氯氣壓縮裝置的控制要點及異常情況處理

尹新民，張新芝，程倩倩

(山東魯泰化學(xué)有限公司，山東 濟寧 272352)

在氯堿生產(chǎn)中，氯氫處理工序的主要生產(chǎn)任務(wù)是對離子膜電解槽產(chǎn)生的氯氣、氫氣進行干燥、冷卻、壓縮、輸送[1]。其中，氯氣壓縮、輸送環(huán)節(jié)的運行狀況直接影響整個氯堿系統(tǒng)裝置能否穩(wěn)定運行，抓好裝置的操作過程控制是保障安全生產(chǎn)的重要手段。

山東魯泰化學(xué)有限公司氯氫處理選用德國西門子公司生產(chǎn)的KK&K氯氣壓縮機，型號為3(2)VRZ250/430/12G。本文中簡要介紹該型號的氯氣壓縮機的原理及結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合生產(chǎn)實際對控制過程中發(fā)生的主要問題進行研究分析，提出了相應(yīng)解決方法。

1 氯氣處理流程簡介

電解槽生產(chǎn)的高溫濕氯氣首先進入氯水洗滌塔冷卻，再進入鈦管冷卻器用7 ℃水直接冷卻至11～15 ℃，經(jīng)水霧捕集器分離冷凝水后依次進入一級填料塔、二級填料塔和泡罩塔，用硫酸干燥，確保干燥后的氯氣含水體積分數(shù)小于0.02%。干燥后的氯氣經(jīng)酸霧捕集器去除氯氣中的硫酸酸霧和不潔物后，進入氯壓機的第一級，經(jīng)過初步壓縮后溫度也同時升高，然后進入一級冷卻器冷卻，冷卻后的氯氣進入氯壓機的第二級，經(jīng)二次壓縮后進入二級冷卻器進行冷卻，冷卻后的氯氣送往氯氣液化和合成爐，極少部分氯氣回流至氯氣壓縮機的一級入口，達到調(diào)節(jié)機前壓力和防止機組喘振的目的。

氯氣處理流程圖如圖1所示。

圖1 氯氣處理工藝流程圖Fig.1 Process flow of chlorine treatment

2 氯氣壓縮機的工作原理和特點

該裝置為兩級壓縮，主要由腔體、變速箱、電動機、潤滑油站、中后冷卻器構(gòu)成，采用三腔式迷宮密封，控制程序中設(shè)置了63處聯(lián)鎖控制點，吸氣/排氣壓力、排氣流量、排氣溫度、進口導(dǎo)葉閥、機組自身回流閥為關(guān)鍵聯(lián)鎖控制點，通過西門子PLC喘振控制器進行控制。

2.1 氯氣壓縮機工作原理

在壓縮機內(nèi)部，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生離心力，對氯氣做功，使氯氣具備了動能及靜壓能，通過變速箱將轉(zhuǎn)速提高至11 630 r/min，經(jīng)過一級壓縮的氯氣溫度上升，接著進入一級冷卻器，經(jīng)冷卻降溫后進入二級葉輪入口，經(jīng)二級葉輪壓縮后，進入二級冷卻器，再被輸送至后續(xù)工序。

2.2 氯氣壓縮機結(jié)構(gòu)特點

(1)該裝置配置了西門子PLC(可編程控制器)防喘振控制器。

(2)該裝置在氯氣進氣口一級葉輪的前面設(shè)置了自動可調(diào)導(dǎo)葉，導(dǎo)葉像風(fēng)扇前的擋板一樣，與軸向形成一定的角度，有正角度與負角度之分，通過調(diào)節(jié)這個角度，可實現(xiàn)減少或增加進氣量，從而控制氯氣輸送量。

(3)該裝置采用非摩擦三腔迷宮式氣體軸端密封，能夠有效避免氯氣泄漏；裝置監(jiān)控系統(tǒng)完善，運行自動化程度較高。

3 關(guān)鍵過程的操作方法

由于該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)長周期穩(wěn)定運行，在正常運行期間，人員干預(yù)操作較少，只有在計劃停車、負荷調(diào)整等特殊情況下才會組織人員進行開、停機或并機等關(guān)鍵操作。針對部分關(guān)鍵操作過程，筆者制定出相應(yīng)的操作方法。

3.1 避免氯氮壓差達到高高或低低聯(lián)鎖值的操作

啟動氯氣壓縮機前，保證進氣總管氮氣壓力15 kPa，氯氣壓縮機進口、出口閥門保持關(guān)閉狀態(tài)，廢氣閥開度保持在5%左右，回流閥設(shè)置為手動調(diào)節(jié)。啟動氯氣壓縮機時，控制充氮閥門開度，穩(wěn)定進口氯氣壓力，同時調(diào)節(jié)去事故塔的廢氯氣閥門，調(diào)節(jié)出口流量高于喘振流量，若未達到回流流量要求值，不準(zhǔn)調(diào)節(jié)回流閥，可通過廢氣閥來調(diào)節(jié)出口流量和二級出口壓力。通過以上操作可以保障氯氮壓差穩(wěn)定。

3.2 氯氣壓縮機并網(wǎng)、并機操作

根據(jù)氯氣壓縮機前氯氣總管壓力的大小，逐漸開啟一級進口閥門及導(dǎo)葉，同時根據(jù)壓力和出口流量的大小，穩(wěn)定關(guān)閉氮氣充氣閥，然后調(diào)節(jié)廢氣閥，確保電解裝置至氯氫處理工序氯氣總管內(nèi)的壓力平穩(wěn)。若氯氣進口壓力過高，可以增大廢氣閥門開度，進行調(diào)節(jié)。隨著電解槽負荷的上升，氯氣壓力、流量逐漸上升，當(dāng)氯氣流量大于喘振流量時，可通過回流閥和廢氣閥同時控制氯氣壓力和氯氣流量。當(dāng)氯氣體積分數(shù)高于85%(可液化濃度)時，把氯氣并入系統(tǒng)。若只需開啟1臺氯氣壓縮機，根據(jù)出口壓力，開啟出口閥門，出口壓力達到一定壓力時即可開啟。 若需要增開1臺氯氣壓縮機，使2臺同時使用，則根據(jù)另外1臺氯氣壓縮機出口壓力大小(即出口氯氣管道系統(tǒng)壓力)，略高于機后系統(tǒng)氯氣壓力時進行開啟，可通過降低廢氣閥開度、增加回流閥開度增加氯氣壓力，同時確保機前氯氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定。當(dāng)壓力提升到規(guī)定要求時，逐漸開啟氯壓機后氯氣總管閥門，同時降低廢氣閥門開度，根據(jù)機前總管壓力大小，逐步關(guān)閉廢氣閥。根據(jù)氯氣純度上升情況，通過單機回流閥來控制前、后系統(tǒng)氯氣壓力，實現(xiàn)2臺氯氣壓縮機并機使用。開機或并機期間，要特別注意各項工藝參數(shù)的變化，若無法實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，可立即進行手動操作，通過人為干預(yù)，防止氯氣壓縮機異常停車。

4 氯氣壓縮機常見故障分析

4.1 氯氣壓縮機喘振

喘振現(xiàn)象表現(xiàn)為：①氯氣壓力大幅波動；②氯氣壓縮機電流大幅波動；③現(xiàn)場機組噪聲大并伴隨顫抖。

發(fā)生喘振的原因及解決辦法如下。

(1)機組氯氣進氣量小，流量達到喘振極限值。解決方法：增加回流閥開度，通過氯氣回流滿足運行流量。

(2)機后壓力過高，造成氣體輸送困難。此時應(yīng)該增加廢氣閥開度，降低機后氯氣壓力。

(3)氯氣純度過低，機組不載負荷。此時應(yīng)延長置換時間或查找純度過低的原因。

喘振現(xiàn)象會造成氯氣系統(tǒng)壓力波動及氯氣壓縮機的損壞[2]?？刂拼竦臅r間越短越好，一般在2～3 min內(nèi)，若喘振時間過長，對氯氣壓縮機轉(zhuǎn)子影響較大，會發(fā)生裝置振動，損壞設(shè)備；喘振時可聽到喘動的聲音，與正常聲音區(qū)別很大，此時手動開啟或遙控開啟本機回流閥即可。一級進口管道、過濾器、中間冷器管道和設(shè)備通道阻力大，也會發(fā)生透平機喘振。 必須嚴格控制工藝指標(biāo)，防止喘振現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 密封氣和氯氮壓力聯(lián)鎖跳停

氯氣壓縮機在構(gòu)造上采用了三級迷宮密封，利用惰性氣體氮氣進行密封。為了能夠有效密封氯氣，工藝上利用氯氣壓縮機氮氣管線上的自動控制調(diào)節(jié)閥來控制氮氣壓力始終高于氯氣壓力，二者氣體壓差控制在18 kPa。為了防止因密封氣流量低，密封不嚴造成氯氣外漏和油路系統(tǒng)受損，氯壓機專門設(shè)置了密封氣流量保護聯(lián)鎖，≤4 m3/h時氯壓機將跳觸動聯(lián)鎖值跳停。如運行時氯氣壓縮機的進口壓力出現(xiàn)正壓或機組輸送氯氣壓力過高，氯氮壓差均會受到影響。出現(xiàn)此情況時，機組做功將降低，機組憋壓。氯氮壓差自動控制閥為了保證氯氮壓差平衡，自動控制氮氣的閥門會逐漸減小開度甚至關(guān)閉，這樣密封氣流量及氯氮壓差就會觸動聯(lián)鎖停機。運行中始終保持一二級密封氣壓力高于氯氣壓力。氯氮壓差對密封氣的影響很大，氯氮壓差降低一二級密封氣流量跟隨降低，最后觸動聯(lián)鎖停車，在實際操作中，出現(xiàn)情況最多的是氯氮壓差波動大，觸動高高和低低聯(lián)鎖。因此必須嚴格控制氯氮壓差在4～60 m3/h規(guī)定范內(nèi)；嚴格控制總管氮氣壓力在0.4～0.7 MPa之間。操作中嚴禁氯氣壓縮機正壓運行。

開車初期，氯氣總管壓力波動較大，為了平穩(wěn)開車，會利用氮氣介質(zhì)進行開車，運行穩(wěn)定后，再緩慢切入氯氣。利用氮氣介質(zhì)開車時，防喘振閥門處于全開狀態(tài)，隨著氯氣純度逐漸提高，流量達到一定值后，氯氣壓縮機的防喘振閥門開度會逐漸關(guān)小，在防喘振閥門關(guān)小的同時，調(diào)節(jié)進口導(dǎo)葉閥控制氯氣壓力，入口壓力的變化有一定的延遲性，該過程較難控制，容易造成氯氣壓縮機入口壓力波動，影響離子膜氯氣總管的壓力。解決方法：當(dāng)氯氣壓縮機內(nèi)的氯氣純度提高后，開始減小防喘振閥門開度，這時出口壓力升高，氯氣壓縮機進入相對穩(wěn)定的運行階段。為防止氯氣壓縮機入口壓力波動對系統(tǒng)造成影響，防喘振閥門開度自動關(guān)小前，須適度調(diào)節(jié)氯氣總回流閥門，穩(wěn)定機前壓力，可有效消除影響。

5 結(jié)語

在實際生產(chǎn)活動中，操作人員要熟練掌握氯氣壓縮機的性能和開、停車注意事項，優(yōu)化、創(chuàng)新操作方法和步驟，確保氯氣壓縮機的長期、安全、穩(wěn)定運行。