趙忠峰

(新疆兵團(tuán)現(xiàn)代綠色氯堿化工工程研究中心(有限公司),新疆 石河子 832000)

PVC是重要的有機(jī)合成材料，廣泛用于工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)、日用生活、包裝、電力、公用事業(yè)等領(lǐng)域。從產(chǎn)品分類看，PVC屬于三大合成材料(合成樹脂、合成纖維、合成橡膠)中的合成樹脂類，全球產(chǎn)銷量僅次于聚乙烯，我國是全球最大的PVC生產(chǎn)和消費(fèi)國。

在電石法PVC生產(chǎn)工藝中，氯化氫和乙炔在轉(zhuǎn)化器內(nèi)發(fā)生乙炔氫氯化反應(yīng)合成氯乙烯是整個(gè)工藝的核心部分。轉(zhuǎn)化器是PVC生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，而熱水泵又是給轉(zhuǎn)化器提供熱水循環(huán)能量的動(dòng)力設(shè)備，對轉(zhuǎn)化器的穩(wěn)定運(yùn)行起著保駕護(hù)航的作用。

1 系統(tǒng)介紹

新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司所用的FZA250-4400BC型熱水泵由新疆蘭泵節(jié)能科技有限公司生產(chǎn)，為滿足熱水溫度95～140 ℃的工藝控制要求，該熱水泵機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對比較復(fù)雜，廠家設(shè)計(jì)了2路冷卻水系統(tǒng)，全部采用一次水作為冷卻介質(zhì)。一路冷卻水進(jìn)入機(jī)械密封冷卻室，冷卻完機(jī)械密封后，與熱水泵進(jìn)口的介質(zhì)——95～140 ℃軟水進(jìn)行混合；另一路冷卻水冷卻完軸承以后，直接外排至廢水池，未進(jìn)行循環(huán)利用。由于一次水壓力大部分時(shí)間低于0.4 MPa,冷卻機(jī)械密封的冷卻水難以進(jìn)入機(jī)械密封冷卻室，造成機(jī)械密封冷卻不徹底，影響機(jī)械密封的使用壽命。為提高一次水的壓力，新增1臺(tái)增壓泵，達(dá)到了冷卻機(jī)械密封的目的。

2 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題

新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司共計(jì)安裝2臺(tái)該型號(hào)熱水泵，自2013年投入運(yùn)行以來，其與其他型號(hào)的熱水泵相比有許多優(yōu)點(diǎn)。但是經(jīng)過近3年的運(yùn)行實(shí)踐證明，該冷卻水系統(tǒng)仍存在不足之處，詳細(xì)描述如下。

(1)一路一次水冷卻機(jī)械密封，從冷卻水管進(jìn)入熱水泵進(jìn)口管路，與熱水泵進(jìn)口管內(nèi)的95～140 ℃軟水進(jìn)行混合，容易降低軟水的純度，增加軟水的硬度，造成軟水的水質(zhì)變差，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致熱水槽內(nèi)軟水液位上升。為防止熱水槽液位升高，須經(jīng)常排出熱水槽中的軟水以降低液位，從而造成軟水中的高溫阻垢緩蝕劑濃度逐漸降低。為提高高溫阻垢緩蝕劑的濃度，須重新進(jìn)行補(bǔ)加，造成藥劑的浪費(fèi)。

(2)另一路一次水冷卻熱水泵軸承，從熱水泵冷卻水進(jìn)口管進(jìn)入，再從熱水泵冷卻水出口管流出，直接排入廢水池，中和至中性后打入排水地溝，未進(jìn)行回收利用，造成一次水和軟水的浪費(fèi)，運(yùn)行成本高昂。

(3)現(xiàn)場操作人員在維護(hù)生產(chǎn)裝置正常運(yùn)行的同時(shí)，還須承擔(dān)熱水槽排水和廢水池排廢水的工作，勞動(dòng)強(qiáng)度較大。

(4)若機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)造成FZA250-4400BC型熱水泵運(yùn)行不穩(wěn)定，導(dǎo)致氯乙烯合成工段轉(zhuǎn)化器熱水循環(huán)中斷，使PVC裝置生產(chǎn)負(fù)荷降低，影響PVC產(chǎn)量達(dá)標(biāo)。

(5)FZA250-4400BC型熱水泵冷卻系統(tǒng)的缺陷主要在于生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)時(shí)未考慮到冷卻介質(zhì)會(huì)與工藝介質(zhì)混合，容易造成熱水泵內(nèi)的軟水水質(zhì)變差，影響轉(zhuǎn)化器的正常使用，同時(shí)未考慮到會(huì)造成一次水、軟水和高溫阻垢緩蝕劑的浪費(fèi)。

3 改進(jìn)方案

板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換，板式換熱器是液-液、液-氣進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備，具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)，在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3～5倍，占地面積為管式換熱器的1/3[1]，熱回收率可高達(dá)90%以上。經(jīng)過分析研究后，新疆天業(yè)(集團(tuán))有限公司決定調(diào)撥1臺(tái)閑置的板式換熱器冷卻熱水泵內(nèi)的95～140 ℃軟水，冷卻后的軟水再對機(jī)械密封進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入熱水泵進(jìn)口管路，與熱水泵的進(jìn)口軟水進(jìn)行混合，最終實(shí)現(xiàn)自身密閉循環(huán)，達(dá)到冷卻機(jī)械密封的目的，并優(yōu)化了設(shè)備的冷卻方式，節(jié)約了軟水、一次水和高溫阻垢緩蝕劑的使用量。熱水泵冷卻水系統(tǒng)改造前后的方案如圖1、圖2、圖3所示。

(1)采用板式換熱器對熱水泵機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行改造。從生產(chǎn)系統(tǒng)零解吸工段循環(huán)水上水總管引出一路DN25循環(huán)水，通過板式換熱器將從熱水泵引出的一路管徑為DN25管道內(nèi)的95～140 ℃熱水進(jìn)行冷卻，降溫后的熱水進(jìn)入熱水泵，用于冷卻機(jī)械密封，然后進(jìn)入熱水泵進(jìn)口與熱水混合。冷卻后的循環(huán)水通過DN25管線返回至零解吸工段循環(huán)水回水總管。機(jī)械密封冷卻水和循環(huán)水都可以實(shí)現(xiàn)密閉循環(huán)利用。

圖1 改造前機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)簡圖Fig.1 Diagram of unimproved mechanical seal cooling water system

圖2 改造后軸承冷卻水系統(tǒng)簡圖Fig.2 Improved bearing cooling water system

圖3 改造后機(jī)械密封冷卻水系統(tǒng)簡圖Fig.3 Diagram of improved mechanical seal cooling water system

(2)熱水泵房外設(shè)置1個(gè)軟水罐，通過立式增壓泵將軟水罐中的軟水輸送至熱水泵泵殼，對熱水泵軸承進(jìn)行冷卻，冷卻后的軟水通過橡膠軟管返回軟水罐實(shí)現(xiàn)密閉循環(huán)使用。根據(jù)初步試驗(yàn)的結(jié)果，使用效果良好。

4 改進(jìn)的可行性分析

改進(jìn)后的熱水泵冷卻系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一次水、軟水的密閉循環(huán)利用，避免高溫阻垢緩蝕劑的浪費(fèi)；減少熱水槽排出軟水和廢水池打廢水的次數(shù)，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；降低一次水、軟水和高溫阻垢緩蝕劑的用量，降低生產(chǎn)裝置的運(yùn)行成本；避免一次水和熱水槽中軟水的混合，同時(shí)可以提高熱水槽中軟水的水質(zhì)，而且機(jī)械密封冷卻水和軸承冷卻水的溫度都可以滿足低于90 ℃的控制溫度要求，保證熱水泵和轉(zhuǎn)化器的運(yùn)行安全，確保PVC生產(chǎn)系統(tǒng)的正常生產(chǎn)[2]。

5 改進(jìn)后的效果分析

實(shí)際運(yùn)行效果證明，采用改造后的冷卻系統(tǒng)，徹底取消了熱水槽排出軟水和廢水池打廢水的操作，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率和裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

(1)水耗降低。改造后的熱水泵冷卻水系統(tǒng)每天減少一次水、軟水的使用量88 m3，每年減少一次水、軟水的使用量為88×30×12=31 680 (m3)。1 m3軟水成本費(fèi)用為2.58元，經(jīng)計(jì)算每年減少的一次水和軟水費(fèi)用為：2.58×31 680=8.17(萬元)。

(2)高溫阻垢緩蝕劑用量減少。熱水槽在減少排出軟水次數(shù)的同時(shí)，可以大大降低高溫阻垢緩蝕劑的使用量，降低生產(chǎn)裝置運(yùn)行成本，每天減少軟水的使用量8.68 m3，每年減少軟水的使用量為8.68×30×12=3 124.8 (m3)≈3 124.8 (t)，1 t軟水須加入3 kg高溫阻垢緩蝕劑，高溫阻垢緩蝕劑成本為1.8萬元/t，經(jīng)計(jì)算每年減少的高溫阻垢緩蝕劑費(fèi)用為3 124.8×3×1.8÷1 000≈16.87(萬元)。

(3)人工成本降低。原先運(yùn)行班組每個(gè)班須配備2人進(jìn)行操作，其中1人要專門負(fù)責(zé)熱水槽排水、加軟水、打廢水和補(bǔ)加高溫阻垢緩蝕劑的工作。實(shí)施熱水泵冷卻水系統(tǒng)改造方案以后，可以實(shí)現(xiàn)每班減員1人，4個(gè)班減員4人，每人每月人工成本為4 000元。經(jīng)計(jì)算每年減少的人工成本為4×4 000×12=19.2(萬元)。

以上3項(xiàng)每年共計(jì)節(jié)約管理費(fèi)用44.24萬元。

6 結(jié)語

FZA250-4400BC型熱水泵冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案實(shí)施以后，有效降低了熱水泵運(yùn)行時(shí)的物料消耗和人工管理費(fèi)用，從根本上消除了設(shè)備運(yùn)行的不安全因素，提高了PVC生產(chǎn)中氯乙烯合成工段轉(zhuǎn)化器運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，具有投資少、見效快、效果好、工作量小的優(yōu)勢，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉志英.板式換熱器基本特性分析[J].工程技術(shù)與設(shè)備，2014(11):317，57．

[2] 鄒小強(qiáng), 鍋爐給水泵組軸端密封循環(huán)液冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)[J].寧夏電力，2005(3)：34-35.