透平式氯氣壓縮機運行經驗

高理玉，宋旭東，姚勝奇，何大江，孫然，高磊，張少煒

(內蒙古鄂爾多斯電力冶金集團股份有限公司PVC公司,內蒙古 鄂爾多斯 016064)

內蒙古鄂爾多斯集團電力冶金股份有限公司(以下簡稱“鄂爾多斯電力冶金”)2012年建成投產，燒堿生產能力為30萬t/a，PVC生產能力為40萬t/a。燒堿分廠的氯氣處理工序共分兩條平行的生產線，每條線燒堿生產能力為15萬t/a。每條線各采用了1臺進口透平式氯氣壓縮機。該壓縮機表況流量為7 250 m3/h， 轉子速度為10 429 r/min，壓縮機軸功耗為415 kW。壓縮機為兩級壓縮、兩級冷卻。一級壓縮后經過一級冷卻器降溫再進入二級吸氣口，二級壓縮后的高溫氯氣經二級冷卻器冷卻至≤40 ℃分配給各下游用戶[1]。這種壓縮機的輸氣量大，功率因數高，能源消耗少。單臺即可滿足15萬t/a燒堿的生產需求。

1 氯氣處理工序工藝流程

1.1 氯氣處理工藝流程

由電解工序來的濕氯氣(溫度約80 ℃)進入氯氣洗滌塔底部，循環氯水由氯水循環泵打出，進入氯水洗滌塔上部與氯氣直接逆流接觸，氯氣冷卻到約45 ℃，并除去了氯氣中所夾帶的鹽霧。出塔氯氣進入一、二級鈦管冷卻器，溫度控制在12～15 ℃。經過洗滌、冷卻，氯氣中大約80%的水被冷凝下來，這樣可以節約氯氣干燥的硫酸用量。也有一部分冷凝水成霧滴狀存在氯氣氣流中，所以除霧也是一項降低硫酸消耗、減少鹽霧夾帶的重要措施。冷卻后的氯氣經水霧分離器過濾后再進入干燥系統[2]。

氯氣先進入填料干燥塔下部，循環酸由稀硫酸循環泵打入填料干燥塔上部，與氯氣逆流接觸除去氯氣中的水。塔底出酸質量分數控制在75%～80%。出填料干燥塔的氯氣再進入泡罩干燥塔下部，與濃硫酸儲槽流入的98%濃硫酸經泡罩錯流接觸，進一步干燥，然后經裝有濾芯的酸霧捕集器除去99%以上的酸霧后進入氯氣壓縮機[3]。

從酸霧捕集器出來的氯氣含水質量分數低于0.01%，溫度約20 ℃。經透平式氯壓機壓縮到0.14～0.175 MPa，溫度40 ℃。氯氣壓縮機入口管設有從壓縮機出口回流部分氣體的旁路管，以控制氯氣壓縮機系統吸入口的壓力穩定和防喘振。考慮到氯氣壓縮機自身回流量較小，為了保證系統在低負荷時，電解和氯氣洗滌冷卻干燥系統的氯氣總管壓力穩定，在壓力(PICA-0401)的控制下從氯壓機出口管再引一股氯氣回流到氯氣壓縮機進口管，當系統氯氣壓力降低時，PICA-0401調節閥自動開大，反之調節閥自動關小，以達到控制和穩定整個系統氯氣壓力的目的。氯氣壓縮系統設有中間冷卻器和后冷卻器，用循環冷卻水冷卻壓縮后的氯氣，以保證出壓縮機系統的氯氣溫度不大于40 ℃。經壓縮并冷卻到大約40 ℃的氯氣經氯氣分配臺送往氯化氫合成工序。如果氯化氫合成的用氯量減少，氯氣則送到液氯工序液化，以保持系統平穩運行[4]。

為了保證氯氣壓縮輸送系統安全運行，氯壓機兩級中間冷卻器所使用的循環冷卻水均采用無壓回水方式。循環冷卻回水自流進入循環水池，由循環冷卻回水泵送往循環冷卻水回水管網。

氯氣冷卻干燥壓縮工藝流程如圖1所示。

圖1 氯氣冷卻干燥壓縮工藝流程圖Fig.1 Process flow diagram of cooling, drying and compressing chlorine

1.2 廢氣處理工藝流程

電解開停車及各種事故狀態時的氯氣進入吸收塔下部，與經過循環液冷卻器被循環水冷卻后的循環液逆流接觸，進行吸收反應。從吸收塔頂部出來未反應完的含氯尾氣再進入尾氣吸收塔下部，與經過尾氣塔冷卻器被循環水冷卻的預先配置好的約15%～18%堿液反應，進一步除去其中的氯氣；達到環保排放標準的尾氣經風機排入大氣中。為了保證電解開停車時電解工序排出氯氣管有穩定的負壓(-1.5 kPa)，采用風機抽吸，通過補氣閥進行調節。

從氯氣吸收塔底部出來的吸收液流入一級堿液循環槽，由吸收塔循環泵送出，經循環液冷卻器冷卻后返回吸收塔，與氯氣繼續反應，直到循環液中有效氯質量分數不低于10%，然后進行循環槽切換。即當1臺循環槽的吸收液有效氯≥10%后即停止循環，立即改用另一臺循環槽的吸收液繼續循環吸收氯氣；接著將有效氯質量分數控制在不低于10%的循環槽的吸收液通過吸收塔循環泵送至罐區或本崗位銷售，再向循環槽中補充新的堿液，準備下一次切換使用。

從尾氣塔底部出來的吸收液流入二級堿液循環槽，由尾氣塔循環泵送出，經尾氣塔冷卻器冷卻后返回尾氣塔，與含氯尾氣繼續反應。當循環液中NaOH質量分數小于9.15%后，須進行堿液循環槽的切換，接著將NaOH的質量分數小于9.15%的二級堿液循環槽的吸收液送至一級堿液循環槽，再向二級堿液循環槽中加入由電解送來的堿，再配入生產水配制成質量分數15%～18%的堿液，準備下一次切換使用。

當遇到緊急情況或吸收塔和尾氣吸收塔任意一臺吸收塔出現過氯情況時，須立即聯系電解送堿進一級和二級任意一臺吸收，進行吸收廢氯氣。

2 生產過程中遇到的問題及解決措施

2.1 密封氮氣系統優化

鄂爾多斯電力冶金有條生產線，配套運行2臺進口兩級氯壓機。由于該壓縮機安全性能較高，所有指標都有聯鎖，安全保護系統氯壓機氯氮混合氣壓差、氮氣密封氣流量等一旦達到聯鎖值，將會聯鎖氯壓機跳車，相應地整個系統停車。所以氮氣壓力一旦波動就會造成系統停車，影響整個公司的效益。2017年根據生產實際情況對氮氣系統進行了優化。

(1)將可能影響到跳車氮氣壓力做成壓力低報的彈出報警，引到分廠DCS電腦畫面上，及時發現問題并處理問題。

(2)為了保證氮氣壓力穩定，在進氯壓機之前安裝了氮氣緩沖罐，一旦系統氮氣壓力低于0.25 MPa時，聯鎖閥門打開，將氮氣應急儲罐內的氮氣補進總系統，以保證系統壓力。

(3)由于氮氣中含雜質較多會影響進氯壓機密封腔管道堵塞，影響氮氣密封氣流量，在氮氣緩沖罐出口，進氯壓機之前安裝了氮氣過濾器。

技術改造以來，現場定期切換氮氣過濾器并清洗，氯壓機氮氣密封氣流量一直特別穩定，再也沒有因為氮氣密封氣流量低低跳車；當氮氣系統發生波動時，中控人員第一時間發現氮氣壓力變化并聯系現場及時處理，保證氯壓機氯氮壓差穩定，及時作出調整，系統平穩性得到大幅提高。

2.2 冷卻器列管腐蝕

系統開車后，氯壓機完全能滿足生產要求，但是2016年某月巡檢工在巡檢過程中發現氯壓機ORP在線檢測儀顯示值突然升高，經檢查確認氯壓機中間冷卻器列管泄漏，走殼程的干燥氯氣進入管程，最后使氯氣進入冷卻水系統，導致ORP在線監測顯示值上漲。針對該問題，筆者分析其主要受列管冷卻器使用壽命及冷卻介質影響。

氯壓機中間冷卻器冷卻介質采用循環水，操作規程要求水壓必須小于氣壓。在運行過程中，循環水走管程，氯氣走殼程。由于循環水中雜質較多，進入列管的循環水是從循環水管網直接進入氯壓機中冷器列管。這種列管冷卻器不僅節約水耗，冷卻效果還能達到最優，由于冷卻介質循環水走管程，必須保證冷卻介質(循環水)不含雜質。所以鄂爾多斯電力冶金在周邊企業調研后決定將冷卻介質循環水改為純水。鑒于此：鄂爾多斯電力冶金對氯壓機中冷器冷卻系統進行改造，將循環水直接進入列管冷卻器的方式改為將純水注入無壓回水池，經過無壓回水泵將純水送至板式換熱器冷卻至15～25 ℃再送至列管冷卻器，達到最優運行。2018年9月檢修期間，對1臺氯壓機中間冷卻器冷卻水進行先期改造試驗，經過半年的試驗運行，改造后的純水能夠完全滿足各種負荷下的生產需要，氯壓機的各項指標均不受影響。優點在于：無論管網冷卻水如何波動，冷卻介質(純水)直接進入列管冷卻系統，保證系統平穩運行。

2.3 廢氣吸收進口改造

鄂爾多斯電力冶金的廢氣吸收的生產能力為30萬t/a燒堿配套吸收裝置。其中1臺吸收塔1臺尾氣塔串聯工作，各塔對應2臺循環堿液槽，正常生產時用1臺備1臺，作為鄂爾多斯電力冶金生產異常時緊急吸收廢氯氣裝置。

吸收氯氣的反應方程式為：

2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O。

原設計氯壓機廢氯氣直接進入廢氣吸收塔中下部，當系統生產發生異常時，進廢氣吸收系統的事故氯氣量會突然變大、量不確定等，這就需要廢氣吸收系統短時間內能把廢氣系統壓力、液位、溫度等穩住。倘若不能維持廢氣系統穩定，整個氯堿裝置的廢氯氣將全部泄漏，必將造成人員傷亡。系統優化前出現類似生產波動時，操作人員無法及時關注到各項指標變化，會導致吸收塔液位高于吸收塔廢氯氣進口管道，使堿液進入氯壓機，對氯壓機造成腐蝕；或者即使發現了指標變化，由于量的不控性系統仍然大幅波動，就會導致發生氯氣泄漏事故概率極高。鑒于此，鄂爾多斯電力冶金在2017年大修時對廢氣吸收系統進行了技改，在原有的進口管線處增加了U形彎，并配置了自動倒槽，遠傳監控吸收塔液位。 一旦發生緊急情況，DCS主控人員負責觀察吸收塔的液位變化。當吸收塔液位過高時，及時打開V0501A/B槽下液閥門，不會導致堿液進入氯壓機系統。技術改造以后，當系統發生緊急狀況時，現場操作人員的勞動強度減少，中控操作人員的應急處理步驟簡化，可控性顯著提高，在處理過程中主控人員可以隨時觀察各種數據變化，及時作出調整，系統平穩性得到大幅提高。

廢氣處理工藝流程如圖2所示。

圖2 廢氣處理工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram of waste gas treatment

3 結語

通過在生產運行中不斷的總結經驗以及與同行交流學習，并進行技術優化，鄂爾多斯電力冶金透平式壓縮機運行良好，整套裝置的運行安全系數得到了提高。裝置進行技術升級改造，是任重道遠的過程，鄂爾多斯電力冶金還要繼續探索下去。