黃小龍

(柳化氯堿有限公司燒堿分廠，廣西 柳州 545600)

【氯氫處理】

氯氣壓縮機(jī)工藝技術(shù)剖析和故障診斷

黃小龍

(柳化氯堿有限公司燒堿分廠，廣西 柳州 545600)

氯氣壓縮機(jī)；工藝技術(shù)；故障診斷

介紹氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)原理、流程和特點(diǎn)。解析氯氣壓縮機(jī)的相關(guān)技術(shù)知識，進(jìn)行故障診斷，加深對氯壓機(jī)系統(tǒng)的了解，以便更好操作和維護(hù)大型機(jī)組，保證其穩(wěn)定運(yùn)行。

氯氣壓縮機(jī)是氯堿企業(yè)中最重要的設(shè)備之一，是氯堿企業(yè)的心臟。氯壓機(jī)和電解槽連鎖，如果氯壓機(jī)出現(xiàn)故障停機(jī)，電解槽會連鎖停槽，將造成燒堿分廠全線停車。氯氣壓縮機(jī)能否正常運(yùn)行直接關(guān)系到氯堿企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。本文中通過解析氯壓機(jī)的相關(guān)技術(shù)知識，加深對氯壓機(jī)系統(tǒng)的認(rèn)識，當(dāng)氯壓機(jī)出現(xiàn)故障時能及時進(jìn)行處理，保證氯壓機(jī)實(shí)現(xiàn)長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)原理、流程和特點(diǎn)

1.1 氯壓機(jī)系統(tǒng)原理

氯氣壓縮機(jī)是一種具有渦輪的離心式壓縮機(jī)，借葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使氣體壓縮，其作用與液體輸送所用的離心泵或離心式風(fēng)機(jī)相似，因?yàn)闅怏w的壓縮消耗機(jī)械能并轉(zhuǎn)化為熱能，所以壓縮機(jī)每一段的壓縮比不能過大，并須在級間設(shè)置中間冷卻器以移去熱量，使氣體體積減小以利于壓縮過程的逐級進(jìn)行[1]。

氯氣壓縮機(jī)是大型氯堿廠最為適宜的氯氣輸送設(shè)備，其能耗低，按10萬t/a燒堿生產(chǎn)規(guī)模，每年氯氣壓縮機(jī)比系統(tǒng)納氏泵(液環(huán)壓縮機(jī))節(jié)電400萬kW·h以上。它的檢修周期長，一般在1年以上，運(yùn)行費(fèi)用也低。因其在壓縮過程中氯氣溫度較高，機(jī)械精度也比較高，所以對氯氣含水及其他雜質(zhì)的要求相應(yīng)提高，一般要求氯氣含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.01%以下。

廣西柳化氯堿有限公司(以下簡稱“廣西柳化氯堿”)20萬t/a燒堿工程項(xiàng)目的氯氣壓縮機(jī)采用德國西門子(原德國KKK公司)3(2)VRZ250/430G型透平機(jī)，項(xiàng)目于2010年1月建成投產(chǎn)至今，氯壓機(jī)沒有出現(xiàn)過大的機(jī)械故障，是因?yàn)槁葰鈮嚎s機(jī)采用一套完整保護(hù)措施。

該氯氣壓縮機(jī)為分為兩級壓縮，機(jī)組主要由腔體、兩級葉輪、變速箱、電動機(jī)、潤滑油站以及中后冷卻器構(gòu)成。因壓縮機(jī)輸送的介質(zhì)是劇毒物質(zhì)氯氣，空氣中允許的氯氣含量低于1 mg/m3，因此機(jī)封采用有3個氣室的雙迷宮密封，用干燥氮?dú)饣騼x表氣作為緩沖氣，中間的氣室將緩沖氣與泄漏氯氣的混合物排到廢氣處理系統(tǒng)，有效避免氯氣泄漏到空氣中。整個主機(jī)系統(tǒng)有63個連鎖保護(hù)參數(shù)，包括機(jī)組軸位移、軸振動、機(jī)組軸承溫度、電動機(jī)軸承和定子溫度、潤滑油溫度和壓力、吸氣排氣壓力、排氣流量、排氣溫度等監(jiān)測點(diǎn)；進(jìn)口導(dǎo)葉閥、機(jī)組自身回流閥由西門子PLC喘振控制器控制，真正做到了機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、壓力控制穩(wěn)定、操作簡單，同時有效保證了機(jī)組在使用中不會受到損壞。

氯壓機(jī)剖面圖見圖1。

西門子3(2)VRZ250/430G氯壓機(jī)報警連鎖保護(hù)參數(shù)見表1。

圖1 氯壓機(jī)剖面圖Fig.1 Sectional view of chlorine compressor

表1 氯壓機(jī)連鎖報警停機(jī)表Table 1 Interlock alarming shutdown of chlorine compressor

壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)置氯氣回流調(diào)節(jié)的目的是防止壓縮機(jī)發(fā)生喘振及倒吸現(xiàn)象，并穩(wěn)定進(jìn)口總管氯氣壓力以保證電解槽平穩(wěn)運(yùn)行。將壓縮后的部分氯氣回流到壓縮機(jī)一級入口或干燥塔進(jìn)口，以保證氯氣連續(xù)壓送。另外還配有潤滑油、密封氣、儀表、電氣等系統(tǒng)。氯壓機(jī)軸承和增速器采用透平機(jī)油無間斷進(jìn)行潤滑，以保證機(jī)組安全正常運(yùn)行。密封氣(氮?dú)?來自空壓站，供氯氣壓縮機(jī)隔離室密封充氣用。隔離氣(儀表空氣)也來自空壓站，供油箱和軸套用，以防止氯氣自缸內(nèi)溢出污染潤滑油和環(huán)境。儀表系統(tǒng)主要是全面監(jiān)視壓縮機(jī)進(jìn)出口和各級之間氯氣溫度、壓力值，掌握壓縮機(jī)及中間冷卻器運(yùn)轉(zhuǎn)情況，自動調(diào)節(jié)壓縮機(jī)出口至進(jìn)口回流量，以穩(wěn)定氯氣干燥系統(tǒng)的壓力，避免壓縮機(jī)發(fā)生喘振。提供壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需壓力的潤滑油。提供密封所需壓力平穩(wěn)的密封氣。用軸位移指示儀指出壓縮機(jī)軸承縱向位移值，用振動指示儀指出壓縮機(jī)的振動情況。這些任務(wù)是靠儀表自動調(diào)節(jié)連鎖來實(shí)現(xiàn)的。

1.2 氯壓機(jī)系統(tǒng)流程和機(jī)組特點(diǎn)

氯氣壓縮機(jī)流程如圖2所示。

圖2 氯氣壓縮機(jī)流程圖Fig.2 Process flow diagram of chlorine compressor

由圖2可知：含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.01%，不含鹽霧、硫酸液滴、有機(jī)雜質(zhì)，含氯體積分?jǐn)?shù)約98%的干燥氯氣壓力不低于0.01 MPa，進(jìn)入氯氣透平壓縮機(jī)一級入口，經(jīng)一級葉輪壓縮后，氯氣進(jìn)入中間冷卻器，冷卻后氯氣進(jìn)入壓縮機(jī)二級入口壓縮，出來的氯氣進(jìn)入后冷卻器，出后冷卻器的氯氣壓力達(dá)到0.3 MPa，進(jìn)入到氯氣分配臺至各用氯工序。

從離子膜電解槽到總管的氯氣壓力由氯壓機(jī)控制。穩(wěn)定氯壓機(jī)進(jìn)口的氯氣壓力主要通過控制氯壓機(jī)自我保護(hù)裝置中的防喘振控制閥即回流閥來實(shí)現(xiàn)。氯氣流量低于設(shè)定值時，防喘振控制閥開啟補(bǔ)充進(jìn)口流量；流量大時，防喘振控制閥關(guān)小，減少補(bǔ)氣量；氯氣流量達(dá)到機(jī)組設(shè)計(jì)能力時，防喘振控制閥關(guān)閉。防喘振控制閥由防喘振控制器自動控制，用來保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

在壓縮機(jī)一級葉輪前裝有入口導(dǎo)葉閥，用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的工作能力，導(dǎo)葉閥由安裝在機(jī)體上的氣動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制，由PLC系統(tǒng)調(diào)節(jié)也可以遠(yuǎn)傳到主控室DCS進(jìn)行調(diào)節(jié)。在運(yùn)行過程中采用氯氣壓縮機(jī)控制離子膜電解槽氫氣和氯氣總管壓差在4 kPa左右。氯壓機(jī)通過入口導(dǎo)葉閥來調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力，進(jìn)氣壓力的降低直接影響到壓縮機(jī)排氣壓力，使壓縮機(jī)性能曲線下移，調(diào)節(jié)進(jìn)口實(shí)際上是改變了壓縮機(jī)的性能曲線，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

西門子VRZ250/430G壓縮機(jī)在不同流量下的壓力曲線如圖3所示，西門子VRZ250/430G壓縮機(jī)在不同流量下的功率曲線如圖4所示。

圖3 西門子VRZ250/430G壓縮機(jī)在不同流量下的壓力曲線圖Fig.3 Pressure-flow curve of Siemens compressor VRZ250/430G

和普通壓縮機(jī)相比，進(jìn)口導(dǎo)葉閥調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性較好。對某壓縮機(jī)進(jìn)行的測試表明，在流量變化范圍為60%～80%時，進(jìn)口節(jié)流比出口節(jié)流節(jié)省4%～5%的功率[2]。進(jìn)口導(dǎo)葉閥還有1個優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)葉閥關(guān)小會使壓縮機(jī)性能曲線向小流量區(qū)移動，因而可使壓縮機(jī)在更小的流量工況下工作，不易造成喘振。在機(jī)組入口壓力變化較小時，進(jìn)口導(dǎo)葉閥可以進(jìn)行微調(diào)，來保證機(jī)組入口壓力，導(dǎo)葉閥可以設(shè)置為自動調(diào)節(jié)也可以設(shè)置為手動調(diào)節(jié)。從氯氣出口管到進(jìn)口管裝有回流調(diào)節(jié)閥，當(dāng)系統(tǒng)氯氣壓力波動大如電解槽升降負(fù)荷時，可通過回流調(diào)節(jié)閥來穩(wěn)定進(jìn)口壓力。正常操作時，氯氣壓縮機(jī)入口壓力可設(shè)定為0 kPa，此時進(jìn)口導(dǎo)葉閥投入自動調(diào)節(jié)(進(jìn)口導(dǎo)葉閥在關(guān)閉狀態(tài)時，默認(rèn)在5%的閥位開度)。

圖4 西門子VRZ250/430G壓縮機(jī)在不同流量下的功率曲線圖Fig.4 Power-flow curve of Siemens compressor VRZ250/430G

2 氯氣壓縮機(jī)系統(tǒng)故障診斷

故障診斷是對機(jī)器進(jìn)行在線的、動態(tài)的監(jiān)測和診斷，使在運(yùn)行中或基本不拆設(shè)備的情況下，根據(jù)機(jī)器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)信號進(jìn)行采集、貯存、處理和分析，及時了解設(shè)備“健康”情況，對已形成或?qū)⒁纬傻墓收线M(jìn)行診斷，判斷故障的部位、性質(zhì)和程度，及其產(chǎn)生的原因，預(yù)測機(jī)器未來的技術(shù)情況，從而采取消除故障的措施，這就是現(xiàn)代機(jī)器故障診斷技術(shù)要從事的工作。氯氣壓縮機(jī)現(xiàn)已采用在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，進(jìn)行現(xiàn)場的連續(xù)監(jiān)測和計(jì)算機(jī)實(shí)時診斷和處理，遇到緊急情況能及時報警、監(jiān)控和連鎖停機(jī)[3]。

廣西柳化氯堿的氯壓機(jī)采用PLC系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時診斷和處理各個監(jiān)測點(diǎn)，能做到遇緊急情況及時報警、監(jiān)控和連鎖停機(jī)，有效保護(hù)大型機(jī)組實(shí)現(xiàn)長周期健康運(yùn)行。

氯壓機(jī)常見故障原因診斷及處理方法見表2。

表2 氯壓機(jī)常見故障原因診斷及處理方法Table 2 Causes, diagnosis and treatments of common fault of chlorine compressor

2014年7月，氯氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中發(fā)生報警，發(fā)現(xiàn)密封氣即氮?dú)饬髁吭黾?，并超過了29 m3/h，而且密封氣壓力降低，機(jī)組報警前密封氣壓力15 kPa，機(jī)組報警后密封氣壓力降至3 kPa。

分析原因是：機(jī)組自投產(chǎn)至今4年多時間，估計(jì)是因迷宮軸氣封磨損層磨損大，迷宮軸封間隙增加，導(dǎo)致了密封氣流量增加和密封氣壓力下降。由于生產(chǎn)需要和采購備件相關(guān)事宜，廣西柳化氯堿決定于2014年12月停車維修，在維修氯壓機(jī)時拆開機(jī)組檢查，發(fā)現(xiàn)迷宮軸氣封磨損層磨損嚴(yán)重，和新迷宮軸氣封磨損層相比分別如圖5、6所示。

維修更換迷宮軸氣封后，氯壓機(jī)再次運(yùn)行，迷宮密封氣流量降到了16 m3/h，密封氣壓力升到了15 kPa，報警消除，機(jī)組正常運(yùn)行。

圖5 舊迷宮軸氣封Fig.5 Original labyrinth gas seal for shaft

圖6 新迷宮軸氣封Fig.6 New labyrinth gas seal for shaft

3 結(jié)語

氯氣壓縮機(jī)價格非常昂貴，然而，其使用價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其自身價值，氯壓機(jī)的檢修費(fèi)用也是相當(dāng)可觀的。因此，在使用過程中要熟悉氯壓機(jī)相關(guān)技術(shù)知識，并能正確操作和故障診斷，提高氯壓機(jī)的檢修質(zhì)量，延長氯壓機(jī)運(yùn)行周期以降低維修成本，并保證企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 方度，蔣蘭蓀，吳正德.氯堿工藝學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990：358-360.

[2] 朱建兵，萬燃.西門子3k氯氣壓縮機(jī)在化工行業(yè)的應(yīng)用[J].中國化工貿(mào)易，2011(8)：135-136.

[3] 詹宏智. LLY-3700氯氣壓縮機(jī)檢修及故障診斷[C].第六屆全國設(shè)備維修與改造學(xué)術(shù)會議，2006：168-173.

[編輯：蔡春艷]

Analysis of chlorine compressor technology and fault diagnosis

HUANGXiaolong
(Guangxi Liuhua Chlor-Alkali Co. Ltd., Liuzhou 545600, China)

chlorine compressor; process technology; fault diagnosis

The principle, process and characteristics of chlorine compressor system were introduced. In order to operate and maintain the large-scale compressor well to ensure its stable running, technical knowledge related to chlorine compressor was analyzed, fault was diagnosed, and the understanding of chlorine compressor system was deepened.

黃小龍(1977—)，男，助理工程師，2001年畢業(yè)于廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院化工機(jī)械專業(yè)，2001—2006年在南寧化工股份有限公司負(fù)責(zé)設(shè)備管理工作，2006年至今在廣西柳化氯堿有限公司負(fù)責(zé)設(shè)備管理工作，現(xiàn)任廣西柳化氯堿有限公司燒堿分廠副廠長。

2017-02-02

TQ028.2

B

1008-133X(2017)04-0018-05