螺桿低溫鹽水機組改造

李生虎

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天業集團天能化工有限公司(以下簡稱“天能化工”)主要生產聚氯乙烯和燒堿。在氯堿生產系統，氯氣的液化和鹽水的降溫除硝主要依靠2臺LNVLG193T型螺桿低溫鹽水(CaCl2溶液)機組實現(開停車時用于氯氣液化，正常生產時用于鹽水除硝)。在實際生產過程中，2臺LNVLG193T型螺桿低溫鹽水機組故障頻繁，不能滿足正常生產需要，經生產廠家多次現場處理后，仍不能解決問題，為保證公司正常生產，提升機組經濟效益，對2臺機組進行了自動化改造。

1 螺桿低溫鹽水機組的作用

天能化工2臺螺桿低溫鹽水機組布置在氯氣液化工段，主要負責電解系統開停車過程中氯氣的液化和正常生產時鹽水的降溫除硝。

在電解生產系統開車過程中，電解裝置生產的氯氣純度不能滿足后續工藝需求，而氯氣為有毒有害氣體，不能直接對外排放，因此由2臺螺桿低溫鹽水機組對氯氣進行液化，后續生產次氯酸鈉。

2 生產中存在的問題

(1)螺桿低溫鹽水機組制冷能力不足，不能滿足正常電解生產系統中NaCl鹽水除硝工藝需求。經分析研究，發現機組蒸發器已使用8年，拆解后，蒸發器殼程氯化鈣溶液結垢嚴重，大大影響螺桿低溫鹽水機組的制冷效果，不能滿足鹽水除硝的溫度要求。對機組蒸發器殼程進行化學清洗后，機組制冷能力沒有明顯提升。技術人員再次對蒸發器拆解檢查，蒸發器殼程積垢情況仍然嚴重，在對蒸發器筒體中段開孔檢查后，發現蒸發器殼程中列管間隙堵塞嚴重，依靠化學清洗無法完成清理工作。

(2)機組集油器不能正常回油。自動集油系統主要由集油器、電磁閥、電加熱器、控制臺及公用底座等組成，自動集油系統的主要作用是依靠重力作用收集氯氣液化器殼程的潤滑油，依靠電加熱蒸餾潤滑油中的制冷劑，確保進入壓縮機低壓側的潤滑油重新回收到油分離器中。自動集油系統單獨設有控制系統，控制系統并未集成在螺桿低溫鹽水機組控制系統中，造成操作不便，增加人工額外的操作負擔，而且自動集油器使用次數少，回油效果差，機組潤滑油沉積在機組蒸發器中，需人工經常補油，初始開車時機組添加潤滑油400 kg，機組運行1年后累計額外添加潤滑油300 kg，造成潤滑油的額外消耗，增加生產成本。另外，機組經常出現因油分離器油位不足而跳停，降低機組生產穩定性。

(3)控制系統控制主板故障率高，降低機組運行穩定性。2臺螺桿低溫鹽水機組在運行中經常出現主板損壞，造成機組停車，甚至出現機組控制面板按鍵失靈，機組不能正常操作，嚴重影響電解系統安全生產。經檢查分析，發現機組控制系統未將PLC與外部供電電源隔離，當外部電源出現波動時，容易造成控制系統操作面板主板電容器燒壞，進而造成控制系統故障。原機組于2010年安裝投運，控制面板設置簡單，只設有開停機、增減載按鈕及機組吸氣、排氣壓力，顯示參數均為代碼形式，故障維修只能依靠機組說明書查找對應代碼排查故障，耗時費力。

(4)低溫鹽水機組由氯氣液化系統向鹽水除硝系統轉換過程中的問題。天能化工建廠之初，從經濟角度出發，氯氣液化系統與電解鹽水系統共用1套螺桿式冷凝機組。而在開停車過程中，系統高溫原料氯氣與螺桿式冷凝機組制冷劑在氯氣液化器中換熱，進而實現開停車過程中不合格氯氣的液化過程；待轉入正常生產時，沒有氯氣參與液化過程，就會導致螺桿式冷凝機組制冷劑無換熱源，制冷劑在氯氣液化器中不能正常蒸發，積聚在氯氣液化器中，機組制冷劑轉移較慢，影響鹽水生產系統。

3 改造措施

為徹底解決螺桿低溫鹽水機組存在的問題，提升其運行穩定性，天能化工對螺桿低溫鹽水機組進行了技術改造。

3.1 更換機組蒸發器及供液方式

針對螺桿低溫鹽水機組制冷能力不足，機組蒸發器換熱能力喪失的問題，直接更換了蒸發器，并改變供液方式。原機組蒸發器供液調節方式為伺服液位調節閥，使用年限過久，液位調節功能差，不能準確控制系統液位。為此，在蒸發器上增加液位傳感器，并在供液管線上加裝電動閥(帶ICAD驅動器+ICM電動閥)，通過液位控制器，精確控制冷凝器內的液位，隨時保證滿液式蒸發器的供液量，并具有開停機自動切斷高低壓功能，可靠性高，同時具有液位遠傳通信功能。

3.2 機組自動集油器部分改造

機組原自動集油器回油效果不好，導致蒸發器內冷凍油過多，制冷效果差，同時系統中油不能及時回到油分離器中，使冷凍油損耗增加，勢必造成制冷機組能耗和經濟上的浪費。將原集油器進油閥、回油閥更換為性能可靠的氣動閥和平衡閥，將加壓閥更換為電磁閥，控制系統集成在機組控制系統中，方便操作。

3.3 機組控制系統改造

考慮改造成本，原機組溫度/壓力儀表、能量滑閥位置電位計、傳感器、電磁閥等控制元件不作改動。改造內容如下。

(1)將機組能量滑閥調節方法改為自動調節，預設機組吸氣壓力。通過吸氣壓力偏離預設值的幅度來計算占空比，從而實現機組上載/卸載；通過PI算法自動計算占空比，從而實現機組吸氣壓力的穩定控制。

(2)將原機組控制臺按鍵代碼式控制面板更換為采用西門子S7 200 SMART系列的PLC及可觸摸操作液晶顯示屏，采用壓力、溫度模擬量模塊(見圖1)，具有實時曲線，實時、歷史報警功能的觸摸屏人機界面，主要實現以下功能：報警、故障停機參數可人工設定，可對溫度通道進行屏蔽；預留與上位DCS的通信端口，提供完整的通信地址表；PLC能夠實現第一原因報警，報警確認復位后能夠保存記錄，便于數據統計。

圖1 機組控制面板和控制臺Fig.1 Unit control interface and console

3.4 制冷由氯氣液化系統向鹽水除硝系統轉換的改造

原機組在系統切換上存在制冷劑轉移較慢的問題，導致系統降溫慢，影響生產。為此，在原供液管線上加切換閥，并增加2臺貯液器。當制冷劑聚集在氯氣液化器中，不能及時回到蒸發器時，貯液器就通過切換閥向機組蒸發器供制冷劑，保證鹽水換熱降溫，起到了制冷劑調節站的作用。

4 改造效果

螺桿低溫鹽水機組在實施自動化改造后，不僅解決了原機組存在的問題，提升了機組穩定性，而且提供了直觀的觸摸屏全中文圖形化顯示(見圖2)，操作界面簡單，保留歷史數據，方便報警、故障查閱，無說明書亦可直接操作，省時省力，改造后主要效果如下。

圖2 觸摸屏全中文圖形化顯示界面Fig.2 Full Chinese character graphical display interface on touch screen

(1)經濟效益。機組原裝控制器對供電質量要求較高，出現尖峰電壓時容易造成控制器損壞，維修成本高。改造后采用德國西門子PLC控制器，性能更加穩定，通過使用開關電源供電，將PLC與外部供電電源隔離，杜絕了因為電源問題而造成PLC燒毀的可能，大大降低了電氣元件維修成本。

(2)降低停車風險。由于PLC的故障率非常低，從而大大降低了因為電氣原因造成設備停車的風險，減小了對生產的影響，將電氣原因造成停車的經濟損失降低到原來的20%。

(3)施工簡單。本次改造僅針對機組控制臺及監控系統，啟動柜、高壓柜均利用機組原有設備，線路保持不變，不需考慮對外圍配套設備的影響。

(4)控制系統采用德國西門子PLC控制器，質量可靠，穩定性高；PLC及模擬量模塊，其備件及維護成本較低，兼容性強，便于采購。

(5)所有壓力、溫度、能級、電磁閥等儀表利用機組原有儀器儀表，未作改動，節省成本，提高機組改造經濟性。

(6)上位通信。預留通信接口，Modbus通信協議，通過上位監控系統既可以監視壓縮機的各項運行數據，也可以實現對設備的遠程增減載、開停機操作，提高管理效率。

5 結語

通過對螺桿低溫鹽水機組的改造，不僅解決了機組存在的問題，提升了機組穩定性，滿足了電解系統的工藝要求，還降低了對機組的維護成本，加強了機組運行數據監控和收集分析，節省了人力物力，提高了經濟效益。