氯压机新型配置在氯碱生产中的应用

吴红忠

（焦作煤业（集团）开元化工有限责任公司，河南 焦作454191）

氯气压缩机是氯碱生产中最关键的设备之一，若氯压机出现故障停机， 会直接导致氯碱装置的全面停车。 氯压机能否正常运行直接关系到氯碱企业的稳定生产和经济效益。 焦作煤业（集团）开元化工有限责任公司20 万t/a 离子膜生产装置采用德国西门子生产的型号为STC-SH （8-4-VRZ） 氯气压缩机。该设备从2011 年投用至今，由于使用年限较长，近两年来不断出现设备故障， 导致离子膜烧碱装置停车停产， 给公司造成较大的经济损失。 为改变现状， 在原有工艺基础上配置一台国产氯气压缩机备用， 这种配置方式可有效改变由于进口氯压机产生故障而引起的长时间停车状况， 又可以减少企业设备投资，有效保障生产装置长期稳定运行。

1 氯压机的工作流程

将电解生产来的高温湿氯气通过洗涤、冷却、干燥处理后加压输送至合成岗位或氯气液化单元。

2 氯压机的结构特点及工作原理

2.1 氯压机的结构特点

该公司采用德国西门子生产的型号为STC-SH（8-4-VRZ）氯气压缩机，氯气压缩单元包括1 个四级离心式压缩机，1 个透平增速齿轮箱、1 个电动机、1 个压缩机底座、1 个增速器单元和电动机、4 个极间冷却器及连接管道、1 个润滑油系统、1 个密封气系统以及必要的检测和控制系统。 压缩机壳体采用单轴多级水平分解设计， 密封气系统采用三腔式迷宫密封， 用干燥氮气或仪表风做内部各个气室的压力补偿，并连接到吸气侧，通过调节阀门可以调节缓冲气的压力。 中间的气室将缓冲气与处理气体的混合气排到废气处理装置。

2.2 氯压机的工作原理[1]

氯气压缩机为离心式透平压缩机， 压缩机的转子在电动机的驱动下高速旋转产生离心力对氯气做功，叶轮的进口产生负压，从而将气体连续的吸入机内，气体在强大离心力的作用下，压力得到提高，同时动能也大为增加， 随后气体在扩张的流道中流动时又将这部分动能转化为静压能， 使气体的压力进一步提高，从而达到提高气体压力的目的，经过一级压缩的氯气温度、压力升高，进入一级冷却器（因为气体的压缩消耗机械能并转化为热能， 所以压缩机每一段的压缩比不能过大， 必须在级间设置中间冷却器以移除热量， 使气体体积减小以利于压缩过程的逐级进行）， 利用循环冷却水换热后将氯气冷却，然后依次进入二级、三级、四级压缩及冷却后，氯气被送至氯气液化储存及包装出售。

3 氯压机故障及影响运行的原因分析

（1）目前国内氯碱企业多以一台进口氯气压缩机为核心设备服务生产， 这种单一设备结构模式制约了氯碱装置的稳定运行， 氯压机系统一旦出现异常，直接导致氯碱生产系统运行的不稳定。

（2）氯气压缩机为原装进口设备，备件采购周期长，且采购费用和维修费用昂贵。

（3）设备本身制造精良，具有较高的可靠性和稳定性，设计时通常采用单台设计方案，但氯气系统除氯气压缩机外还有其他关联的设备和环节， 即使氯气压缩机本身没有问题， 其他设备和环节出现问题时也会导致氯气压缩机跳停。

（4）氯压机系统运行条件要求严格，联锁系统设计精密，不仅对重点参数进行报警、停车监测，还对其他的一些参数进行报警、停车监测，如轴振动、轴位移、轴承温度、流量、油压、油温等进行报警或停车。 因此会出现一些没必要的停车， 影响生产装置的正常运行。仅在2019 年就因为氯气总管自控阀仪表风管脱落、电网波动、氯压机前轴承温度高、四级冷凝器软连接短接漏、一级冷却器漏、齿轮箱油温高等导致9 次装置联锁停车， 停车时间长达328 h，严重影响生产装置的稳定运行和该公司的经济效益。

4 实施方案及优点

4.1 方案

为改变氯压机产生故障导致生产装置停车的现状， 实现生产装置长周期稳定运行的目标， 该公司20 万t/a 离子膜烧碱装置利用现氯压机房西侧空地，备用氯压机管路与原工艺管路连接， 项目完成后由一分厂氯氢处理统一管理。

4.2 优点

项目依托该公司的现有条件， 充分利用公司现有管道和设施，新增一台国产氯气压缩机备用，不仅避免了单台氯压机带来的系统停车风险， 每年装置可多运行近360 h，可有效缓解单台氯气压缩机对生产运行的压力，实现氯碱装置长期稳定运行，而且新增国产备用氯压机占地面积小， 投资资金少， 工期短、生产工艺稳定、操作能力可控、经济效益优，符合氯碱行业设备结构优化升级的新趋势。

因此新增一台国产氯气压缩机作为备机与原设计进口氯压机切换使用不仅是合理的， 而且是最经济的配置。

5 国产氯压机的优势及作用

5.1 国产氯压机的优势[2]

国产压缩机经过几十年的不断进步， 完全可以满足氯碱企业装置运行可靠性、 安全性及经济性的要求。同时国产设备备品、备件采购周期短、维修快，可有效避免因备品、 备件采购原因造成的检维修时间过长的问题， 达到降低和缩短维修时间延长设备正常运行时间的目的。国产压缩机组投资成本低，备品、备件采购费用及维修费用低，可有效降低企业的投资成本、维修成本、运行成本，增强企业的竞争力和抗风险能力。进口、国产氯气压机相关费用对比具体数据见表1。

通过采用国产氯压机为备机切换运行， 企业可有效降低生产成本，保障生产装置的长期稳定运行，提高该公司的经济效益。 其中购置成套氯压机设备即可节约设备投资近500 万元。

5.2 采用国产氯压机为备机的作用

该公司采用国产氯气压缩机作为备机与进口氯压机切换， 可实现进口压缩机与国产压缩机在氯碱行业生产中的并用，其重要作用如下。

（1）推动国产压缩机在氯碱生产中的广泛应用及国产氯压机制造技术的进步； 缩短与进口压缩机的差距。

表1 进口、国产氯气压机相关费用对比表

（2）增强生产装置连续稳定运行周期；提高企业经济效益。

（3）降低设备投资，缩短设备维修周期，减少设备维修费用，提高企业经济效益及企业的竞争力。

6 效益分析

每年可减少检维修时间15 d， 则可多生产烧碱9 000 t，液氯2 250 t，盐酸2 700 t，氢气256.5 万m3，实现产值2 340 万元（依现在市场价格为依据）。

7 结论

通过全面的综合性分析， 采用新增国产氯压机做为备机切换运行， 当运行压缩机出现异常时立即更换备用压缩机，待检修正常后作为备机备用，通过这一优化配置可确保20 万t/a 离子膜生产装置长期稳定运行， 符合氯碱企业设备结构优化升级和发展趋势，有利于该公司实现生产装置长期化、稳定化、安全化、效益最大化的根本目标。