氯氣液化機(jī)組油冷卻系統(tǒng)改造

彭召臣

(唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山 063305)

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司(以下簡稱“唐山三友氯堿”)主要產(chǎn)品有燒堿、鹽酸、涉水級次氯酸鈉、液氯以及多種型號聚氯乙烯樹脂。其中液氯是氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)的重要氯產(chǎn)品之一，用以平衡整體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。唐山三友氯堿采用螺桿式壓縮機(jī)組低壓法生產(chǎn)液氯。

1 低壓法液氯生產(chǎn)工藝

根據(jù)氣體的性質(zhì)，如果有足夠高的壓力和足夠低的溫度，任何氣體都可以液化。氣體變成液體時，壓力與溫度之間存在密切的關(guān)系，即壓力一定，氣體的液化溫度也就一定。液氯的生產(chǎn)就是利用這一原理降低氯氣溫度使之液化。氯氣飽和蒸氣壓力與溫度的關(guān)系如表1所示。

來自氯氫處理工序的原料氯氣進(jìn)入液化器，與來自氯氣液化機(jī)組的氟利昂液體換熱后在-20～-15 ℃下大部分被液化，出液化器的液氯流入液氯儲罐， 經(jīng)液氯加壓泵加壓后送至液氯包裝崗位裝瓶、裝車；液化尾氯被送至次氯酸鈉生產(chǎn)工序生產(chǎn)次氯酸鈉或送至氯化氫合成工序生產(chǎn)氯化氫。

表1 氯氣飽和蒸氣壓力與溫度的關(guān)系

2 設(shè)備簡介

2.1 泵體結(jié)構(gòu)

氯氣液化機(jī)組由螺桿式壓縮機(jī)組、油分離器、油冷卻器、氟利昂冷凝器、氯氣液化器和配套自控、電控、儀控設(shè)備等組成。

2.2 工作原理

從氯氣液化器內(nèi)蒸發(fā)回來的低壓制冷劑氟利昂蒸氣經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)組壓縮至高壓狀態(tài)，再通過冷卻器冷卻為高壓過冷液體，供氯氣液化器使用。氟利昂液體由氯氣液化器殼體下部流入殼體吸收熱量，蒸發(fā)后的氟利昂氣體經(jīng)上部回氣管被壓縮機(jī)吸入，重新進(jìn)行壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)，不停地將氯氣液化為液氯[1]。

2.3 油冷卻器系統(tǒng)

由于螺桿式制冷壓縮機(jī)是一種高速回轉(zhuǎn)機(jī)械，陰陽轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與殼體之間靠間隙密封[2]，故在運行中，要向壓縮機(jī)工作腔噴入一定量的潤滑油以達(dá)到潤滑、密封、提高壓縮機(jī)工作效率、降低排氣溫度和噪聲等目的。從壓縮機(jī)排出的高溫、高壓油氣混合物中分離出來的潤滑油溫度較高，不能直接噴入壓縮機(jī)中，需經(jīng)油冷卻器冷卻達(dá)到壓縮機(jī)所需的黏度和溫度后才可重復(fù)使用[3-4]。原設(shè)備油冷卻系統(tǒng)采用列管式換熱器通過循環(huán)水與潤滑油換熱達(dá)到冷卻的目的。

2.4 存在的問題

原氯氣液化機(jī)組油冷卻器為列管式結(jié)構(gòu)，管束固定在兩側(cè)管板上，筒體內(nèi)部設(shè)置折流板，冷流體即循環(huán)水走管內(nèi)，熱流體即潤滑油經(jīng)折流板走管外。因該設(shè)備采用循環(huán)水作為冷媒，故對水質(zhì)要求較高，若循環(huán)水中氯離子及雜質(zhì)較多，易導(dǎo)致管束堵塞及腐蝕。該換熱器自投用后泄漏頻繁，經(jīng)常導(dǎo)致整套裝置停車。不僅影響生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，還常常威脅螺桿壓縮機(jī)的安全運行。

3 設(shè)備改造

經(jīng)查閱相關(guān)資料，并對噴液式油冷卻器和原有換熱器進(jìn)行綜合分析，通過可行性論證后確認(rèn)：噴液式油冷卻器完全符合目前的改造條件。液氯機(jī)組油冷卻系統(tǒng)改造后，徹底解決了設(shè)備頻繁檢修的狀況，穩(wěn)定了機(jī)組的正常運行。

3.1 噴液式冷卻原理

機(jī)組可選用單口或雙口噴射式冷卻器用于控制壓縮機(jī)的油溫。每個油冷系統(tǒng)通過排氣溫度控制，不受壓縮機(jī)加載或卸載影響，噴液式油冷系統(tǒng)油溫維持在54.4～76.7 ℃范圍內(nèi)。

3.1.1 單口噴液

單口噴液系統(tǒng)是指通過噴液方式將制冷劑液體噴入壓縮機(jī)上的唯一的接口中。當(dāng)安裝在壓縮機(jī)排氣口處的溫度傳感器數(shù)值超過設(shè)定值時，電磁閥控制中心供電，控制膨脹閥開度，將高壓制冷劑液體供給溫度控制閥，從而完成噴液工作，達(dá)到降溫效果。

3.1.2 雙口噴液

雙口噴液系統(tǒng)是指通過噴液方式將制冷劑噴入最優(yōu)選的一個接口。該噴油方式無論在高壓比和低壓比下，均能獲得最有效的壓縮機(jī)性能。雙口噴液冷卻系統(tǒng)除包含單接口系統(tǒng)的所有元件外，還須配套設(shè)置一臺雙作用的電磁閥。當(dāng)油溫超過設(shè)定值時，通過油溫傳感器控制磁閥供電。然后根據(jù)壓縮機(jī)的工作容積比，將制冷劑噴入最理想的一個噴液孔中，完成噴液工作，實現(xiàn)降溫。

3.2 油冷卻器系統(tǒng)改造方案

經(jīng)查閱相關(guān)資料，并對噴液式油冷卻器和原有換熱器進(jìn)行綜合分析，通過可行性論證后，唐山三友氯堿2#機(jī)組符合雙口噴液冷卻改造條件，隨即進(jìn)行了改造。

用 R22作為冷媒，從機(jī)組的儲液器中引出，經(jīng)過濾器、膨脹閥等部件，最后從壓縮機(jī)的噴液孔中噴出。噴出的液體吸熱后起到降溫作用。根據(jù)排氣溫度指標(biāo)(60 ℃)控制膨脹閥的開度，當(dāng)溫度高于指標(biāo)時，膨脹閥開度增大；當(dāng)溫度低于指標(biāo)時，膨脹閥開度隨之減小。通過膨脹閥的開度大小控制噴液量，從而將壓縮機(jī)排氣溫度控制到目標(biāo)范圍之內(nèi)。改造結(jié)果如圖1所示。

圖1 改造結(jié)果示意圖

4 結(jié)語

改造的螺桿式氯氣液化機(jī)組設(shè)備運行平穩(wěn)，潤滑油溫度始終保持在60 ℃正常工作范圍內(nèi)。此次改造，提高了裝備性能，具有較好的使用效果，也為以后油路冷卻系統(tǒng)優(yōu)化積累了經(jīng)驗，值得在同行業(yè)推廣應(yīng)用。