史曉燕

(中國(guó)成達(dá)工程有限公司，四川 成都 610041)

1 引言

燒堿是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)性化工原材料，我國(guó)是燒堿生產(chǎn)大國(guó)。燒堿作為氯堿化工的重要組成部分，其下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。過(guò)去幾年時(shí)間，下游行業(yè)需求不斷增長(zhǎng)，拉動(dòng)氯堿行業(yè)的快速發(fā)展，燒堿整體需求也不斷提升。燒堿裝置單條線規(guī)模也由以前常規(guī)的15～20萬(wàn)t/a逐步提升至25～30萬(wàn)t/a甚至35～40萬(wàn)t/a。

因燒堿裝置建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，目前氯氣干燥通常推薦采用干燥塔+泡罩塔工藝技術(shù)，氯氣干燥效率高(可使氯氣中含水小于10ppm)，因而大大延長(zhǎng)了后續(xù)設(shè)備操作運(yùn)行壽命，減少了維修工作量。考慮到大型燒堿裝置的節(jié)能和易操作性，離心式氯氣壓縮機(jī)也因此得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)燒堿的用戶所使用的氯氣壓縮機(jī)主要以進(jìn)口機(jī)型為主，隨著國(guó)產(chǎn)化的必然發(fā)展趨勢(shì)，部分用戶也會(huì)使用國(guó)產(chǎn)機(jī)型，但同時(shí)為能保證工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性，做到萬(wàn)無(wú)一失，會(huì)同時(shí)考慮增加一臺(tái)國(guó)產(chǎn)或進(jìn)口機(jī)型作為備機(jī)使用。

2 氯氣壓縮機(jī)選型關(guān)鍵點(diǎn)分析

2.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

氯氣壓縮機(jī)采用離心式壓縮機(jī)，工藝流程上為單臺(tái)操作，無(wú)備機(jī)；其入口壓力為微正壓(采用正壓流程主要是為了防止?jié)窨諝膺M(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部從而造成腐蝕)，因燒堿下游聚氯乙烯專利商對(duì)氯氣壓力的要求各不相同，故氯氣壓縮機(jī)的出口壓力也有所差別：通常出口壓力0.25～0.35 MPa(A)居多，部分專利商要求的出口壓力可達(dá)0.55 MPa(A)、0.7～0.75 MPa(A)。氯氣壓縮機(jī)的單臺(tái)氣量則依據(jù)燒堿單條線的設(shè)計(jì)規(guī)模而定，5000～15000 N·m3/h不等。

氯氣壓縮機(jī)的輸送氣體組分大體為(V%)：97%～98%Cl2、1%O2、其余為少量的N2、H2、CO2和H2O，氯氣含水量控制在50 ppm以下。氯氣含水量的控制對(duì)氯氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行非常關(guān)鍵，為了防止?jié)衤葰鈱?duì)壓縮機(jī)造成破壞性的腐蝕，通常會(huì)在壓縮機(jī)的氯氣進(jìn)氣總管線安裝氯氣含水在線分析儀并進(jìn)行壓縮機(jī)聯(lián)鎖保護(hù)，隨時(shí)對(duì)氯氣含水量做到有效的監(jiān)測(cè)和控制。

2.2 結(jié)構(gòu)型式

目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)選用氯氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式為單缸多級(jí)式離心壓縮機(jī)，齒輪箱傳動(dòng)，機(jī)組為雙層布置，缸體為水平剖分式，此種結(jié)構(gòu)型式的壓縮機(jī)主要為國(guó)產(chǎn)機(jī)型和德國(guó)產(chǎn)機(jī)型。

據(jù)了解，國(guó)內(nèi)也有一部分燒堿單條線規(guī)模約10～15萬(wàn)t/a的用戶曾經(jīng)采用的氯氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式為多級(jí)內(nèi)增速齒輪結(jié)構(gòu)的離心式壓縮機(jī)，即整體齒式離心壓縮機(jī)，產(chǎn)自日本，機(jī)組單層布置，缸體為垂直剖分式。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)也有一小部分燒堿單線規(guī)模10萬(wàn)t/a以下的用戶曾使用過(guò)國(guó)產(chǎn)整體齒式離心壓縮機(jī)。

2.3 材質(zhì)

氯氣壓縮機(jī)的過(guò)流部件選用材質(zhì)：就目前而言，缸體和隔板通常采用灰鑄鐵居多，葉輪選用不銹鋼或合金鋼，軸則采用合金鋼或高強(qiáng)度合金鋼等材質(zhì)。

2.4 密封

離心式壓縮機(jī)的軸端密封型式很多，有迷宮密封、碳環(huán)密封和干氣密封等。但由于氯氣介質(zhì)的特殊性，性能可靠的帶有充抽氣的三腔式迷宮密封則被大多數(shù)國(guó)內(nèi)外氯氣壓縮機(jī)的生產(chǎn)廠家使用，這種密封為非磨擦式，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱；既安全，泄漏量很小，又不影響氯氣純度，免維護(hù)；用干燥氮?dú)饣騼x表風(fēng)作為緩沖氣。內(nèi)腔用于平衡壓力，中間腔可以將緩沖氣與氯氣的混合氣排到用戶的廢氣處理工序，外腔用干燥氮?dú)饣騼x表風(fēng)作為隔離氣；內(nèi)腔和中間腔之間通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥保持恒定的壓差，保證空氣不會(huì)漏入密封腔，同時(shí)還能控制緩沖氣的用量。

另外，為保證氯氣壓縮機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，還應(yīng)防止氯氣串入潤(rùn)滑油系統(tǒng)造成潤(rùn)滑油的污染(會(huì)生成有機(jī)氯烴化合物，使?jié)櫥蜑r青化和膠化，潤(rùn)滑油會(huì)加快氧化變質(zhì)，顏色變黑，酸值增大，出現(xiàn)黑色的沉淀物和懸浮物；如果繼續(xù)使用污染潤(rùn)滑油則會(huì)引起軸承腐蝕，軸瓦溫度升高，軸振動(dòng)加劇直至最終導(dǎo)致壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車(chē)[1])。通常，會(huì)在機(jī)殼與軸承間設(shè)置單獨(dú)的緩沖氣氣封系統(tǒng)。

日本機(jī)型使用的軸端密封則為多組碳環(huán)密封，并采用低壓氮?dú)庾鳛槊芊鈿?。碳環(huán)密封系統(tǒng)包括各級(jí)平衡管線，密封氣去火炬管線和密封氣充氣管線。密封氣壓力采用氣動(dòng)壓差調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證密封氣壓力高于中間去火炬氣壓力，確保工藝介質(zhì)無(wú)泄漏。

2.5 氣量調(diào)節(jié)方式

氯氣壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家通常提供了進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉及其自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因這種方法符合“高效，經(jīng)濟(jì)節(jié)能”的要求。使用進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉在正常運(yùn)行工況下可減少壓縮機(jī)進(jìn)口流量，從而節(jié)省功耗；同時(shí)采用0～100%的旁路調(diào)節(jié)方式。日本整體齒式機(jī)型則不采用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，只通過(guò)0～100%的旁路回流調(diào)節(jié)方式。

采用進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉的氯氣壓縮機(jī)，進(jìn)口導(dǎo)葉可以根據(jù)進(jìn)口壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制電解槽氫氣和氯氣總管的壓差值。另外，關(guān)小進(jìn)口導(dǎo)葉閥會(huì)使壓縮機(jī)性能曲線向小流量區(qū)移動(dòng)，不易造成壓縮機(jī)喘振[2]。

2.6 潤(rùn)滑油系統(tǒng)

關(guān)于潤(rùn)滑油系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)外氯氣壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家都會(huì)統(tǒng)一配置了雙聯(lián)冷卻器和雙聯(lián)油過(guò)濾器；主油泵為軸頭泵或由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輔油泵為電機(jī)驅(qū)動(dòng)；采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主油泵則需配置高位油箱，以保證機(jī)組能滿足惰走狀態(tài)下的供油和時(shí)間要求。

2.7 氯氣冷卻器

氯氣冷卻器是氯氣壓縮機(jī)組中最重要的輔助設(shè)備。氯氣冷卻器泄漏也曾是比較常見(jiàn)的故障之一[3-4]，是對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行的一大威脅，故氯氣冷卻器的合理設(shè)計(jì)、高質(zhì)量制造以及后續(xù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪\(yùn)行操作程序都顯得尤為關(guān)鍵。氯氣含水量的控制，循環(huán)冷卻水中的游離氯含量的控制以及冷卻器結(jié)構(gòu)型式和材料選擇方面都不可來(lái)得半點(diǎn)馬虎。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著燒堿裝置單條線規(guī)模的逐步擴(kuò)大，或是氯氣壓縮機(jī)排出壓力要求較為苛刻的前提下，氯氣壓縮機(jī)的合理選型值得進(jìn)一步深入推敲。另外，近幾年由于疫情的困擾，進(jìn)口機(jī)型的交貨周期長(zhǎng)及備品備件價(jià)格高等因素，也迫使我們不得不再次加大氯氣壓縮機(jī)國(guó)產(chǎn)化的步伐，爭(zhēng)取早日發(fā)揮出國(guó)產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量高、供貨周期短、維護(hù)費(fèi)用低等絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。本文提到的氯氣壓縮機(jī)選型應(yīng)考慮的主要因素，也希望能以此作為今后類(lèi)似機(jī)組選型的借鑒和參考。