关
0.57 0.56 0.55 0.54 > 0.53 I 0-52
图6三段缸体排岀垢污分离后效果
表1压缩机三段排出垢物组成分析
160 170 180 190 200 210 220 负荷/( xlO3 kg - h_1)
图7裂解气压缩机吸入负荷与轴位移关系
从图7可看出：轴位移对吸入负荷的变化非 常敏感，随着负荷的增加,轴位移快速上升。而当 负荷降低，轴位移也同步下降％因此,在相当长一 段时间内，均采取降负荷运行作为抑制压缩机轴 位移上涨最主要的措施。该方法虽能显著降低轴 位移,但对乙烯产量和效益影响很大，极不经济％ 5.2润滑油系统调整
通常，在压缩机入口管道和某一级中注入洗
第33卷
陈锦丰等.裂解气压缩机中压缸轴位移故障与处理
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油，目的是防止聚合物粘附在压缩机流道和叶轮 表面，并能将聚合物溶解与带出。茂名乙烯注入 的洗油为裂解加氢汽油，主要成分为苯、甲苯以 及少量二甲苯的混合物。推测裂解原料轻质化 后，洗油组分变轻，并且运行至末期的压缩机缸 体温度升高，叶轮则易从湿润变为干燥状态，从 而聚合物易附着在叶轮和流道上,导致轴位移上 升。
' 量不准或者信号转换错误&4 %中压缸3个轴位移
测点值的变化趋势完全同步，而3块仪表同时故
障的概率极低。此外，中压缸止推轴瓦的温度也
不断升高,并与轴位移的增长趋势一致 ，进一步排
除
的可能％
4.2平衡盘密封或止推轴瓦磨损
如果是平衡盘密封磨损导致间隙增加，则两
侧的泄漏量变大，那么低压侧（二段）压力提升，进
乙烯工业 2021,33(2) 41 ~46 ETHYLENE IDDUSTRY
裂解气压缩机中压缸轴位移故障与处理
陈QR ,童雄师，V俊桦，董军飞
（中国石油化工股份有限公司茂名分公司，广东茂名525021）
摘 要：针对茂名石化640 k/a乙烯装置长周期运行过程中出现裂解气压缩机中压缸轴位移高的问 题。通过分析可能导致轴位移故障的原因，采取调整工艺系统、优化洗油注入、调整润滑油系统、中压缸 注水、加注分散剂等措施，在一定程度上减缓了轴位移的上涨,特别是降低装置负荷，轴位移下降非常明 显，但上述措施无法彻底解决中压缸轴位移高问题。最后通过加注航空煤油/多乙苯混合溶液作为清洗 油后，大量垢物被溶解并冲洗排出，彻底解决了缸体结垢导致的轴位移高问题。
1裂解气压缩机简介 裂解气压缩机由沈阳鼓风机集团有限公司制
造，采用三缸、四段压缩（见图1），并配备段间冷 却、液体分离、主驱动透平和各种辅助设备。在四 段压缩比大致相当的条件下，将裂解气从表压 0.025 MPa提压至2. 176 MPa以满足分离要求。 低压缸采用双进气结构，中压缸在二、三段分别采 用两级叶轮和三级叶轮，两段叶轮背靠背布置。 四段共6级叶轮布置在高压缸。