合成氨生产中往复式压缩机积碳现象的危害及防治探讨

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1、前言
在合成氨生产过程总，原料气的净化和合成都是在一定的压力条件下进行的，而担负这一重要任务的就是七级往复式压缩机。因此压缩机在氨合成工艺过程中占重要地位。压缩机的性能好坏直接影响全厂的安全生产状况，而压缩机的积碳现象直接影响着机器的正常运转。压缩机各段输入的气体，经各段前后气体净化设备时，同时将少量的硫磺颗粒、催化剂粉、硫化亚铁、油雾、润滑油裂解析出的碳、金属细小颗粒
等夹带到气体中，与气体中原来带如的回程形成压缩即席系统分散度很高的导电性粉末，粘附在压缩机各段出入管道、气阀壁、活塞体工作面、倒淋处，也会粘附在压缩机水冷器等辅助设备上，形成压缩机系统中的积碳现象。积碳现象发生在初期，机件表面为黑色，随着积碳的不断积聚，最终形成片状的硬质沉淀物。积碳是一种可燃性物质，当积累到一定厚度时，积碳层产生的热量使其内部温度高于自燃温度时，就可能引起自燃和爆炸。压缩机在正常生产时，虽然不可避免的有积碳现象，但当氧含量不超过0.2%，控制操作温度、操作压力不超过不超过限定值，积碳就不会自燃，更不会爆炸。尽管如此，积碳在压缩机系统中也是不安定因素。
2、积碳的危害
合成氨生产中压缩机积碳的危害主要分为两种情况：
2．1压缩机正常生产时的危害
（1）当积碳粘附在压缩机各段出入口管路上时，将使气体通道面积减少，气流阻力增大，压缩机的功耗也相应增加，造成吸气量减少，影响压缩机的生产能力，使其性能下降。
（2）当积碳粘附在阀座、阀片上时，将使气阀密封不严，吸气时将刚排出的高温气体吸入气缸，使排气温度升高，阀片、气阀弹簧在高温作用下加速膨胀变形。在快速吸排气时，将猛烈撞击阀座，使阀片、气阀弹簧、阀座的磨损加剧，降低这些零件的使用寿命，减少机组出气。
（3）当积碳存在于活塞环、活塞体工作面时，可导致活塞在气缸内卡死，造成事故。
（4）当积碳存在气缸内，将使压缩机的余隙减小，影响压缩机的排气量。当积碳过多时，将使气阀损坏，增加维修费用。
（5）当积碳现象存在于倒淋处时，将导致倒淋阻塞，使油水分离器内液位升高，降低分离效果，若将积碳带到下一级气缸，影响压缩机的生产能力。
（6）当积碳存在于压缩机的水冷器上时，将堵塞气流通道，使换热效率下降、能耗上升、清理维护费用增高。
2．2空气试车的危害
压缩机空气试车的工作介质一般为水煤气或半水煤气。由于空气较重，2/3的空气负荷就相当于工作介质的满负荷。在进行空气试车时，如果在水冷器和各段气体出口处有大量积碳时，提压和卸压速度有很快，压力超过工作介质设计压力的2/3，氧含量剧增，氧化作用增强，硫化亚铁、硫磺颗粒和碳粉等可燃性物质迅速氧化而生成一氧化碳、二氧化碳、二硫化碳，放出的热量大量积存于积碳中，使其温度升高，当达到自燃点时，积碳自燃，有时可将设备、管道烧红。当生成的一氧化碳和油雾、油气浓度达到爆炸极限时，发生爆炸，将其出口管、水冷器炸毁。
3、积碳的形成
（1）来自造气工段的硫磺颗粒。原料煤中含有极少量的硫磺颗粒，这部分颗粒不能完全转换成硫化物，仍有极少数的随气流进入下一工序。如果净化过程不能完全除去，将会进入压缩机系统的一段和二段，高温气体使其粘附管路、阀门、水冷装置等处（通常在一段和二段的进出口气阀处可看到沥青状的黑色物质）。
（2）来自于变换的催化剂粉末。在生产过程中，无论是低变、还是中变用催化剂，都会有极少量的催化剂粉末随气流进入压缩机系统，粘附于三段、四段管路、阀门等处。由于量很少，只对空气试车带来危害。
（3）来自于硫化亚铁。从造气过来的原料气中含有1-6mg/m 的硫化氢气体，在气体输送时会腐蚀设备管道，产生硫化亚铁固体。另外煤在堆放时，由于湿润，煤中的硫化铁被空气中的氧氧化成硫化亚铁。它将在高温气体的作用下，粘附与压缩机系统中。
（4）来自于细小的金属颗粒。压缩机在工作过程中，由于活塞在气缸做往复运动，相互摩擦而产生细小金属颗粒。如果入口气体中带进了固体杂质，会对气缸、活塞端面造成刮伤而产生金属颗粒。这些颗粒也会在高温气体的作用下粘附于系统中。
（5）来自于润滑油。积碳是润滑油本身的特性。当排气温度过高时，润滑油中轻馏分将受热、气化形成油雾，并迅速氧化成不溶解于油的氧化物浮渣，与吸入气体中粉尘和金属磨屑等聚合在一起，呈沥青和硬制煤状的碳化物，沉积在机件表面形成积碳。
（6）来自工艺气体中夹带的灰尘。从造气出来的原料气中，虽经过了水洗塔洗涤、静电除焦除尘等净化，仍然还有少量的灰尘，进入压缩系统形成积碳。
4、预防积碳的措施
（1）对硫磺颗粒形成的积碳，可以通过改变脱硫工艺和及时更换用于脱硫的焦碳、活性碳等手段，尽量把硫磺除去，最低限度保证硫磺含量不超过工艺要求。
（2）对催化剂粉末形成的积碳，在开车前应彻底吹净。在正常生产中经常加强倒淋的排放来解决。
（3）对硫化亚铁形成的积碳，最根本的办法是脱除硫化氢。可在精脱硫段设置一个水解脱硫槽，把硫化氢和硫磺颗粒一并脱除，减少硫化氢气体对设备管道的腐蚀，减少硫化亚铁的生成。也可通过经常打开倒淋，定期清除的方法来排除。
（4）对细小金属颗粒形成的积碳，通过保证润滑系统的畅通，定期切换滤油器，经常查看和分析润滑油含水量和杂质，当不符合规定时要及时更换新油，以保证活塞与气缸之间有良好的润滑效果，减少机器各部件之间的相互摩擦产生的细小的金属颗粒。生产中通常在压缩机下段吸入口安装一个过滤器，以防止气流中带来的固体颗粒进入下段气港产生刮伤。
（5）对润滑油带来的积碳，应选择压缩机专用润滑油，保证粘度和闪点温度高于排气温度20-25℃。在正常生产中控制排气温度不能过高，以保证润滑油不超温运行。
（6）对工艺夹带的灰尘形成的积碳，可改变压缩系统的流程来完成。从脱硫来的气体通过洗气塔、焦碳过滤器后，再在压缩机入口管路上加装一静电除尘器和洗气塔，从而有效地控制了灰尘进入压缩机系统。
（7）为了防止空气试车发生积碳爆炸，在试车前必须对压缩机系统积碳彻底的清除，并控制压力不超过20MPa，提压和卸压时要缓慢。当有条件时可用氮气试车。
5、结束语
总而言之，积碳在氨合成压缩机系统的存在是有百害而无一利，它随时威胁着压缩即席的正常运转，给生产带来很大危害。唯有效地预防，及时处理，才能保证设备长期稳定的运行，保证安全生产，获得优质、高效的产品。

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