FZA250-4400BC型熱水泵冷卻水系統改造

趙忠峰

(新疆兵團現代綠色氯堿化工工程研究中心(有限公司),新疆 石河子 832000)

PVC是重要的有機合成材料，廣泛用于工業、建筑、農業、日用生活、包裝、電力、公用事業等領域。從產品分類看，PVC屬于三大合成材料(合成樹脂、合成纖維、合成橡膠)中的合成樹脂類，全球產銷量僅次于聚乙烯，我國是全球最大的PVC生產和消費國。

在電石法PVC生產工藝中，氯化氫和乙炔在轉化器內發生乙炔氫氯化反應合成氯乙烯是整個工藝的核心部分。轉化器是PVC生產過程中的關鍵設備，而熱水泵又是給轉化器提供熱水循環能量的動力設備，對轉化器的穩定運行起著保駕護航的作用。

1 系統介紹

新疆天業(集團)有限公司所用的FZA250-4400BC型熱水泵由新疆蘭泵節能科技有限公司生產，為滿足熱水溫度95～140 ℃的工藝控制要求，該熱水泵機械密封冷卻水系統設計相對比較復雜，廠家設計了2路冷卻水系統，全部采用一次水作為冷卻介質。一路冷卻水進入機械密封冷卻室，冷卻完機械密封后，與熱水泵進口的介質——95～140 ℃軟水進行混合；另一路冷卻水冷卻完軸承以后，直接外排至廢水池，未進行循環利用。由于一次水壓力大部分時間低于0.4 MPa,冷卻機械密封的冷卻水難以進入機械密封冷卻室，造成機械密封冷卻不徹底，影響機械密封的使用壽命。為提高一次水的壓力，新增1臺增壓泵，達到了冷卻機械密封的目的。

2 運行中發現的問題

新疆天業(集團)有限公司共計安裝2臺該型號熱水泵，自2013年投入運行以來，其與其他型號的熱水泵相比有許多優點。但是經過近3年的運行實踐證明，該冷卻水系統仍存在不足之處，詳細描述如下。

(1)一路一次水冷卻機械密封，從冷卻水管進入熱水泵進口管路，與熱水泵進口管內的95～140 ℃軟水進行混合，容易降低軟水的純度，增加軟水的硬度，造成軟水的水質變差，同時還會導致熱水槽內軟水液位上升。為防止熱水槽液位升高，須經常排出熱水槽中的軟水以降低液位，從而造成軟水中的高溫阻垢緩蝕劑濃度逐漸降低。為提高高溫阻垢緩蝕劑的濃度，須重新進行補加，造成藥劑的浪費。

(2)另一路一次水冷卻熱水泵軸承，從熱水泵冷卻水進口管進入，再從熱水泵冷卻水出口管流出，直接排入廢水池，中和至中性后打入排水地溝，未進行回收利用，造成一次水和軟水的浪費，運行成本高昂。

(3)現場操作人員在維護生產裝置正常運行的同時，還須承擔熱水槽排水和廢水池排廢水的工作，勞動強度較大。

(4)若機械密封冷卻水系統出現故障，會造成FZA250-4400BC型熱水泵運行不穩定，導致氯乙烯合成工段轉化器熱水循環中斷，使PVC裝置生產負荷降低，影響PVC產量達標。

(5)FZA250-4400BC型熱水泵冷卻系統的缺陷主要在于生產廠家設計機械密封冷卻水系統時未考慮到冷卻介質會與工藝介質混合，容易造成熱水泵內的軟水水質變差，影響轉化器的正常使用，同時未考慮到會造成一次水、軟水和高溫阻垢緩蝕劑的浪費。

3 改進方案

板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進行熱量交換，板式換熱器是液-液、液-氣進行熱交換的理想設備，具有換熱效率高、熱損失小、結構緊湊輕巧、占地面積小、應用廣泛、使用壽命長等特點，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數比管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3[1]，熱回收率可高達90%以上。經過分析研究后，新疆天業(集團)有限公司決定調撥1臺閑置的板式換熱器冷卻熱水泵內的95～140 ℃軟水，冷卻后的軟水再對機械密封進行冷卻，然后進入熱水泵進口管路，與熱水泵的進口軟水進行混合，最終實現自身密閉循環，達到冷卻機械密封的目的，并優化了設備的冷卻方式，節約了軟水、一次水和高溫阻垢緩蝕劑的使用量。熱水泵冷卻水系統改造前后的方案如圖1、圖2、圖3所示。

(1)采用板式換熱器對熱水泵機械密封冷卻水系統進行改造。從生產系統零解吸工段循環水上水總管引出一路DN25循環水，通過板式換熱器將從熱水泵引出的一路管徑為DN25管道內的95～140 ℃熱水進行冷卻，降溫后的熱水進入熱水泵，用于冷卻機械密封，然后進入熱水泵進口與熱水混合。冷卻后的循環水通過DN25管線返回至零解吸工段循環水回水總管。機械密封冷卻水和循環水都可以實現密閉循環利用。

圖1 改造前機械密封冷卻水系統簡圖Fig.1 Diagram of unimproved mechanical seal cooling water system

圖2 改造后軸承冷卻水系統簡圖Fig.2 Improved bearing cooling water system

圖3 改造后機械密封冷卻水系統簡圖Fig.3 Diagram of improved mechanical seal cooling water system

(2)熱水泵房外設置1個軟水罐，通過立式增壓泵將軟水罐中的軟水輸送至熱水泵泵殼，對熱水泵軸承進行冷卻，冷卻后的軟水通過橡膠軟管返回軟水罐實現密閉循環使用。根據初步試驗的結果，使用效果良好。

4 改進的可行性分析

改進后的熱水泵冷卻系統可以實現一次水、軟水的密閉循環利用，避免高溫阻垢緩蝕劑的浪費；減少熱水槽排出軟水和廢水池打廢水的次數，降低操作人員的勞動強度；降低一次水、軟水和高溫阻垢緩蝕劑的用量，降低生產裝置的運行成本；避免一次水和熱水槽中軟水的混合，同時可以提高熱水槽中軟水的水質，而且機械密封冷卻水和軸承冷卻水的溫度都可以滿足低于90 ℃的控制溫度要求，保證熱水泵和轉化器的運行安全，確保PVC生產系統的正常生產[2]。

5 改進后的效果分析

實際運行效果證明，采用改造后的冷卻系統，徹底取消了熱水槽排出軟水和廢水池打廢水的操作，降低了操作人員的勞動強度，提高了勞動生產效率和裝置運行的經濟效益。

(1)水耗降低。改造后的熱水泵冷卻水系統每天減少一次水、軟水的使用量88 m3，每年減少一次水、軟水的使用量為88×30×12=31 680 (m3)。1 m3軟水成本費用為2.58元，經計算每年減少的一次水和軟水費用為：2.58×31 680=8.17(萬元)。

(2)高溫阻垢緩蝕劑用量減少。熱水槽在減少排出軟水次數的同時，可以大大降低高溫阻垢緩蝕劑的使用量，降低生產裝置運行成本，每天減少軟水的使用量8.68 m3，每年減少軟水的使用量為8.68×30×12=3 124.8 (m3)≈3 124.8 (t)，1 t軟水須加入3 kg高溫阻垢緩蝕劑，高溫阻垢緩蝕劑成本為1.8萬元/t，經計算每年減少的高溫阻垢緩蝕劑費用為3 124.8×3×1.8÷1 000≈16.87(萬元)。

(3)人工成本降低。原先運行班組每個班須配備2人進行操作，其中1人要專門負責熱水槽排水、加軟水、打廢水和補加高溫阻垢緩蝕劑的工作。實施熱水泵冷卻水系統改造方案以后，可以實現每班減員1人，4個班減員4人，每人每月人工成本為4 000元。經計算每年減少的人工成本為4×4 000×12=19.2(萬元)。

以上3項每年共計節約管理費用44.24萬元。

6 結語

FZA250-4400BC型熱水泵冷卻水系統的優化改造方案實施以后，有效降低了熱水泵運行時的物料消耗和人工管理費用，從根本上消除了設備運行的不安全因素，提高了PVC生產中氯乙烯合成工段轉化器運行的安全性、穩定性和經濟性，具有投資少、見效快、效果好、工作量小的優勢，經濟效益明顯。

[參考文獻]

[1] 劉志英.板式換熱器基本特性分析[J].工程技術與設備，2014(11):317，57．

[2] 鄒小強, 鍋爐給水泵組軸端密封循環液冷卻系統的改進[J].寧夏電力，2005(3)：34-35.