氯氣輸送節(jié)能改造總結(jié)

胡智勇，鄭陽(yáng)偉

（乳源東陽(yáng)光電化廠，廣東 韶關(guān)512700）

乳源東陽(yáng)光電化廠擁有25.5萬(wàn)t/a離子膜燒堿生產(chǎn)能力，其中一期5.5萬(wàn)t/a，二期20萬(wàn)t/a。2008年剛建二期生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)為16萬(wàn)t/a的離子膜燒堿，配套2臺(tái)8萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)，但使用效果不佳，且無(wú)備用機(jī)組，故又新增1臺(tái)10萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/3 680）的氯氣透平壓縮機(jī)。2016年因2臺(tái)8萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)（單臺(tái)主電機(jī)500 kW）電耗過(guò)高，將其中1臺(tái)替換成17萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機(jī)。2018年在二期裝置中增加2臺(tái)2萬(wàn)t/a離子膜電解槽，燒堿產(chǎn)能達(dá)到20萬(wàn)t/a，為此將另1臺(tái)8萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)替換成22萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機(jī)。

1 氯氣透平壓縮機(jī)運(yùn)行情況

原配套2臺(tái)8萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)，為單軸封閉式葉輪四級(jí)壓縮機(jī)，由于四級(jí)壓縮，輸送壓力較高，達(dá)到0.35 MPa，主電機(jī)額定功率為500 kW/臺(tái)，2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)實(shí)際消耗可達(dá)900 kW。油站更換一次潤(rùn)滑油，需要8桶170 kg的32#汽輪機(jī)油，配套2臺(tái)35 kW的油泵，油泵1開1備，強(qiáng)制供油，而且還設(shè)置油高位槽[1]。整機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修不便。振動(dòng)、位移、溫度和壓力的探測(cè)點(diǎn)繁多，23個(gè)聯(lián)鎖停車點(diǎn)，只要有一個(gè)聯(lián)鎖點(diǎn)不達(dá)標(biāo)就會(huì)停機(jī)。該機(jī)組操作復(fù)雜，正常操作需要一樓、二樓、操作間各1人，占地面積大，需要兩層樓，土建及安裝費(fèi)用高。

考慮原配套2臺(tái)某廠家的8萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)各種弊端，公司決定更換成杭州陽(yáng)光集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的17萬(wàn)t/a的氯氣透平壓縮機(jī)，該機(jī)組為單軸封閉式三元流葉輪兩級(jí)壓縮機(jī)，輸送壓力可達(dá)到0.25 MPa，設(shè)計(jì)流量6 800 m3/h，完全滿足生產(chǎn)需要，電機(jī)額定功率為500 kW/臺(tái)，將15萬(wàn)t/a離子膜燒堿產(chǎn)生的氯氣帶完只需要450 kW，計(jì)入油泵動(dòng)力，機(jī)組比原用壓縮機(jī)可降低一半電耗[2]。機(jī)組的油箱只需3桶170 kg的32#汽輪機(jī)油，機(jī)組配套一個(gè)3 kW的輔助油泵，主油泵與主機(jī)輸入軸直聯(lián)，由主電機(jī)提供動(dòng)力。氯氣透平壓縮機(jī)未運(yùn)行時(shí)，由輔助油泵供油；氯氣透平壓縮機(jī)運(yùn)行后，由主油泵供油，輔助油泵自動(dòng)停止工作，可節(jié)省油泵能耗，可有效避免失電時(shí)壓縮機(jī)缺油。主機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，每級(jí)壓縮缸體均可單獨(dú)拆檢，維修方便，便于搶修，維修費(fèi)用低。為保障生產(chǎn)，振動(dòng)、位移、溫度和壓力等在可靠探測(cè)基礎(chǔ)上對(duì)小概率低危害事件的聯(lián)鎖適當(dāng)精簡(jiǎn)。該機(jī)組操作簡(jiǎn)單，只需要一樓和操作間各1人操作即可。整機(jī)投資費(fèi)用較低，主機(jī)釆用撬塊集裝式設(shè)計(jì)，單層廠房布置，布局緊湊、占地面積小，設(shè)備閥門都在一樓。

17萬(wàn)t/a氯氣透平壓縮機(jī)相關(guān)參數(shù)：（1）工藝設(shè)計(jì)參數(shù)。輸送介質(zhì)為氯氣，氯氣純度≥96%；入口溫度≤30℃；入口壓力0.085 MPa（絕壓）；出口壓力0.35 MPa（絕壓）；氯氣含水＜100×10-6；流量6 800 m3/h（平衡燒堿能力17萬(wàn)t/a）。（2）機(jī)組型號(hào)LYJⅢ-0.35/6 800。單臺(tái)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 氯氣透平壓縮機(jī)主要參數(shù)

機(jī)組投入運(yùn)行后，將二期16萬(wàn)t/a離子膜燒堿產(chǎn)生的氯氣全部帶完，且還有42%（指回流閥開度，下同）的回流，電流在35 A（10 kV，下同）左右，各參數(shù)運(yùn)行正常，截至2017年4月在公司已連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月，主要運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 氯氣透平壓縮機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)

從生產(chǎn)實(shí)際看，該機(jī)組已滿足了目前20萬(wàn)t/a燒堿的氯氣輸送。從機(jī)組的進(jìn)口閥、回流閥、氯氣系統(tǒng)大回流的開度及主機(jī)運(yùn)行的電流看，該機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)能力可達(dá)到25萬(wàn)t/a燒堿。從高速軸振看，機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)，比原使用機(jī)型有很大提高，可靠性也進(jìn)一步提升。

該機(jī)組操作彈性大，生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)。雖然生產(chǎn)負(fù)載很大，但能從電解槽剛開始升電流的低負(fù)荷開始就可帶氯氣，直到電解槽電流升滿，即0~20萬(wàn)t/a的任意負(fù)荷都能處理。為保證整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定，對(duì)機(jī)組內(nèi)的聯(lián)鎖條件僅投入了“油壓低聯(lián)鎖”，除該聯(lián)鎖條件外，其他參數(shù)只報(bào)警，不聯(lián)鎖。如“高速軸振”的探頭異?；驔](méi)有數(shù)據(jù)時(shí)，機(jī)組運(yùn)行正常，不會(huì)聯(lián)鎖停車，可堅(jiān)持到計(jì)劃停機(jī)檢修時(shí)更換，避免因軸振探頭的“假”信號(hào)導(dǎo)致全廠停車[3]。

目前乳源東陽(yáng)光電化廠二期生產(chǎn)系統(tǒng)有3臺(tái)氯氣透平壓縮機(jī)和4臺(tái)氯氣液化機(jī)組，可適應(yīng)不同的生產(chǎn)負(fù)荷，并有足夠的備用機(jī)組，可根據(jù)氯氣的產(chǎn)量，采用最優(yōu)的搭配方案，降低機(jī)組電耗。

2 相關(guān)管道節(jié)能改造

隨著氯堿市場(chǎng)的逐步好轉(zhuǎn)，為滿足廣東市場(chǎng)的需要，2020年乳源東陽(yáng)光電化廠應(yīng)當(dāng)?shù)啬茉垂芾硪螅档蜔龎A單位產(chǎn)品綜合能耗，計(jì)劃用17萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/6800）的氯氣透平壓縮機(jī)裝置改進(jìn)帶20萬(wàn)t/a離子膜燒堿的氯氣，改進(jìn)情況如下。

2.1 加大氯氣壓縮機(jī)組管道口徑

氯氣透平壓縮機(jī)組管道口徑改進(jìn)前后參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 氯氣透平壓縮機(jī)組管道口徑改進(jìn)前后參數(shù)

由表3可知，將氯氣透平壓縮機(jī)的入口管道由DN350擴(kuò)大至DN600，入口閥門由原來(lái)的截止閥改成蝶閥；出口管道由DN250擴(kuò)大至DN350。改進(jìn)后，氯氣透平壓縮機(jī)入口壓力上升，出口壓力下降，將20萬(wàn)t/a離子膜燒堿產(chǎn)生的氯氣全部帶完。

2.2 改進(jìn)氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾網(wǎng)

氯氣透平壓縮機(jī)是一種葉片式高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，憑借葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，使氣體受到離心力的作用產(chǎn)生壓力。為防止管道內(nèi)的物體打壞葉片，在氯氣透平壓縮機(jī)組入口處增加錐形過(guò)濾器[4]，該過(guò)濾器可以克服現(xiàn)有技術(shù)所述的傳統(tǒng)的錐形過(guò)濾器過(guò)濾阻力大，過(guò)濾效率低的問(wèn)題，是一種過(guò)濾阻力小，過(guò)濾效率高，且使用方便的立體錐形過(guò)濾器。

該錐形過(guò)濾器包括錐形主體、導(dǎo)流件及安裝件；錐形主體包括閉口端和開口端；導(dǎo)流件設(shè)于錐形主體的閉口端上；安裝件設(shè)于所述錐形主體的開口端上；錐形主體上設(shè)有若干個(gè)第一漏孔；錐形主體的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)表面呈曲面的導(dǎo)流徑向條[5]。使用時(shí)，將錐形過(guò)濾器置于兩片管道法蘭之間，通過(guò)擰緊法蘭將整個(gè)過(guò)濾器安裝在管道內(nèi)，且導(dǎo)流件朝向過(guò)濾介質(zhì)的來(lái)流方向，管道內(nèi)的液體流經(jīng)過(guò)濾器后，錐形主體閉口端的導(dǎo)流件可對(duì)液體起到良好的導(dǎo)流效果，減少過(guò)濾器的阻力，液體內(nèi)的顆粒無(wú)法通過(guò)第一漏孔的被截留下來(lái)，且過(guò)濾的顆粒撞擊在導(dǎo)流徑向條上時(shí)，由于導(dǎo)流徑向條的表面呈曲面，顆粒沿切點(diǎn)沿線滑過(guò)，并非直接撞擊錐形主體，可減少過(guò)濾的阻力，極大提高了過(guò)濾效率。將該過(guò)濾器適當(dāng)改進(jìn)以減小阻力，改造情況見(jiàn)表4。

表4 氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)氣過(guò)濾網(wǎng)改造前后參數(shù)

針對(duì)錐形過(guò)濾器各種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)該過(guò)濾器申請(qǐng)了專利。

2.3 優(yōu)化潤(rùn)滑油管路，降低油箱溫度，節(jié)約冷卻用水

氯氣透平壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油管路是從底座油箱出來(lái)，經(jīng)軸頭泵或輔助油泵加壓達(dá)到210 kPa左右，經(jīng)過(guò)油冷卻器冷卻后將油溫降至35℃，再經(jīng)過(guò)油過(guò)濾器過(guò)濾后輸送至齒輪箱，潤(rùn)滑油將齒輪的熱量帶回底座油箱。如果油壓高于180 kPa，在油冷卻器與底座油箱之間有一條單相回流管，潤(rùn)滑油將通過(guò)該單相回流管回至底座油箱，這部分潤(rùn)滑油未經(jīng)過(guò)油冷卻器，長(zhǎng)期循環(huán)會(huì)導(dǎo)致底座油箱的潤(rùn)滑油溫度達(dá)到60℃左右。

理論上降低底座油箱的潤(rùn)滑油溫度，即可減少油冷卻器的冷卻用水。為此將潤(rùn)滑油的單相回流管改至油冷卻器與油過(guò)濾器之間，使回流至底座油箱的潤(rùn)滑油都經(jīng)過(guò)油冷卻器降至35℃，35℃的潤(rùn)滑油與經(jīng)齒輪箱的高溫潤(rùn)滑油混合后達(dá)到40℃左右。

3 節(jié)能改造效果

（1）從該氯氣透平壓縮機(jī)改造后的運(yùn)行參數(shù)可以看出，用17萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機(jī)將20萬(wàn)t/a離子膜電解槽產(chǎn)生的氯氣全部帶完，22萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機(jī)可作為備用設(shè)備。

（2）二期20萬(wàn)t/a離子膜燒堿產(chǎn)生的氯氣用17萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機(jī)帶完，與22萬(wàn)t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機(jī)相比，節(jié)電情況見(jiàn)表5。

表5 氯氣透平壓縮機(jī)相關(guān)參數(shù)對(duì)比和費(fèi)用節(jié)省情況

（3）將氯氣透平壓縮機(jī)組所屬管道加大，減少了流體阻力。將入口的過(guò)濾網(wǎng)改進(jìn)后，既能過(guò)濾掉有害雜質(zhì)，保證機(jī)組安全，又能進(jìn)一步減少阻力[6]。故改進(jìn)后有利于充分發(fā)揮氯氣透平壓縮機(jī)的輸送能力，改善設(shè)備運(yùn)行狀況，節(jié)約電力費(fèi)用，對(duì)比情況見(jiàn)表6。

表6 氯氣透平壓縮機(jī)改造前后能耗對(duì)比和節(jié)省費(fèi)用

（4）優(yōu)化氯氣透平壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油管路，油箱溫度由60℃降至40℃，以前油溫偏高，油質(zhì)惡化，影響潤(rùn)滑效果，現(xiàn)在油溫油質(zhì)可滿足設(shè)備需求。同時(shí)供油溫度，高速軸前、后軸承溫度，輸入軸前、后軸承溫度也有所下降[7]，降低了設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了設(shè)備使用壽命。油冷卻器的冷凍水閥門只開少許即可，電耗大幅下降。按閥門全開DN80，關(guān)小后為DN25，流速2.5 m/s，冷凍水電耗費(fèi)用以0.6元/m3計(jì)，費(fèi)用合計(jì)為19.6萬(wàn)元/a。

（5）改造后，氯氣透平壓縮機(jī)組電消耗明顯下降，對(duì)比情況見(jiàn)表7。

表7 透平壓縮機(jī)電消耗對(duì)比表 kW·h/t（100%NaOH）

由改進(jìn)前與改進(jìn)后氯氣透平壓縮機(jī)組的折百堿電消耗對(duì)比可知，改進(jìn)后平均下降4.5 kW·h/t（100%NaOH），節(jié)能效果明顯。

4 氯氣透平壓縮機(jī)的自動(dòng)化改造

隨著人工成本逐年提高，以及國(guó)家對(duì)化工企業(yè)安全生產(chǎn)的要求越來(lái)越嚴(yán)，自動(dòng)化是化工生產(chǎn)的必然方向。氯氣透平壓縮機(jī)原設(shè)計(jì)為進(jìn)口管、回流管和出口管都是手動(dòng)閥，帶氯氣時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)人員與DCS員密切配合，現(xiàn)場(chǎng)人員操作時(shí)進(jìn)口管、回流管和出口管都要觀察氯氣透平壓縮機(jī)電流和電解槽出口的氯氣壓力，避免因閥門開度過(guò)大導(dǎo)致氯氫壓差超標(biāo)聯(lián)鎖，電解槽跳閘。

乳源東陽(yáng)光電化廠將LYJⅢ-0.35/6 800氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)行了自動(dòng)化改造，將進(jìn)口管、回流管和出口管都安裝了氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥門，所有自動(dòng)閥門的信號(hào)引入DCS的系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)組態(tài)后，氯氣透平壓縮機(jī)的運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)都可以在DCS系統(tǒng)顯示，通過(guò)數(shù)據(jù)即可對(duì)氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)控制，該方案簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定性高。

自動(dòng)化改造后，現(xiàn)場(chǎng)操作人員轉(zhuǎn)移至DCS室操作，通過(guò)運(yùn)程控制對(duì)氯氣透平壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。在DCS系統(tǒng)操作界面，可以看到氯氣透平壓縮機(jī)的入口壓力、出口壓力、電流等全部參數(shù)[8]，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)入口自動(dòng)閥、出口自動(dòng)閥、回流自動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，且自動(dòng)閥調(diào)節(jié)精度高，可避免因手動(dòng)調(diào)節(jié)不均導(dǎo)致電解槽氯氣壓力波動(dòng)過(guò)大。

圖1 透平壓縮機(jī)折百堿電消耗對(duì)比圖

5 結(jié)語(yǔ)

乳源東陽(yáng)光電化廠現(xiàn)已全部采用杭州陽(yáng)光集團(tuán)有限公司（包括利用其技術(shù)監(jiān)制，由浙江宸軒透平機(jī)制造有限公司生產(chǎn)）的氯氣透平壓縮機(jī)。其中17萬(wàn)t（LYJlll-6 800）機(jī)組在對(duì)所屬管道、進(jìn)氣濾網(wǎng)改進(jìn)及提升自動(dòng)控制水平后，具有投資節(jié)省、質(zhì)量可靠、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，符合國(guó)家的節(jié)能減排、安全環(huán)保政策，改造是成功的。氯氣透平壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行效果表明，技術(shù)成熟可靠，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x型搭配，可以有力保障生產(chǎn)，取得了良好的節(jié)能效果。