氯气输送节能改造总结

胡智勇，郑阳伟

（乳源东阳光电化厂，广东 韶关512700）

乳源东阳光电化厂拥有25.5万t/a离子膜烧碱生产能力，其中一期5.5万t/a，二期20万t/a。2008年刚建二期生产系统时为16万t/a的离子膜烧碱，配套2台8万t/a氯气透平压缩机，但使用效果不佳，且无备用机组，故又新增1台10万t/a（LYJⅢ-0.35/3 680）的氯气透平压缩机。2016年因2台8万t/a氯气透平压缩机（单台主电机500 kW）电耗过高，将其中1台替换成17万t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯气透平压缩机。2018年在二期装置中增加2台2万t/a离子膜电解槽，烧碱产能达到20万t/a，为此将另1台8万t/a氯气透平压缩机替换成22万t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯气透平压缩机。

1 氯气透平压缩机运行情况

原配套2台8万t/a氯气透平压缩机，为单轴封闭式叶轮四级压缩机，由于四级压缩，输送压力较高，达到0.35 MPa，主电机额定功率为500 kW/台，2台同时运行时实际消耗可达900 kW。油站更换一次润滑油，需要8桶170 kg的32#汽轮机油，配套2台35 kW的油泵，油泵1开1备，强制供油，而且还设置油高位槽[1]。整机结构复杂，维修不便。振动、位移、温度和压力的探测点繁多，23个联锁停车点，只要有一个联锁点不达标就会停机。该机组操作复杂，正常操作需要一楼、二楼、操作间各1人，占地面积大，需要两层楼，土建及安装费用高。

考虑原配套2台某厂家的8万t/a氯气透平压缩机各种弊端，公司决定更换成杭州阳光集团有限公司生产的17万t/a的氯气透平压缩机，该机组为单轴封闭式三元流叶轮两级压缩机，输送压力可达到0.25 MPa，设计流量6 800 m3/h，完全满足生产需要，电机额定功率为500 kW/台，将15万t/a离子膜烧碱产生的氯气带完只需要450 kW，计入油泵动力，机组比原用压缩机可降低一半电耗[2]。机组的油箱只需3桶170 kg的32#汽轮机油，机组配套一个3 kW的辅助油泵，主油泵与主机输入轴直联，由主电机提供动力。氯气透平压缩机未运行时，由辅助油泵供油；氯气透平压缩机运行后，由主油泵供油，辅助油泵自动停止工作，可节省油泵能耗，可有效避免失电时压缩机缺油。主机结构简单，每级压缩缸体均可单独拆检，维修方便，便于抢修，维修费用低。为保障生产，振动、位移、温度和压力等在可靠探测基础上对小概率低危害事件的联锁适当精简。该机组操作简单，只需要一楼和操作间各1人操作即可。整机投资费用较低，主机釆用撬块集装式设计，单层厂房布置，布局紧凑、占地面积小，设备阀门都在一楼。

17万t/a氯气透平压缩机相关参数：（1）工艺设计参数。输送介质为氯气，氯气纯度≥96%；入口温度≤30℃；入口压力0.085 MPa（绝压）；出口压力0.35 MPa（绝压）；氯气含水＜100×10-6；流量6 800 m3/h（平衡烧碱能力17万t/a）。（2）机组型号LYJⅢ-0.35/6 800。单台主要参数见表1。

表1 氯气透平压缩机主要参数

机组投入运行后，将二期16万t/a离子膜烧碱产生的氯气全部带完，且还有42%（指回流阀开度，下同）的回流，电流在35 A（10 kV，下同）左右，各参数运行正常，截至2017年4月在公司已连续运行12个月，主要运行数据见表2。

表2 氯气透平压缩机运行数据

从生产实际看，该机组已满足了目前20万t/a烧碱的氯气输送。从机组的进口阀、回流阀、氯气系统大回流的开度及主机运行的电流看，该机组实际生产能力可达到25万t/a烧碱。从高速轴振看，机组运行相当平稳，比原使用机型有很大提高，可靠性也进一步提升。

该机组操作弹性大，生产适应性强。虽然生产负载很大，但能从电解槽刚开始升电流的低负荷开始就可带氯气，直到电解槽电流升满，即0~20万t/a的任意负荷都能处理。为保证整个生产系统的稳定，对机组内的联锁条件仅投入了“油压低联锁”，除该联锁条件外，其他参数只报警，不联锁。如“高速轴振”的探头异常或没有数据时，机组运行正常，不会联锁停车，可坚持到计划停机检修时更换，避免因轴振探头的“假”信号导致全厂停车[3]。

目前乳源东阳光电化厂二期生产系统有3台氯气透平压缩机和4台氯气液化机组，可适应不同的生产负荷，并有足够的备用机组，可根据氯气的产量，采用最优的搭配方案，降低机组电耗。

2 相关管道节能改造

随着氯碱市场的逐步好转，为满足广东市场的需要，2020年乳源东阳光电化厂应当地能源管理要求，降低烧碱单位产品综合能耗，计划用17万t/a（LYJⅢ-0.35/6800）的氯气透平压缩机装置改进带20万t/a离子膜烧碱的氯气，改进情况如下。

2.1 加大氯气压缩机组管道口径

氯气透平压缩机组管道口径改进前后参数见表3。

表3 氯气透平压缩机组管道口径改进前后参数

由表3可知，将氯气透平压缩机的入口管道由DN350扩大至DN600，入口阀门由原来的截止阀改成蝶阀；出口管道由DN250扩大至DN350。改进后，氯气透平压缩机入口压力上升，出口压力下降，将20万t/a离子膜烧碱产生的氯气全部带完。

2.2 改进氯气透平压缩机进气过滤网

氯气透平压缩机是一种叶片式高速旋转机械，凭借叶轮的高速旋转，使气体受到离心力的作用产生压力。为防止管道内的物体打坏叶片，在氯气透平压缩机组入口处增加锥形过滤器[4]，该过滤器可以克服现有技术所述的传统的锥形过滤器过滤阻力大，过滤效率低的问题，是一种过滤阻力小，过滤效率高，且使用方便的立体锥形过滤器。

该锥形过滤器包括锥形主体、导流件及安装件；锥形主体包括闭口端和开口端；导流件设于锥形主体的闭口端上；安装件设于所述锥形主体的开口端上；锥形主体上设有若干个第一漏孔；锥形主体的外侧设有若干个表面呈曲面的导流径向条[5]。使用时，将锥形过滤器置于两片管道法兰之间，通过拧紧法兰将整个过滤器安装在管道内，且导流件朝向过滤介质的来流方向，管道内的液体流经过滤器后，锥形主体闭口端的导流件可对液体起到良好的导流效果，减少过滤器的阻力，液体内的颗粒无法通过第一漏孔的被截留下来，且过滤的颗粒撞击在导流径向条上时，由于导流径向条的表面呈曲面，颗粒沿切点沿线滑过，并非直接撞击锥形主体，可减少过滤的阻力，极大提高了过滤效率。将该过滤器适当改进以减小阻力，改造情况见表4。

表4 氯气透平压缩机进气过滤网改造前后参数

针对锥形过滤器各种优点，对该过滤器申请了专利。

2.3 优化润滑油管路，降低油箱温度，节约冷却用水

氯气透平压缩机的润滑油管路是从底座油箱出来，经轴头泵或辅助油泵加压达到210 kPa左右，经过油冷却器冷却后将油温降至35℃，再经过油过滤器过滤后输送至齿轮箱，润滑油将齿轮的热量带回底座油箱。如果油压高于180 kPa，在油冷却器与底座油箱之间有一条单相回流管，润滑油将通过该单相回流管回至底座油箱，这部分润滑油未经过油冷却器，长期循环会导致底座油箱的润滑油温度达到60℃左右。

理论上降低底座油箱的润滑油温度，即可减少油冷却器的冷却用水。为此将润滑油的单相回流管改至油冷却器与油过滤器之间，使回流至底座油箱的润滑油都经过油冷却器降至35℃，35℃的润滑油与经齿轮箱的高温润滑油混合后达到40℃左右。

3 节能改造效果

（1）从该氯气透平压缩机改造后的运行参数可以看出，用17万t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯气透平压缩机将20万t/a离子膜电解槽产生的氯气全部带完，22万t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯气透平压缩机可作为备用设备。

（2）二期20万t/a离子膜烧碱产生的氯气用17万t/a（LYJⅢ-0.35/6 800）氯气透平压缩机带完，与22万t/a（LYJⅢ-0.35/10 000）氯气透平压缩机相比，节电情况见表5。

表5 氯气透平压缩机相关参数对比和费用节省情况

（3）将氯气透平压缩机组所属管道加大，减少了流体阻力。将入口的过滤网改进后，既能过滤掉有害杂质，保证机组安全，又能进一步减少阻力[6]。故改进后有利于充分发挥氯气透平压缩机的输送能力，改善设备运行状况，节约电力费用，对比情况见表6。

表6 氯气透平压缩机改造前后能耗对比和节省费用

（4）优化氯气透平压缩机的润滑油管路，油箱温度由60℃降至40℃，以前油温偏高，油质恶化，影响润滑效果，现在油温油质可满足设备需求。同时供油温度，高速轴前、后轴承温度，输入轴前、后轴承温度也有所下降[7]，降低了设备故障风险，提高了设备使用寿命。油冷却器的冷冻水阀门只开少许即可，电耗大幅下降。按阀门全开DN80，关小后为DN25，流速2.5 m/s，冷冻水电耗费用以0.6元/m3计，费用合计为19.6万元/a。

（5）改造后，氯气透平压缩机组电消耗明显下降，对比情况见表7。

表7 透平压缩机电消耗对比表 kW·h/t（100%NaOH）

由改进前与改进后氯气透平压缩机组的折百碱电消耗对比可知，改进后平均下降4.5 kW·h/t（100%NaOH），节能效果明显。

4 氯气透平压缩机的自动化改造

随着人工成本逐年提高，以及国家对化工企业安全生产的要求越来越严，自动化是化工生产的必然方向。氯气透平压缩机原设计为进口管、回流管和出口管都是手动阀，带氯气时需要现场人员与DCS员密切配合，现场人员操作时进口管、回流管和出口管都要观察氯气透平压缩机电流和电解槽出口的氯气压力，避免因阀门开度过大导致氯氢压差超标联锁，电解槽跳闸。

乳源东阳光电化厂将LYJⅢ-0.35/6 800氯气透平压缩机进行了自动化改造，将进口管、回流管和出口管都安装了气动调节阀门，所有自动阀门的信号引入DCS的系统。DCS系统组态后，氯气透平压缩机的运行实时参数都可以在DCS系统显示，通过数据即可对氯气透平压缩机进行远程调节控制，该方案简单易行，稳定性高。

自动化改造后，现场操作人员转移至DCS室操作，通过运程控制对氯气透平压缩机进行调节。在DCS系统操作界面，可以看到氯气透平压缩机的入口压力、出口压力、电流等全部参数[8]，及时掌握设备运行状态，通过入口自动阀、出口自动阀、回流自动阀进行调节，且自动阀调节精度高，可避免因手动调节不均导致电解槽氯气压力波动过大。

图1 透平压缩机折百碱电消耗对比图

5 结语

乳源东阳光电化厂现已全部采用杭州阳光集团有限公司（包括利用其技术监制，由浙江宸轩透平机制造有限公司生产）的氯气透平压缩机。其中17万t（LYJlll-6 800）机组在对所属管道、进气滤网改进及提升自动控制水平后，具有投资节省、质量可靠、自动化程度高、运行费用低等优点，符合国家的节能减排、安全环保政策，改造是成功的。氯气透平压缩机实际运行效果表明，技术成熟可靠，通过适当的选型搭配，可以有力保障生产，取得了良好的节能效果。