回收系统水环压缩机性能提升改造

徐 玮，杨茂勤，马虎威

（陕西北元化工集团股份有限公司化工分公司，陕西 榆林 719319）

陕西北元化工集团股份有限公司（以下简称“北元化工”）聚氯乙烯项目聚合釜单釜加回收氯乙烯量平均为7 t，换算为气态氯乙烯为2 502 m3，4 条线同时各有1 台釜出料时回收氯乙烯达10 080 m3。 目前单釜出料回收时间平均为45 min；4 条线同时出料回收气量最大值可达13 440 m3/h。 目前3 台螺杆压缩机与水环压缩机配合使用不能完全满足生产负荷要求， 为此北元化工进行了回收水环压缩机性能提升改造，很好地解决了该问题。

1 鹤见压缩机

1.1 工艺流程

来自氯乙烯回收气柜的氯乙烯气体经回收大管进入鹤见一级水环压缩机升压至100 kPa，进入二级水环压缩机加压至0.65 MPa， 后输送至回收VCM冷凝器， 未冷凝的氯乙烯进入回收VCM 放空冷凝器，通过回收VCM 冷凝器和回收VCM 放空冷凝器冷凝液化后的液态氯乙烯进入倾析器， 液态氯乙烯最终进入回收单体贮槽供聚合釜使用。

1.2 主要设计参数（见表1）

表1 鹤见压缩机设计参数

1.3 鹤见压缩机工作原理

当叶轮转动时，壳体内的水被叶片带动甩出，受离心力影响压向壳体的内表面，水层与壳体同心，与叶轮偏心。 这样，叶轮上方叶片插入水层最深，下方叶片插入水层最浅， 其他方位叶片插入水层是逐渐由深变浅或由浅变深， 相邻两个叶片之间的空间形成气缸，随着叶轮的旋转，气缸中水多时气体受压体积减小，气缸中水少时气压减小体积增大，从相对运动来看，水就像活塞一样，沿着叶片上下移动，形成吸排气。 因此，当叶轮旋转时，气体通过壳体的吸入口进入壳体， 再从孔板的吸气口导向进入叶轮叶片间，并在移动过程中经膨胀和压缩后，从孔板排气口导向出壳体的排口。

1.4 鹤见压缩机本机联锁保护

1.4.1 一级压缩机联锁停机

（1）压缩机出口温度变送器TT1301A/TT2301A≥70 ℃。

（2）压缩机工作液流量变送器FT1301A/FT2301A≤150 L/min。

（3）机封冲洗液出口压力变送器PT1302A/PT2302A≤120 kPa。

（4）气柜液位LI1301A/B/C 三选二＜15%。

（5）气柜出口压力PI1301/1312＜0.5 kPa。

（6）电机绕组温度PT100≥155 ℃。

（7）电机轴承温度PT100≥95 ℃。

1.4.2 二级压缩机联锁停机

（1）压缩机出口温度变送器TT1301B/TT2301B≥75 ℃。

（2）压缩机工作液流量变送器FT1301B/FT2301B≤140 L/min。

（3）机封冲洗液出口压力变送器PT1302B/PT2302B≤710 kPa。

（4）气柜液位LI1301A/B/C 三选二＜15%。

（5）气柜出口压力PI1301/1312＜0.5 kPa。

（6）电机绕组温度PT100≥155 ℃。

（7）电机轴承温度PT100≥95 ℃。

1.5 鹤见压缩机优点

鹤见压缩机密封性好，压缩能力强，同时鹤见压缩机本机联锁多，实现压缩机本质安全。

1.6 鹤见压缩机缺点

（1）能耗高。 单套鹤见压缩机电耗为842.57 kW·h；单台螺杆压缩机电耗为500 kW·h， 单台水环压缩机电耗为400 kW·h；较螺杆压缩机单耗多消耗342.57 kW·h，较水环压缩机单耗多消耗442.57 kW·h。

（2）易导致薄弱环节泄漏。鹤见压缩机密封性较好，压缩能力较强，导致回收冷凝器中的惰性气体容易集聚，造成回收管线憋压，易造成冷凝器安全阀超压泄漏或回收管线及设备薄弱环节超压泄漏。

（3）操作要求较高。鹤见压缩机运行方式为串接使用，本机联锁较多，对岗位控制人员的业务能力要求较高。

1.7 改造方案

将AB 线现有水环压缩机设备拆除， 各更换一组日本鹤见水环压缩机， 进口增加篮式过滤器及阻聚剂管线，出口与原进AB 线VCM 冷凝器进口管线相连。 电气仪表控制利用原压缩机的电缆， 重新组态。 设备在原基础上进行修改。

2 测试程序

2.1 启动前准备工作

（1）对联轴器手动盘车两三圈，确认电机、泵体无卡阻。

（2）检查压缩机前后轴承油位在1/2~2/3。

（3）确认气柜压力PI-1301.PV≥1.0 kPa。

（4）确认回收VCM 倾析器液位LI-1309.PV≤80%。

（5）确认回收VCM 放空冷凝器液位LIC-1311.PV≥15%。

（6）确认气柜液位LI-1301A.PV>15%。

（7）打开一级压缩机分离器补水阀门XV-1306A2/XV-2306A2 补水至分离罐液位变送器LT1306A/LT2306A 显示（34%~44%）2.7~3.5 kPa 停止补水。 当液位稳定后启动循环泵。

（8）打开二级压缩机分离器补水阀门XV-1306B2/XV-2306B2 补水至分离罐液位变送器LT1306B/LT2306B 显示（50%~60%）4.0~4.8 kPa 停止补水。

（9）连续水泵PU-1006 启，打开机封冷却水上回水阀门， 一级压缩机机封水出口压力变送器PT1302A/PT2302A 显示≥200 kPa，二级压缩机机封水出口压力变送器PT1302B/PT2302B 显示≥800 kPa。

（10）打开冷却器CO-1301-4A/CO-1301-4B、CO-2301-4A/CO-2301-4B 循环水上回水阀门。

（11）上下游确认。 DCS 联系电气，确认启动压缩机并告知现场供料回收岗位人员。

2.2 压缩机启动

（1）条件满足后，DCS 人员手动打开一级压缩机回流阀PCV-1308A，点击压缩机启动按钮，启动一级压缩机。

（2）待一级压缩机出口压力PT-1308A＞0.1 MPa，压缩机稳定运行后， 打开一级压缩机出口进二级压缩机手阀，缓慢关闭回流阀PCV-1308A。此时冷却器回水调节阀TCV1301A/TCV2301A 投自动，控制循环冷却水流量调节阀维持压缩机出口温度在50 ℃；排液开关阀XV1306A1/XV2306A1 投自动， 当分离器罐液位≥4.5 kPa 时打开排液阀，液位到3 kPa 时关闭；补液开关阀XV1306A2/XV2306A2 投自动，当分离器液位≤1.5 kPa 时打开补液阀， 液位到3 kPa 时关闭；回流调节阀PCV1308A/PCV2308A 投自动，当压缩机出口压力≥150 kPa 时控制回流阀调节阀维持出口压力100 kPa。

（3）DCS 人员手动打开二级压缩机回流阀PCV-2308A，点击压缩机启动按钮，启动二级压缩机。

（4）待二级压缩机出口压力PT-2308A＞0.7 MPa，压缩机稳定运行后， 打开二级压缩机出口阀XV-1303A，缓慢关闭回流阀PCV-2308A。此时冷却器回水调节阀TCV1301B/TCV2301B 投自动， 控制循环冷却水流量调节阀维持压缩机出口温度在60 ℃；排液开关阀XV1306B1/XV2306B1 投自动， 当分离器罐液位≥5.5 kPa 时打开排液阀， 液位到4.3 kPa 时关闭；补液开关阀XV1306B2/XV2306B2 投自动，当分离器罐液位≤2 kPa 时打开补液阀，液位到4.3 kPa时关闭； 气柜液位调节阀LCV1308B/LCV2308B 投自动，控制回流阀维持气柜液位在30%。

（5）将回收VCM 放空冷凝器出口压力PIC-1305.SV=NN3056（A 线0.05 MPa，B 线0.06 MPa）投自动。

（6）冷媒液位LIC-1311.SV=25%投自动，回收VCM放空冷凝器的出口压力PIC-1304.SV=0.62 MPa（根据系统运行进行调整） 投自动。 20 s 后， 检查PI-1302A 大于0.7 MPa 后，压缩机启动完成。 压缩机启动后调用阻聚剂加入程序。

（7）倾析器出口阀XV-1310 开，R-VCM 输送阀XV-1311 关。

（8）倾析器液位LI-1309.PV≥15%。

（9）当以上条件满足后，“R-VCM COOLING START”前的圆点变黄，启动冷却程序。

（10）如果压缩机是第一次启动，那么冷却条件满足后自动调用冷却程序。 如果压缩机在启动中“R-VCM COOLING START”前的圆点变黄，DCS 操作人员点击“R-VCM COOLING START”，冷却开始。

（11）回收VCM 循环冷却调节阀FIC-1306 全开，回收VCM 输送泵PU-1303 启，冷冻水调节阀TIC-1306 投自动， 用冷冻水冷却至出口温度TIC-1306为15 ℃，960 s 后检查VCM 温度是否小于20 ℃。

（12）当倾析器液位LI-1309≥40% 且TIC-1306≤16 ℃时，XV-1311 开，XV-1310 开，FIC-1306设定10 m3/h 投自动，开始输送。

（13）待回收VCM 贮槽液位LI-1312＞85%，LI-1309.PV＜15%或TIC-1306.PV＞18 ℃时， 将FIC-1306 手动全开，XV-1311 关，输送停。

A 线压缩机运行正常时，B 线压缩机启动方式同上。

2.3 压缩机停机

停压缩机时， 首先打开一级压缩机回流阀PCV1308A/PCV2308A、 二级压缩机回流阀LCV1308B/LCV2308B，并停一、二级电动机， 然后关闭二级压缩机出口阀门XV-1303A。同时，停阻聚剂计量泵，关闭工作液吸入口阀门。

2.4 紧急停车操作

（1）现场岗位人员手动点停二级压缩机和一级压缩机，同时关闭压缩机出口阀门。

（2）点停压缩机后，关闭一二级压缩机进口手阀，随后点停阻聚剂加料泵。

（3）如长期停车，需将压缩机水分离器内水排净。

（4）当班班长或岗位人员向调度和工艺管理员汇报紧急停车情况。

3 鹤见压缩机测试数据和测试技术

根据4 月17 日至4 月19 日B 线鹤见压缩机测试结果（见表2）B 线鹤见压缩机抽气量已达到设计要求3 600 m3/h；A 线鹤见压缩机从4 月24 日至4 月27 日测试结果（见表3），A 线鹤见压缩机抽气量已达到设计要求3 600 m3/h。

表2 B线回收水环压缩机性能提升改造项目测试记录

表3 A线回收水环压缩机性能提升改造项目测试记录表

聚合尾气送压缩C 回收气量明显降低，目前二期聚合CD 线送压缩C 尾气手阀分别开1/3，一期聚合尾气、聚合E 线尾气、ABCD 线聚合釜排氮气进入二期变压吸附，变压吸附处于满负荷运行状态（水环压缩机改造前回收系统运行情况： 二期聚合CD 线送压缩C 尾气手阀分别全开，一期聚合尾气、聚合E线尾气、ABCD 线聚合釜排氮气体进入二期变压吸附，变压吸附处于满负荷运行状态，变压吸附设计处理能力为300 m3/h）。

4 存在问题

（1）AB 线鹤见压缩机二级出口压力无高报停机联锁， 当回收气量大时易导致二级压缩机防爆膜爆破，安全阀起跳。

（2）一级压缩机回流管线回流量不足，当二级压缩机跳停时，一级压缩机出口压力持续升高，易导致一级压缩机防爆膜爆破（一级压缩机回流管线管径为DN100，旁路为DN200）。

（3）鹤见压缩机运行过程中，二级压缩机出口压力平均为0.60~0.70 MPa，聚合AB 线尾排压力持续高于0.6 MPa 运行，造成进二期变压吸附压力高，影响回收系统整体运行。 AB 线尾排调节阀管径为DN25， 按管径计算AB 线尾排每小时最大送气量为50 m3。 按回收气纯度92%计算，A 线平均抽气量2 700 m3/h，B 线平均抽气量2 900 m3/h，则每小时AB线送变压吸附气量为448 m3时才能满足尾排降压需求（聚合回收系统尾气量每小时平均为688 m3，根据2 台水环和1 台螺杆运行尾气量核算）。

5 改进措施

5.1 增加压缩机出口高压联锁

（1）如果鹤见压缩机二级出口压力≥710 kPa，那么二级压缩机停机， 并关闭二级本机回流阀门和出口自动阀。 如果一级压缩机出口压力≥130 kPa，那么一级压缩机停机， 并关闭一级压缩机本机回流阀门。

（2）如果鹤见压缩机一级出口压力≥130 kPa，那么一级压缩机停机，并关闭一级本机回流阀门；同时二级压缩机停机， 并关闭二级压缩机本机回流阀门和出口自动阀。

5.2 改进建议

（1）根据目前运行情况，一级压缩机本机回流自动阀调节能力不足， 建议将本机回流阀旁路手阀改成自动调节阀或回流管线加大， 用于压缩机开机过程中远程手动调整。

（2）将AB 线尾排调节阀管径由DN25 改为DN100，同时提高二期变压吸附处理能力。

（3）在一级压缩机出口与二级压缩机进口管道上增加止回阀， 防止压缩机停机或一级压缩机故障停时，二级压缩机出口高压倒窜至一级压缩机出口，导致一级压缩机出口压力高于爆破片和安全阀起跳压力，造成氯乙烯泄漏。

6 成本核算

6.1 电耗

单套鹤见压缩机电耗为842.57 kW·h； 单台螺杆压缩机电耗为500 kW·h；较螺杆压缩机单耗多消耗342.57 kW·h，按全年运行8 000 h，每度电0.3 元计算，2 台压缩机全年额外消耗164.44 万元。

6.2 降低水环压缩机及螺杆压缩机维修费用

（1）原设计回收水环压缩机8 台，由于压缩机实际运行达不到设计能力而技改增加了4 台， 后将3 台合成螺杆压缩机（BCD 线5 号螺杆压缩机）技改后给聚合回收氯乙烯使用，检修维护费用高。

（2） 存在问题包括压缩机泵体有轻微腐蚀漏水，叶轮和分配板腐蚀磨损，机封泄漏。 每年平均有6 台水环压缩机需分别更换一次泵体、叶轮、分配板和2 套机封 （单台螺杆压缩机维保时需开启两条线的水环压缩机，合计6 台）。 平均每台压缩机每年消耗备件费用为91 000 元，6 台合计费用为546 000 元。

（3）由于聚合回收氯乙烯气内含有杂质和高沸物，螺杆压缩机每台每年维保费用83.3 万元，维修费用高（根据2019-2020 年维保费用总和平均所得）。

综上所述， 水环压缩机和螺杆压缩机每年维保费用合计为221.2 万元（目前改造2 台水环压缩机，使用1 台螺杆压缩机，另外1 台抽回收气备用）。

7 结语

通过将原有水环压缩机改造为鹤见水环压缩机运行后，聚合尾气送压缩C 回收气量在原来的基础上降低了2/3，同时鹤见压缩机改造运行后每年节约维修成本约56.76 万元，且减少了危险性作业次数，降低了作业风险。