36萬t/a燒堿裝置配套氯氣壓縮裝置改造

申文濤，陳祥輝，劉存偉，魏旭

(山東魯泰化學有限公司，山東 濟寧 272100)

1 氯氣壓縮機改造背景

2010年，第2期建設初期，山東魯泰化學有限公司(以下簡稱“魯泰化學”)重金購置2臺進口渦輪機壓縮裝置。該氯壓機設計帶氣量為20萬t/a，當時燒堿產能20萬t/a，氯壓機1用1備，完全可以滿足氯氣壓縮生產需要。隨著魯泰化學擴建、工藝的優化和產能的提升，目前燒堿產能達到36萬t/a。原透平機由于使用初期的運行不佳和長期的運行磨損，設備運行性能減弱明顯，2臺氯氣壓縮機帶氣量都有所降低，同時滿負荷運行勉強滿足生產要求，一旦氯壓機帶氣量不足或出現故障時，裝置必須降負荷生產，甚至產能減半。魯泰化學聯系國外公司維修，但操作困難。后由國內一家化機廠來公司維修。維修后效果甚微，近2年小毛病不斷，已經不能保證氯堿裝置安穩長滿優運行。為止，準備安裝1臺國產20萬t/a燒堿配套的透平機(進口機組價格昂費，維修費用高，并且設備備件購買周期長，維修人員預約周期長)。

2 氯氣壓縮機的選擇

2.1 考察調研

項目確立后，魯泰化學氯堿車間外出考察其他企業國產氯氣透平機的使用情況。

①山東某氯堿企業。

目前使用的是國產A透平機。該公司共有3臺國產透平機，機組負荷分別是 10萬t/a NaOH、 12.5萬t/a NaOH、15萬t/a NaOH，配套電動機分別是400 kW、450 kW、560 kW。目前主要運行10萬t/a和12.5萬t/a 2臺透平機機組，15萬t/a機組作為備用透平機。15萬t/a透平機機組1年運行時間為3個月左右。它們的出口設計壓力較高，為0.42 MPa，實際運行進口為-20 kPa，出口0.23～0.27 MPa，透平機無導葉，用進出口閥和回流閥調節氯氣流量。運行狀況：第1臺10萬t/a的透平機第4年返廠維修，維修內容為換氣封、軸瓦，做動平衡測試。無其他維修。

②國內某氯堿企業。

該公司目前有3臺氯氣透平機，分別是1臺20萬t/a的進口透平機和2臺20萬t/a的國產B透平機。進口透平機2010年開始運行，機組進口正壓運行，進口壓力5 kPa左右，運行狀況良好。2016年下半年出現非驅動端、瓦塊、軸承溫度偏高現象，已維修。目前該透平機密封氣泄漏量較大，計劃近期進行維修。B透平機是2016年新上的設備，1臺已經運行了2年，在開始運行到3個月的時候，出現梳齒密封和轉子腐蝕嚴重，透平機進行了大修并更換了梳齒密封和轉子，更換后運行正常。另外1臺機組2020年7月中旬調試成功，尚未投用。B透平機進口負壓約為-10 kPa(設定值是-15 kPa)，氯中含水質量分數(2～3)×10-5，用儀表空氣密封。

2個公司的國產透平機都有油霧和電儀、溫度點顯示不準確等缺點。

因該項目為升級改造項目，現場設備布置受限，結合考察對比情況，通過空間布置、設備運行穩定性、項目總投資幾方面對其優缺點進行討論，決定通過招標的方式購買1臺國產20萬t/a燒堿配套透平式氯氣壓縮機。

2.2 國產氯壓機技術要求

國產透平氯氣壓縮機安裝在2臺透平機中間位置，位于第一層，可以在日后運行中提供快速可靠的維護響應。

新安裝的氯氣透平機技術性能參數見表1。

表1 新安裝的氯氣透平機技術性能參數Table 1 Technical parameters of newly added chlorine turbine compressor

根據目前的生產條件，提供的氯壓機的工藝條件如下。

各氣體組分的體積分數：Cl2，≥98.5%；O2，1.00%；CO2，0.12%；H2，0.03%；N2，0.35%；H2O：≤0.005%。工藝參數為：入口溫度，30 ℃；入口壓力，不低于0.088 MPa；出口壓力，不高于0.27 MPa；出口溫度，不高于45 ℃。工藝系統氯氣總輸送量是8 097 m3/h，配套20萬t/a的NaOH的壓縮輸送能力。操作方式是連續運行。設備數量是1臺。

2.3 新氯壓機的設備特點

新透平機采用集成式整體設計，將各氣動壓縮元件、增速箱、電動機與油潤滑系統集成在同一個公用機組底座上，外觀簡單，布局緊湊，安裝方便。機組為地面安裝設計，一層廠房布置，占地面積小，廠房建筑費用低。壓縮機兩級葉輪安裝在同一水平布置的高速軸兩端，兩級缸體懸臂布置于增速箱兩側；機組增速箱采用一級提速，與梳齒密封裝置一起采用水平剖分設計[1]；結構簡單，機型小巧，每級可單獨拆檢，維修方便快捷，有利于搶修及降低維修費用。密封系統采用具有四腔氣室的梳齒式迷宮密封結構，用干燥氮氣(或干燥儀表氣)作為密封氣，實現了氣封壓力自動調節；既能防止氯氣外泄污染，又能防止密封氣混入氯氣降低其純度，還能防止氯氣串入齒輪箱引起潤滑油變質甚至油霧爆燃事故；由于是非接觸式密封，故機械損耗小。

3 項目改造內容

氯氣壓縮處理工序增加1臺國產透平壓縮機裝置，和其他2臺進口氯壓機并聯，氯壓機設備做到2用1備，緩解2臺進口壓縮機無備用設備的壓力，單臺氯壓機出現故障時或2臺氯壓機帶氣量不足時，及時開啟備用氯壓機，保障氯堿裝置的安全長期平穩運行。

目前干燥系統是2套獨立運行的系統，1套干燥系統和1臺氯壓機直接相連，進氯壓機前有一相連接的連通閥。正常運行時，2臺氯壓機各自處理各自對應干燥系統的氯氣。為確保國產氯壓機對2臺進口氯壓機同時備用，需要國產氯壓機管線和2臺進口氯壓機管線同時并聯。為解決這一問題，2套干燥系統連通閥前各自分出一條管線，直接和新安裝的國產氯壓機相連。具體如圖1所示。

在停車檢修期間，根據圖1所示，對現有氯氣管線進行整改，在2條干燥氯氣管線分別做一個三通，連接法蘭、閥門、盲板。并在循環水管線、氮氣管線、工藝空氣管線、氯氮混合器管線、氯壓機機后總管分別留預留口，連接法蘭、閥門、盲板。

圖1 氯氣壓縮系統新增氯壓機示意圖Fig.1 Diagram of chlorine turbine compressor newly added to chlorine compression system

在國產氯壓機到貨后，根據留下來的預留口，對現有氯壓機設備進行安裝，調試，并投入了運行。

4 項目實施效果

安裝國產透平式壓縮機，提高了裝置運行的安全穩定性，解決了裝置運行負荷不足的瓶頸問題，還解決了進口氯壓機裝置帶病運行的問題，有效提高進口氯壓機的使用壽命，對于出現設備故障的進口氯壓機，在不影響氯堿裝置負荷的背景下，及時對氯壓機進行切換，停止故障氯壓機運轉并維修保養。相比國外氯氣壓縮技術，國產氯氣壓縮裝置項目投資少、占地少、實用性強，維護響應比較快速及時。在生產裝置運行過程中，聯鎖監控點降低，裝置平穩運行度比進口氯壓機高[2]。隨著國產透平機的大力推廣，國產透平機的制造水平和運行性能已達到一定水平，完全能滿足大型氯堿裝置的生產要求。