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摘 要：本文通过对丁二烯装置工艺气螺杆压缩机结构特点分析，从焦油聚合物的成分、机理、危害方面，指出预防和控制焦油的重要性，并给出了采取提高入口压力、提高入口温度以及停机处理内容的措施，从而有效得控制结焦速度，保证螺杆压缩机长周期运行，
关键词：丁二烯装置；螺杆压缩机；BC-101；结焦聚合物；焦油；控制；措施；
中图分类号：TQ221.211
1 项目概况
丁二烯DMF法抽提工艺的关键机组（以下简称BC-101）是采用德国GHH公司螺杆压缩机，其主要功能是把一萃丁二烯气体提升压力后作为二萃塔（BT-201）进料，其基本流程见图1。
图1 BC-101简要流程
与其它螺杆压缩机相比，BC-101具有显著特点：①装配间隙小。同步齿轮啮合间隙≤0.04mm，阴阳转子啮合间隙只有0.12mm，②高转速。压缩机体积小，通过透平高转速保证容积效率，一段转速6400rpm，二段转速10292RPM。BC-101装配精度和运转精度非常高。
干式螺杆具有无油润滑压缩，无不平衡质量力，转速高，无磨损，运行周期比较长等优点，但是由于丁二烯装置处理介质气易聚合的特点，机体内易产生沉淀焦油状聚合物，聚合物累计对压缩机运转精度产生影响，因此，实际螺杆压缩机压缩机运行周期要远小于理论的运行寿命。如何保证螺杆压缩机在有形磨损故障检修前，降低螺杆间结焦速度，已成为机组是否能够长周期运行的关键。通过对结焦聚合物的控制，可以有效保证机组以及丁二烯装置长周期。
2 焦油聚合物成因和危害
2.1 焦油物存在形式
（1） 从多次检修检查中，发现焦油在阴阳转子曲面上表现为粘附在阴阳螺杆表面。由于阴阳转子啮合间隙只有0.10mm左右，正常运转时这些焦油聚合物不会影响压缩机使用性能。但是在1996年解体检修中，可以发现螺杆表面焦油聚合物较厚、黏附力非常强，要想从螺杆表面清理干净需要用洗油浸泡和砂纸打磨表面。
（2） 在入口和出口消音器内，这种焦油聚合物挤在在内套筒和壳体夹层，内套筒向内悬挂有焦油聚合物皮子，硬而有弹性。
2.2 焦油成因
压缩机内黑褐色结焦物是一种焦油，含有更多的醛，是羰基化合物，是一种聚合物，温度低时比较脆。主要为工艺萃取过程高温和精制系统脱除不彻底而产生的杂质，但完全避免焦油狀物质产生是不可能实现。
2.3 焦油物对BC-101机组的影响
存在螺杆间的少量焦油，可以增加螺杆和螺杆与壳体的密封性，减少丁二烯气体从出口到入口泄漏量，增加压缩机容积效率，降低缸体温度。但是对于长期连续运转得不到检修的螺杆，焦油的累积对机械性能产生危害。
（1） 过多的焦油在阴阳螺杆间相互积压，容易产生过大的径向力和轴向力，增加径向和轴向止推滑动轴承压力，滑动轴承容易磨损和烧毁。由于阴阳螺杆是通过吸入轴端的同步斜齿轮来保证阴阳螺杆协调保证螺旋线间啮合间隙，过大轴向和径向力增大同步齿轮间的负荷。
（2） 螺杆压缩机的扭矩是通过透平带动齿轮箱高低速齿，高低速齿轮内花键扭矩杆再通过阳螺杆同步齿轮带动阴螺杆转动。如果焦油较多聚集内部，增加了咬合力，增加功率消耗。1994年、1995年BC-101机组曾出现转速上不去和1996透平断轴事故，都跟缸体内焦油聚合物增多有密切联系。
（3） 由焦油挤压产生过大轴向力和径向力容易引起轴端机械密封和浮环密封间密封油泄漏量增多，特别是浮环密封靠近介质侧，外泄介质容易产生焦油固住浮环自由浮动，使密封经常失效。在实际运行过程中，机组跳车前后机封系统漏油量经常发生剧烈变化，这是由于跳车前后转子不同状态引起焦油黏着物对浮环状态影响也发生变化而造成的。
（4） 低压缸吸入压力是通过控制BV-102吸入罐压力P0来保证的。如果入口过滤器被焦油聚合物局部堵塞，流动阻力增加，加上低压缸转速高，过滤网后面的压力P1会迅速出现局部真空，当P1?P0，实际压缩比P2/P1会在短时间内急剧增大，这时往往导致低压缸体压缩过程中的超温现象。一方面加速了焦油生成和硬化；另一方面因热膨胀转子容易与缸壁碰撞。
（5） 焦油聚合物可以堵塞消音器内部套筒和壳体之间缝隙，使消音器失去作用，机组产生的噪音增大；在内筒壁悬挂有焦油皮子，正常会随被气体吹走，如果出口轴向单向阀滑道也被焦油塞住产生卡涩，紧急跳车时机组容易倒转，消音器内焦油聚合物会被气体倒入螺杆间，易发生螺杆互相咬合损坏。
（6） 停车后转子冷却，螺杆被焦油聚合物固住，引起机组盘不动车，启动扭矩增大，易对机组轴承、联轴节、同步齿轮产生变形损坏，进一步破坏螺杆间隙。
3 采取控制措施
螺杆压缩机本身具有长期免维护功能，在现有技术条件下不能对螺杆表面和缸体内焦油进行定期机械清理，只有在生产运行中采取有效地操控手段，延缓焦油聚合物生成速度。
3.1 运行的控制
（1） 提高吸入口温度。低压缸入口气体是BT-102（第一汽提塔）塔顶馏出后冷凝汽，丁二烯气体平均含量在94%左右，其余多是溶剂（DMF）等饱和气体。BC-101虽然是干式压缩机，但允许携带少量的液体。由于溶剂泡点压力比丁二烯低，提高吸入口温度，丁二烯气体中溶剂含量增大，在螺杆带动气体从入口到出口逐渐压缩过程中，溶剂气体压缩后会产生更多的液化溶剂，液体会不断浸润冲刷焦油聚合物，不断使螺杆上的焦油得以溶解带出。通过实践，在操作上采取提高低压缸入口温度方法，将入口温度由设计40℃提高到42℃，控制结焦速度取得效果较好。
（2） 提高入口压力。螺杆压缩机原设计压力为0.005MPa，在实际运行中可以提高入口压力至0.009MPa。在出口压力不变情况下，提高入口压力不仅使压缩机远离负压跳车连锁值，而且可以降低压缩比，使丁二烯气体压缩后温升减小，减少焦油生成速度。提压后低压缸实际压缩比Pi=2.6，小于设计值3，这样可以大大减少压缩过程中产生的潜热，抵销了提高入口温度的影响。实际生产中即使在高温季节，两段压缩机出口温度一直保持76℃以下，低于设计80℃。
3.2 停机的控制
（1） 当BC-101停车需较长时间，高低压缸为避免丁二烯气体在缸内聚和，必须用氮气彻底置换。但是在置换过程中，由于氮气温度较低，加之蒸发作用，螺杆表面焦油聚合物会固化，这样往往引起开停车和检修过程中盘车困难。如果单纯用人工盘车，产生不均衡冲击力容易破坏整个轴系轴瓦和齿轮接触表面。所以，在机组刚停转，要通过透平与齿轮箱之间的联轴节不断盘车，直到高低压缸完全冷却为止，防止转子被焦油粘住。机组置换完毕后，通过从低压缸吸入管用泵注入新鲜干净的DMF，可以软化和溶解焦油聚合物，减少内部焦油聚合物，这时盘车才可能达到轻松自如。但是加注溶剂一定注意以下事项：
1） 加注溶剂不能停止辅油泵，加注压力要小于0.8MPa，才能保证溶剂不能通过密封污染润滑油箱。
2） 为了保护机械密封的0型密封圈不变性不老化，加注溶剂要保证和机组正常运转的溶剂基本相同，不能为了方便加注加氢汽油和甲苯，防止对密封圈二次溶涨冲击。
（2）机组停机大检修时。应每次都要拆卸高低压缸入口和出口消音器、入口过滤网；检查低压缸出口和旁路、高压缸出口的滑道式单向阀是否开闭灵活；检查高低压缸入口处螺杆表面和缸壁焦油分布情况。如果发现过滤器和消音器内有较多的焦油，一定彻底清除干净。
4 效果及评价
通过多年摸索和总结，操作上采取有效措施，有效控制机组结焦速度，机组已连续运行5年未解体大修，预计能够运行6年以上。停车时从压缩机入口端检查螺杆头部，阴阳螺杆转子表面附着聚合物很少，机组盘车轻松自如，甚至停机用氮气置换压缩机，轴系都能够自转，进一步说明机体内焦油量非常少。
参考文献：
1丁二烯装置操作手册 大庆乙烯联合化工厂乙烯装置 1983.3
2螺杆压缩机操作手册 大庆乙烯联合化工厂乙烯装置1983.4
关键词：丁二烯装置；螺杆压缩机；BC-101；结焦聚合物；焦油；控制；措施；
中图分类号：TQ221.211
1 项目概况
丁二烯DMF法抽提工艺的关键机组（以下简称BC-101）是采用德国GHH公司螺杆压缩机，其主要功能是把一萃丁二烯气体提升压力后作为二萃塔（BT-201）进料，其基本流程见图1。
图1 BC-101简要流程
与其它螺杆压缩机相比，BC-101具有显著特点：①装配间隙小。同步齿轮啮合间隙≤0.04mm，阴阳转子啮合间隙只有0.12mm，②高转速。压缩机体积小，通过透平高转速保证容积效率，一段转速6400rpm，二段转速10292RPM。BC-101装配精度和运转精度非常高。
干式螺杆具有无油润滑压缩，无不平衡质量力，转速高，无磨损，运行周期比较长等优点，但是由于丁二烯装置处理介质气易聚合的特点，机体内易产生沉淀焦油状聚合物，聚合物累计对压缩机运转精度产生影响，因此，实际螺杆压缩机压缩机运行周期要远小于理论的运行寿命。如何保证螺杆压缩机在有形磨损故障检修前，降低螺杆间结焦速度，已成为机组是否能够长周期运行的关键。通过对结焦聚合物的控制，可以有效保证机组以及丁二烯装置长周期。
2 焦油聚合物成因和危害
2.1 焦油物存在形式
（1） 从多次检修检查中，发现焦油在阴阳转子曲面上表现为粘附在阴阳螺杆表面。由于阴阳转子啮合间隙只有0.10mm左右，正常运转时这些焦油聚合物不会影响压缩机使用性能。但是在1996年解体检修中，可以发现螺杆表面焦油聚合物较厚、黏附力非常强，要想从螺杆表面清理干净需要用洗油浸泡和砂纸打磨表面。
（2） 在入口和出口消音器内，这种焦油聚合物挤在在内套筒和壳体夹层，内套筒向内悬挂有焦油聚合物皮子，硬而有弹性。
2.2 焦油成因
压缩机内黑褐色结焦物是一种焦油，含有更多的醛，是羰基化合物，是一种聚合物，温度低时比较脆。主要为工艺萃取过程高温和精制系统脱除不彻底而产生的杂质，但完全避免焦油狀物质产生是不可能实现。
2.3 焦油物对BC-101机组的影响
存在螺杆间的少量焦油，可以增加螺杆和螺杆与壳体的密封性，减少丁二烯气体从出口到入口泄漏量，增加压缩机容积效率，降低缸体温度。但是对于长期连续运转得不到检修的螺杆，焦油的累积对机械性能产生危害。
（1） 过多的焦油在阴阳螺杆间相互积压，容易产生过大的径向力和轴向力，增加径向和轴向止推滑动轴承压力，滑动轴承容易磨损和烧毁。由于阴阳螺杆是通过吸入轴端的同步斜齿轮来保证阴阳螺杆协调保证螺旋线间啮合间隙，过大轴向和径向力增大同步齿轮间的负荷。
（2） 螺杆压缩机的扭矩是通过透平带动齿轮箱高低速齿，高低速齿轮内花键扭矩杆再通过阳螺杆同步齿轮带动阴螺杆转动。如果焦油较多聚集内部，增加了咬合力，增加功率消耗。1994年、1995年BC-101机组曾出现转速上不去和1996透平断轴事故，都跟缸体内焦油聚合物增多有密切联系。
（3） 由焦油挤压产生过大轴向力和径向力容易引起轴端机械密封和浮环密封间密封油泄漏量增多，特别是浮环密封靠近介质侧，外泄介质容易产生焦油固住浮环自由浮动，使密封经常失效。在实际运行过程中，机组跳车前后机封系统漏油量经常发生剧烈变化，这是由于跳车前后转子不同状态引起焦油黏着物对浮环状态影响也发生变化而造成的。
（4） 低压缸吸入压力是通过控制BV-102吸入罐压力P0来保证的。如果入口过滤器被焦油聚合物局部堵塞，流动阻力增加，加上低压缸转速高，过滤网后面的压力P1会迅速出现局部真空，当P1?P0，实际压缩比P2/P1会在短时间内急剧增大，这时往往导致低压缸体压缩过程中的超温现象。一方面加速了焦油生成和硬化；另一方面因热膨胀转子容易与缸壁碰撞。
（5） 焦油聚合物可以堵塞消音器内部套筒和壳体之间缝隙，使消音器失去作用，机组产生的噪音增大；在内筒壁悬挂有焦油皮子，正常会随被气体吹走，如果出口轴向单向阀滑道也被焦油塞住产生卡涩，紧急跳车时机组容易倒转，消音器内焦油聚合物会被气体倒入螺杆间，易发生螺杆互相咬合损坏。
（6） 停车后转子冷却，螺杆被焦油聚合物固住，引起机组盘不动车，启动扭矩增大，易对机组轴承、联轴节、同步齿轮产生变形损坏，进一步破坏螺杆间隙。
3 采取控制措施
螺杆压缩机本身具有长期免维护功能，在现有技术条件下不能对螺杆表面和缸体内焦油进行定期机械清理，只有在生产运行中采取有效地操控手段，延缓焦油聚合物生成速度。
3.1 运行的控制
（1） 提高吸入口温度。低压缸入口气体是BT-102（第一汽提塔）塔顶馏出后冷凝汽，丁二烯气体平均含量在94%左右，其余多是溶剂（DMF）等饱和气体。BC-101虽然是干式压缩机，但允许携带少量的液体。由于溶剂泡点压力比丁二烯低，提高吸入口温度，丁二烯气体中溶剂含量增大，在螺杆带动气体从入口到出口逐渐压缩过程中，溶剂气体压缩后会产生更多的液化溶剂，液体会不断浸润冲刷焦油聚合物，不断使螺杆上的焦油得以溶解带出。通过实践，在操作上采取提高低压缸入口温度方法，将入口温度由设计40℃提高到42℃，控制结焦速度取得效果较好。
（2） 提高入口压力。螺杆压缩机原设计压力为0.005MPa，在实际运行中可以提高入口压力至0.009MPa。在出口压力不变情况下，提高入口压力不仅使压缩机远离负压跳车连锁值，而且可以降低压缩比，使丁二烯气体压缩后温升减小，减少焦油生成速度。提压后低压缸实际压缩比Pi=2.6，小于设计值3，这样可以大大减少压缩过程中产生的潜热，抵销了提高入口温度的影响。实际生产中即使在高温季节，两段压缩机出口温度一直保持76℃以下，低于设计80℃。
3.2 停机的控制
（1） 当BC-101停车需较长时间，高低压缸为避免丁二烯气体在缸内聚和，必须用氮气彻底置换。但是在置换过程中，由于氮气温度较低，加之蒸发作用，螺杆表面焦油聚合物会固化，这样往往引起开停车和检修过程中盘车困难。如果单纯用人工盘车，产生不均衡冲击力容易破坏整个轴系轴瓦和齿轮接触表面。所以，在机组刚停转，要通过透平与齿轮箱之间的联轴节不断盘车，直到高低压缸完全冷却为止，防止转子被焦油粘住。机组置换完毕后，通过从低压缸吸入管用泵注入新鲜干净的DMF，可以软化和溶解焦油聚合物，减少内部焦油聚合物，这时盘车才可能达到轻松自如。但是加注溶剂一定注意以下事项：
1） 加注溶剂不能停止辅油泵，加注压力要小于0.8MPa，才能保证溶剂不能通过密封污染润滑油箱。
2） 为了保护机械密封的0型密封圈不变性不老化，加注溶剂要保证和机组正常运转的溶剂基本相同，不能为了方便加注加氢汽油和甲苯，防止对密封圈二次溶涨冲击。
（2）机组停机大检修时。应每次都要拆卸高低压缸入口和出口消音器、入口过滤网；检查低压缸出口和旁路、高压缸出口的滑道式单向阀是否开闭灵活；检查高低压缸入口处螺杆表面和缸壁焦油分布情况。如果发现过滤器和消音器内有较多的焦油，一定彻底清除干净。
4 效果及评价
通过多年摸索和总结，操作上采取有效措施，有效控制机组结焦速度，机组已连续运行5年未解体大修，预计能够运行6年以上。停车时从压缩机入口端检查螺杆头部，阴阳螺杆转子表面附着聚合物很少，机组盘车轻松自如，甚至停机用氮气置换压缩机，轴系都能够自转，进一步说明机体内焦油量非常少。
参考文献：
1丁二烯装置操作手册 大庆乙烯联合化工厂乙烯装置 1983.3
2螺杆压缩机操作手册 大庆乙烯联合化工厂乙烯装置1983.4