氯氣輸送節能改造總結

胡智勇，鄭陽偉

（乳源東陽光電化廠，廣東 韶關512700）

乳源東陽光電化廠擁有25.5萬t/a離子膜燒堿生產能力，其中一期5.5萬t/a，二期20萬t/a。2008年剛建二期生產系統時為16萬t/a的離子膜燒堿，配套2臺8萬t/a氯氣透平壓縮機，但使用效果不佳，且無備用機組，故又新增1臺10萬t/a（LYJⅢ-0.35/3 680）的氯氣透平壓縮機。2016年因2臺8萬t/a氯氣透平壓縮機（單臺主電機500 kW）電耗過高，將其中1臺替換成17萬t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機。2018年在二期裝置中增加2臺2萬t/a離子膜電解槽，燒堿產能達到20萬t/a，為此將另1臺8萬t/a氯氣透平壓縮機替換成22萬t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機。

1 氯氣透平壓縮機運行情況

原配套2臺8萬t/a氯氣透平壓縮機，為單軸封閉式葉輪四級壓縮機，由于四級壓縮，輸送壓力較高，達到0.35 MPa，主電機額定功率為500 kW/臺，2臺同時運行時實際消耗可達900 kW。油站更換一次潤滑油，需要8桶170 kg的32#汽輪機油，配套2臺35 kW的油泵，油泵1開1備，強制供油，而且還設置油高位槽[1]。整機結構復雜，維修不便。振動、位移、溫度和壓力的探測點繁多，23個聯鎖停車點，只要有一個聯鎖點不達標就會停機。該機組操作復雜，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，土建及安裝費用高。

考慮原配套2臺某廠家的8萬t/a氯氣透平壓縮機各種弊端，公司決定更換成杭州陽光集團有限公司生產的17萬t/a的氯氣透平壓縮機，該機組為單軸封閉式三元流葉輪兩級壓縮機，輸送壓力可達到0.25 MPa，設計流量6 800 m3/h，完全滿足生產需要，電機額定功率為500 kW/臺，將15萬t/a離子膜燒堿產生的氯氣帶完只需要450 kW，計入油泵動力，機組比原用壓縮機可降低一半電耗[2]。機組的油箱只需3桶170 kg的32#汽輪機油，機組配套一個3 kW的輔助油泵，主油泵與主機輸入軸直聯，由主電機提供動力。氯氣透平壓縮機未運行時，由輔助油泵供油；氯氣透平壓縮機運行后，由主油泵供油，輔助油泵自動停止工作，可節省油泵能耗，可有效避免失電時壓縮機缺油。主機結構簡單，每級壓縮缸體均可單獨拆檢，維修方便，便于搶修，維修費用低。為保障生產，振動、位移、溫度和壓力等在可靠探測基礎上對小概率低危害事件的聯鎖適當精簡。該機組操作簡單，只需要一樓和操作間各1人操作即可。整機投資費用較低，主機釆用撬塊集裝式設計，單層廠房布置，布局緊湊、占地面積小，設備閥門都在一樓。

17萬t/a氯氣透平壓縮機相關參數：（1）工藝設計參數。輸送介質為氯氣，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t/a）。（2）機組型號LYJⅢ-0.35/6 800。單臺主要參數見表1。

表1 氯氣透平壓縮機主要參數

機組投入運行后，將二期16萬t/a離子膜燒堿產生的氯氣全部帶完，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，各參數運行正常，截至2017年4月在公司已連續運行12個月，主要運行數據見表2。

表2 氯氣透平壓縮機運行數據

從生產實際看，該機組已滿足了目前20萬t/a燒堿的氯氣輸送。從機組的進口閥、回流閥、氯氣系統大回流的開度及主機運行的電流看，該機組實際生產能力可達到25萬t/a燒堿。從高速軸振看，機組運行相當平穩，比原使用機型有很大提高，可靠性也進一步提升。

該機組操作彈性大，生產適應性強。雖然生產負載很大，但能從電解槽剛開始升電流的低負荷開始就可帶氯氣，直到電解槽電流升滿，即0~20萬t/a的任意負荷都能處理。為保證整個生產系統的穩定，對機組內的聯鎖條件僅投入了“油壓低聯鎖”，除該聯鎖條件外，其他參數只報警，不聯鎖。如“高速軸振”的探頭異常或沒有數據時，機組運行正常，不會聯鎖停車，可堅持到計劃停機檢修時更換，避免因軸振探頭的“假”信號導致全廠停車[3]。

目前乳源東陽光電化廠二期生產系統有3臺氯氣透平壓縮機和4臺氯氣液化機組，可適應不同的生產負荷，并有足夠的備用機組，可根據氯氣的產量，采用最優的搭配方案，降低機組電耗。

2 相關管道節能改造

隨著氯堿市場的逐步好轉，為滿足廣東市場的需要，2020年乳源東陽光電化廠應當地能源管理要求，降低燒堿單位產品綜合能耗，計劃用17萬t/a（LYJⅢ-0.35/6800）的氯氣透平壓縮機裝置改進帶20萬t/a離子膜燒堿的氯氣，改進情況如下。

2.1 加大氯氣壓縮機組管道口徑

氯氣透平壓縮機組管道口徑改進前后參數見表3。

表3 氯氣透平壓縮機組管道口徑改進前后參數

由表3可知，將氯氣透平壓縮機的入口管道由DN350擴大至DN600，入口閥門由原來的截止閥改成蝶閥；出口管道由DN250擴大至DN350。改進后，氯氣透平壓縮機入口壓力上升，出口壓力下降，將20萬t/a離子膜燒堿產生的氯氣全部帶完。

2.2 改進氯氣透平壓縮機進氣過濾網

氯氣透平壓縮機是一種葉片式高速旋轉機械，憑借葉輪的高速旋轉，使氣體受到離心力的作用產生壓力。為防止管道內的物體打壞葉片，在氯氣透平壓縮機組入口處增加錐形過濾器[4]，該過濾器可以克服現有技術所述的傳統的錐形過濾器過濾阻力大，過濾效率低的問題，是一種過濾阻力小，過濾效率高，且使用方便的立體錐形過濾器。

該錐形過濾器包括錐形主體、導流件及安裝件；錐形主體包括閉口端和開口端；導流件設于錐形主體的閉口端上；安裝件設于所述錐形主體的開口端上；錐形主體上設有若干個第一漏孔；錐形主體的外側設有若干個表面呈曲面的導流徑向條[5]。使用時，將錐形過濾器置于兩片管道法蘭之間，通過擰緊法蘭將整個過濾器安裝在管道內，且導流件朝向過濾介質的來流方向，管道內的液體流經過濾器后，錐形主體閉口端的導流件可對液體起到良好的導流效果，減少過濾器的阻力，液體內的顆粒無法通過第一漏孔的被截留下來，且過濾的顆粒撞擊在導流徑向條上時，由于導流徑向條的表面呈曲面，顆粒沿切點沿線滑過，并非直接撞擊錐形主體，可減少過濾的阻力，極大提高了過濾效率。將該過濾器適當改進以減小阻力，改造情況見表4。

表4 氯氣透平壓縮機進氣過濾網改造前后參數

針對錐形過濾器各種優點，對該過濾器申請了專利。

2.3 優化潤滑油管路，降低油箱溫度，節約冷卻用水

氯氣透平壓縮機的潤滑油管路是從底座油箱出來，經軸頭泵或輔助油泵加壓達到210 kPa左右，經過油冷卻器冷卻后將油溫降至35℃，再經過油過濾器過濾后輸送至齒輪箱，潤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，潤滑油將通過該單相回流管回至底座油箱，這部分潤滑油未經過油冷卻器，長期循環會導致底座油箱的潤滑油溫度達到60℃左右。

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

3 節能改造效果

（1）從該氯氣透平壓縮機改造后的運行參數可以看出，用17萬t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機將20萬t/a離子膜電解槽產生的氯氣全部帶完，22萬t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機可作為備用設備。

（2）二期20萬t/a離子膜燒堿產生的氯氣用17萬t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯氣透平壓縮機帶完，與22萬t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯氣透平壓縮機相比，節電情況見表5。

表5 氯氣透平壓縮機相關參數對比和費用節省情況

（3）將氯氣透平壓縮機組所屬管道加大，減少了流體阻力。將入口的過濾網改進后，既能過濾掉有害雜質，保證機組安全，又能進一步減少阻力[6]。故改進后有利于充分發揮氯氣透平壓縮機的輸送能力，改善設備運行狀況，節約電力費用，對比情況見表6。

表6 氯氣透平壓縮機改造前后能耗對比和節省費用

（4）優化氯氣透平壓縮機的潤滑油管路，油箱溫度由60℃降至40℃，以前油溫偏高，油質惡化，影響潤滑效果，現在油溫油質可滿足設備需求。同時供油溫度，高速軸前、后軸承溫度，輸入軸前、后軸承溫度也有所下降[7]，降低了設備故障風險，提高了設備使用壽命。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，關小后為DN25，流速2.5 m/s，冷凍水電耗費用以0.6元/m3計，費用合計為19.6萬元/a。

（5）改造后，氯氣透平壓縮機組電消耗明顯下降，對比情況見表7。

表7 透平壓縮機電消耗對比表 kW·h/t（100%NaOH）

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

4 氯氣透平壓縮機的自動化改造

隨著人工成本逐年提高，以及國家對化工企業安全生產的要求越來越嚴，自動化是化工生產的必然方向。氯氣透平壓縮機原設計為進口管、回流管和出口管都是手動閥，帶氯氣時需要現場人員與DCS員密切配合，現場人員操作時進口管、回流管和出口管都要觀察氯氣透平壓縮機電流和電解槽出口的氯氣壓力，避免因閥門開度過大導致氯氫壓差超標聯鎖，電解槽跳閘。

乳源東陽光電化廠將LYJⅢ-0.35/6 800氯氣透平壓縮機進行了自動化改造，將進口管、回流管和出口管都安裝了氣動調節閥門，所有自動閥門的信號引入DCS的系統。DCS系統組態后，氯氣透平壓縮機的運行實時參數都可以在DCS系統顯示，通過數據即可對氯氣透平壓縮機進行遠程調節控制，該方案簡單易行，穩定性高。

自動化改造后，現場操作人員轉移至DCS室操作，通過運程控制對氯氣透平壓縮機進行調節。在DCS系統操作界面，可以看到氯氣透平壓縮機的入口壓力、出口壓力、電流等全部參數[8]，及時掌握設備運行狀態，通過入口自動閥、出口自動閥、回流自動閥進行調節，且自動閥調節精度高，可避免因手動調節不均導致電解槽氯氣壓力波動過大。

圖1 透平壓縮機折百堿電消耗對比圖

5 結語

乳源東陽光電化廠現已全部采用杭州陽光集團有限公司（包括利用其技術監制，由浙江宸軒透平機制造有限公司生產）的氯氣透平壓縮機。其中17萬t（LYJlll-6 800）機組在對所屬管道、進氣濾網改進及提升自動控制水平后，具有投資節省、質量可靠、自動化程度高、運行費用低等優點，符合國家的節能減排、安全環保政策，改造是成功的。氯氣透平壓縮機實際運行效果表明，技術成熟可靠，通過適當的選型搭配，可以有力保障生產，取得了良好的節能效果。