回收系統水環壓縮機性能提升改造

徐 瑋，楊茂勤，馬虎威

（陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司，陜西 榆林 719319）

陜西北元化工集團股份有限公司（以下簡稱“北元化工”）聚氯乙烯項目聚合釜單釜加回收氯乙烯量平均為7 t，換算為氣態氯乙烯為2 502 m3，4 條線同時各有1 臺釜出料時回收氯乙烯達10 080 m3。 目前單釜出料回收時間平均為45 min；4 條線同時出料回收氣量最大值可達13 440 m3/h。 目前3 臺螺桿壓縮機與水環壓縮機配合使用不能完全滿足生產負荷要求， 為此北元化工進行了回收水環壓縮機性能提升改造，很好地解決了該問題。

1 鶴見壓縮機

1.1 工藝流程

來自氯乙烯回收氣柜的氯乙烯氣體經回收大管進入鶴見一級水環壓縮機升壓至100 kPa，進入二級水環壓縮機加壓至0.65 MPa， 后輸送至回收VCM冷凝器， 未冷凝的氯乙烯進入回收VCM 放空冷凝器，通過回收VCM 冷凝器和回收VCM 放空冷凝器冷凝液化后的液態氯乙烯進入傾析器， 液態氯乙烯最終進入回收單體貯槽供聚合釜使用。

1.2 主要設計參數（見表1）

表1 鶴見壓縮機設計參數

1.3 鶴見壓縮機工作原理

當葉輪轉動時，殼體內的水被葉片帶動甩出，受離心力影響壓向殼體的內表面，水層與殼體同心，與葉輪偏心。 這樣，葉輪上方葉片插入水層最深，下方葉片插入水層最淺， 其他方位葉片插入水層是逐漸由深變淺或由淺變深， 相鄰兩個葉片之間的空間形成氣缸，隨著葉輪的旋轉，氣缸中水多時氣體受壓體積減小，氣缸中水少時氣壓減小體積增大，從相對運動來看，水就像活塞一樣，沿著葉片上下移動，形成吸排氣。 因此，當葉輪旋轉時，氣體通過殼體的吸入口進入殼體， 再從孔板的吸氣口導向進入葉輪葉片間，并在移動過程中經膨脹和壓縮后，從孔板排氣口導向出殼體的排口。

1.4 鶴見壓縮機本機聯鎖保護

1.4.1 一級壓縮機聯鎖停機

（1）壓縮機出口溫度變送器TT1301A/TT2301A≥70 ℃。

（2）壓縮機工作液流量變送器FT1301A/FT2301A≤150 L/min。

（3）機封沖洗液出口壓力變送器PT1302A/PT2302A≤120 kPa。

（4）氣柜液位LI1301A/B/C 三選二＜15%。

（5）氣柜出口壓力PI1301/1312＜0.5 kPa。

（6）電機繞組溫度PT100≥155 ℃。

（7）電機軸承溫度PT100≥95 ℃。

1.4.2 二級壓縮機聯鎖停機

（1）壓縮機出口溫度變送器TT1301B/TT2301B≥75 ℃。

（2）壓縮機工作液流量變送器FT1301B/FT2301B≤140 L/min。

（3）機封沖洗液出口壓力變送器PT1302B/PT2302B≤710 kPa。

（4）氣柜液位LI1301A/B/C 三選二＜15%。

（5）氣柜出口壓力PI1301/1312＜0.5 kPa。

（6）電機繞組溫度PT100≥155 ℃。

（7）電機軸承溫度PT100≥95 ℃。

1.5 鶴見壓縮機優點

鶴見壓縮機密封性好，壓縮能力強，同時鶴見壓縮機本機聯鎖多，實現壓縮機本質安全。

1.6 鶴見壓縮機缺點

（1）能耗高。 單套鶴見壓縮機電耗為842.57 kW·h；單臺螺桿壓縮機電耗為500 kW·h， 單臺水環壓縮機電耗為400 kW·h；較螺桿壓縮機單耗多消耗342.57 kW·h，較水環壓縮機單耗多消耗442.57 kW·h。

（2）易導致薄弱環節泄漏。鶴見壓縮機密封性較好，壓縮能力較強，導致回收冷凝器中的惰性氣體容易集聚，造成回收管線憋壓，易造成冷凝器安全閥超壓泄漏或回收管線及設備薄弱環節超壓泄漏。

（3）操作要求較高。鶴見壓縮機運行方式為串接使用，本機聯鎖較多，對崗位控制人員的業務能力要求較高。

1.7 改造方案

將AB 線現有水環壓縮機設備拆除， 各更換一組日本鶴見水環壓縮機， 進口增加籃式過濾器及阻聚劑管線，出口與原進AB 線VCM 冷凝器進口管線相連。 電氣儀表控制利用原壓縮機的電纜， 重新組態。 設備在原基礎上進行修改。

2 測試程序

2.1 啟動前準備工作

（1）對聯軸器手動盤車兩三圈，確認電機、泵體無卡阻。

（2）檢查壓縮機前后軸承油位在1/2~2/3。

（3）確認氣柜壓力PI-1301.PV≥1.0 kPa。

（4）確認回收VCM 傾析器液位LI-1309.PV≤80%。

（5）確認回收VCM 放空冷凝器液位LIC-1311.PV≥15%。

（6）確認氣柜液位LI-1301A.PV>15%。

（7）打開一級壓縮機分離器補水閥門XV-1306A2/XV-2306A2 補水至分離罐液位變送器LT1306A/LT2306A 顯示（34%~44%）2.7~3.5 kPa 停止補水。 當液位穩定后啟動循環泵。

（8）打開二級壓縮機分離器補水閥門XV-1306B2/XV-2306B2 補水至分離罐液位變送器LT1306B/LT2306B 顯示（50%~60%）4.0~4.8 kPa 停止補水。

（9）連續水泵PU-1006 啟，打開機封冷卻水上回水閥門， 一級壓縮機機封水出口壓力變送器PT1302A/PT2302A 顯示≥200 kPa，二級壓縮機機封水出口壓力變送器PT1302B/PT2302B 顯示≥800 kPa。

（10）打開冷卻器CO-1301-4A/CO-1301-4B、CO-2301-4A/CO-2301-4B 循環水上回水閥門。

（11）上下游確認。 DCS 聯系電氣，確認啟動壓縮機并告知現場供料回收崗位人員。

2.2 壓縮機啟動

（1）條件滿足后，DCS 人員手動打開一級壓縮機回流閥PCV-1308A，點擊壓縮機啟動按鈕，啟動一級壓縮機。

（2）待一級壓縮機出口壓力PT-1308A＞0.1 MPa，壓縮機穩定運行后， 打開一級壓縮機出口進二級壓縮機手閥，緩慢關閉回流閥PCV-1308A。此時冷卻器回水調節閥TCV1301A/TCV2301A 投自動，控制循環冷卻水流量調節閥維持壓縮機出口溫度在50 ℃；排液開關閥XV1306A1/XV2306A1 投自動， 當分離器罐液位≥4.5 kPa 時打開排液閥，液位到3 kPa 時關閉；補液開關閥XV1306A2/XV2306A2 投自動，當分離器液位≤1.5 kPa 時打開補液閥， 液位到3 kPa 時關閉；回流調節閥PCV1308A/PCV2308A 投自動，當壓縮機出口壓力≥150 kPa 時控制回流閥調節閥維持出口壓力100 kPa。

（3）DCS 人員手動打開二級壓縮機回流閥PCV-2308A，點擊壓縮機啟動按鈕，啟動二級壓縮機。

（4）待二級壓縮機出口壓力PT-2308A＞0.7 MPa，壓縮機穩定運行后， 打開二級壓縮機出口閥XV-1303A，緩慢關閉回流閥PCV-2308A。此時冷卻器回水調節閥TCV1301B/TCV2301B 投自動， 控制循環冷卻水流量調節閥維持壓縮機出口溫度在60 ℃；排液開關閥XV1306B1/XV2306B1 投自動， 當分離器罐液位≥5.5 kPa 時打開排液閥， 液位到4.3 kPa 時關閉；補液開關閥XV1306B2/XV2306B2 投自動，當分離器罐液位≤2 kPa 時打開補液閥，液位到4.3 kPa時關閉； 氣柜液位調節閥LCV1308B/LCV2308B 投自動，控制回流閥維持氣柜液位在30%。

（5）將回收VCM 放空冷凝器出口壓力PIC-1305.SV=NN3056（A 線0.05 MPa，B 線0.06 MPa）投自動。

（6）冷媒液位LIC-1311.SV=25%投自動，回收VCM放空冷凝器的出口壓力PIC-1304.SV=0.62 MPa（根據系統運行進行調整） 投自動。 20 s 后， 檢查PI-1302A 大于0.7 MPa 后，壓縮機啟動完成。 壓縮機啟動后調用阻聚劑加入程序。

（7）傾析器出口閥XV-1310 開，R-VCM 輸送閥XV-1311 關。

（8）傾析器液位LI-1309.PV≥15%。

（9）當以上條件滿足后，“R-VCM COOLING START”前的圓點變黃，啟動冷卻程序。

（10）如果壓縮機是第一次啟動，那么冷卻條件滿足后自動調用冷卻程序。 如果壓縮機在啟動中“R-VCM COOLING START”前的圓點變黃，DCS 操作人員點擊“R-VCM COOLING START”，冷卻開始。

（11）回收VCM 循環冷卻調節閥FIC-1306 全開，回收VCM 輸送泵PU-1303 啟，冷凍水調節閥TIC-1306 投自動， 用冷凍水冷卻至出口溫度TIC-1306為15 ℃，960 s 后檢查VCM 溫度是否小于20 ℃。

（12）當傾析器液位LI-1309≥40% 且TIC-1306≤16 ℃時，XV-1311 開，XV-1310 開，FIC-1306設定10 m3/h 投自動，開始輸送。

（13）待回收VCM 貯槽液位LI-1312＞85%，LI-1309.PV＜15%或TIC-1306.PV＞18 ℃時， 將FIC-1306 手動全開，XV-1311 關，輸送停。

A 線壓縮機運行正常時，B 線壓縮機啟動方式同上。

2.3 壓縮機停機

停壓縮機時， 首先打開一級壓縮機回流閥PCV1308A/PCV2308A、 二級壓縮機回流閥LCV1308B/LCV2308B，并停一、二級電動機， 然后關閉二級壓縮機出口閥門XV-1303A。同時，停阻聚劑計量泵，關閉工作液吸入口閥門。

2.4 緊急停車操作

（1）現場崗位人員手動點停二級壓縮機和一級壓縮機，同時關閉壓縮機出口閥門。

（2）點停壓縮機后，關閉一二級壓縮機進口手閥，隨后點停阻聚劑加料泵。

（3）如長期停車，需將壓縮機水分離器內水排凈。

（4）當班班長或崗位人員向調度和工藝管理員匯報緊急停車情況。

3 鶴見壓縮機測試數據和測試技術

根據4 月17 日至4 月19 日B 線鶴見壓縮機測試結果（見表2）B 線鶴見壓縮機抽氣量已達到設計要求3 600 m3/h；A 線鶴見壓縮機從4 月24 日至4 月27 日測試結果（見表3），A 線鶴見壓縮機抽氣量已達到設計要求3 600 m3/h。

表2 B線回收水環壓縮機性能提升改造項目測試記錄

表3 A線回收水環壓縮機性能提升改造項目測試記錄表

聚合尾氣送壓縮C 回收氣量明顯降低，目前二期聚合CD 線送壓縮C 尾氣手閥分別開1/3，一期聚合尾氣、聚合E 線尾氣、ABCD 線聚合釜排氮氣進入二期變壓吸附，變壓吸附處于滿負荷運行狀態（水環壓縮機改造前回收系統運行情況： 二期聚合CD 線送壓縮C 尾氣手閥分別全開，一期聚合尾氣、聚合E線尾氣、ABCD 線聚合釜排氮氣體進入二期變壓吸附，變壓吸附處于滿負荷運行狀態，變壓吸附設計處理能力為300 m3/h）。

4 存在問題

（1）AB 線鶴見壓縮機二級出口壓力無高報停機聯鎖， 當回收氣量大時易導致二級壓縮機防爆膜爆破，安全閥起跳。

（2）一級壓縮機回流管線回流量不足，當二級壓縮機跳停時，一級壓縮機出口壓力持續升高，易導致一級壓縮機防爆膜爆破（一級壓縮機回流管線管徑為DN100，旁路為DN200）。

（3）鶴見壓縮機運行過程中，二級壓縮機出口壓力平均為0.60~0.70 MPa，聚合AB 線尾排壓力持續高于0.6 MPa 運行，造成進二期變壓吸附壓力高，影響回收系統整體運行。 AB 線尾排調節閥管徑為DN25， 按管徑計算AB 線尾排每小時最大送氣量為50 m3。 按回收氣純度92%計算，A 線平均抽氣量2 700 m3/h，B 線平均抽氣量2 900 m3/h，則每小時AB線送變壓吸附氣量為448 m3時才能滿足尾排降壓需求（聚合回收系統尾氣量每小時平均為688 m3，根據2 臺水環和1 臺螺桿運行尾氣量核算）。

5 改進措施

5.1 增加壓縮機出口高壓聯鎖

（1）如果鶴見壓縮機二級出口壓力≥710 kPa，那么二級壓縮機停機， 并關閉二級本機回流閥門和出口自動閥。 如果一級壓縮機出口壓力≥130 kPa，那么一級壓縮機停機， 并關閉一級壓縮機本機回流閥門。

（2）如果鶴見壓縮機一級出口壓力≥130 kPa，那么一級壓縮機停機，并關閉一級本機回流閥門；同時二級壓縮機停機， 并關閉二級壓縮機本機回流閥門和出口自動閥。

5.2 改進建議

（1）根據目前運行情況，一級壓縮機本機回流自動閥調節能力不足， 建議將本機回流閥旁路手閥改成自動調節閥或回流管線加大， 用于壓縮機開機過程中遠程手動調整。

（2）將AB 線尾排調節閥管徑由DN25 改為DN100，同時提高二期變壓吸附處理能力。

（3）在一級壓縮機出口與二級壓縮機進口管道上增加止回閥， 防止壓縮機停機或一級壓縮機故障停時，二級壓縮機出口高壓倒竄至一級壓縮機出口，導致一級壓縮機出口壓力高于爆破片和安全閥起跳壓力，造成氯乙烯泄漏。

6 成本核算

6.1 電耗

單套鶴見壓縮機電耗為842.57 kW·h； 單臺螺桿壓縮機電耗為500 kW·h；較螺桿壓縮機單耗多消耗342.57 kW·h，按全年運行8 000 h，每度電0.3 元計算，2 臺壓縮機全年額外消耗164.44 萬元。

6.2 降低水環壓縮機及螺桿壓縮機維修費用

（1）原設計回收水環壓縮機8 臺，由于壓縮機實際運行達不到設計能力而技改增加了4 臺， 后將3 臺合成螺桿壓縮機（BCD 線5 號螺桿壓縮機）技改后給聚合回收氯乙烯使用，檢修維護費用高。

（2） 存在問題包括壓縮機泵體有輕微腐蝕漏水，葉輪和分配板腐蝕磨損，機封泄漏。 每年平均有6 臺水環壓縮機需分別更換一次泵體、葉輪、分配板和2 套機封 （單臺螺桿壓縮機維保時需開啟兩條線的水環壓縮機，合計6 臺）。 平均每臺壓縮機每年消耗備件費用為91 000 元，6 臺合計費用為546 000 元。

（3）由于聚合回收氯乙烯氣內含有雜質和高沸物，螺桿壓縮機每臺每年維保費用83.3 萬元，維修費用高（根據2019-2020 年維保費用總和平均所得）。

綜上所述， 水環壓縮機和螺桿壓縮機每年維保費用合計為221.2 萬元（目前改造2 臺水環壓縮機，使用1 臺螺桿壓縮機，另外1 臺抽回收氣備用）。

7 結語

通過將原有水環壓縮機改造為鶴見水環壓縮機運行后，聚合尾氣送壓縮C 回收氣量在原來的基礎上降低了2/3，同時鶴見壓縮機改造運行后每年節約維修成本約56.76 萬元，且減少了危險性作業次數，降低了作業風險。