FZA250-4400BC型热水泵冷却水系统改造

赵忠峰

(新疆兵团现代绿色氯碱化工工程研究中心(有限公司),新疆 石河子 832000)

PVC是重要的有机合成材料，广泛用于工业、建筑、农业、日用生活、包装、电力、公用事业等领域。从产品分类看，PVC属于三大合成材料(合成树脂、合成纤维、合成橡胶)中的合成树脂类，全球产销量仅次于聚乙烯，我国是全球最大的PVC生产和消费国。

在电石法PVC生产工艺中，氯化氢和乙炔在转化器内发生乙炔氢氯化反应合成氯乙烯是整个工艺的核心部分。转化器是PVC生产过程中的关键设备，而热水泵又是给转化器提供热水循环能量的动力设备，对转化器的稳定运行起着保驾护航的作用。

1 系统介绍

新疆天业(集团)有限公司所用的FZA250-4400BC型热水泵由新疆兰泵节能科技有限公司生产，为满足热水温度95～140 ℃的工艺控制要求，该热水泵机械密封冷却水系统设计相对比较复杂，厂家设计了2路冷却水系统，全部采用一次水作为冷却介质。一路冷却水进入机械密封冷却室，冷却完机械密封后，与热水泵进口的介质——95～140 ℃软水进行混合；另一路冷却水冷却完轴承以后，直接外排至废水池，未进行循环利用。由于一次水压力大部分时间低于0.4 MPa,冷却机械密封的冷却水难以进入机械密封冷却室，造成机械密封冷却不彻底，影响机械密封的使用寿命。为提高一次水的压力，新增1台增压泵，达到了冷却机械密封的目的。

2 运行中发现的问题

新疆天业(集团)有限公司共计安装2台该型号热水泵，自2013年投入运行以来，其与其他型号的热水泵相比有许多优点。但是经过近3年的运行实践证明，该冷却水系统仍存在不足之处，详细描述如下。

(1)一路一次水冷却机械密封，从冷却水管进入热水泵进口管路，与热水泵进口管内的95～140 ℃软水进行混合，容易降低软水的纯度，增加软水的硬度，造成软水的水质变差，同时还会导致热水槽内软水液位上升。为防止热水槽液位升高，须经常排出热水槽中的软水以降低液位，从而造成软水中的高温阻垢缓蚀剂浓度逐渐降低。为提高高温阻垢缓蚀剂的浓度，须重新进行补加，造成药剂的浪费。

(2)另一路一次水冷却热水泵轴承，从热水泵冷却水进口管进入，再从热水泵冷却水出口管流出，直接排入废水池，中和至中性后打入排水地沟，未进行回收利用，造成一次水和软水的浪费，运行成本高昂。

(3)现场操作人员在维护生产装置正常运行的同时，还须承担热水槽排水和废水池排废水的工作，劳动强度较大。

(4)若机械密封冷却水系统出现故障，会造成FZA250-4400BC型热水泵运行不稳定，导致氯乙烯合成工段转化器热水循环中断，使PVC装置生产负荷降低，影响PVC产量达标。

(5)FZA250-4400BC型热水泵冷却系统的缺陷主要在于生产厂家设计机械密封冷却水系统时未考虑到冷却介质会与工艺介质混合，容易造成热水泵内的软水水质变差，影响转化器的正常使用，同时未考虑到会造成一次水、软水和高温阻垢缓蚀剂的浪费。

3 改进方案

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换，板式换热器是液-液、液-气进行热交换的理想设备，具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、应用广泛、使用寿命长等特点，在相同压力损失情况下，其传热系数比管式换热器高3～5倍，占地面积为管式换热器的1/3[1]，热回收率可高达90%以上。经过分析研究后，新疆天业(集团)有限公司决定调拨1台闲置的板式换热器冷却热水泵内的95～140 ℃软水，冷却后的软水再对机械密封进行冷却，然后进入热水泵进口管路，与热水泵的进口软水进行混合，最终实现自身密闭循环，达到冷却机械密封的目的，并优化了设备的冷却方式，节约了软水、一次水和高温阻垢缓蚀剂的使用量。热水泵冷却水系统改造前后的方案如图1、图2、图3所示。

(1)采用板式换热器对热水泵机械密封冷却水系统进行改造。从生产系统零解吸工段循环水上水总管引出一路DN25循环水，通过板式换热器将从热水泵引出的一路管径为DN25管道内的95～140 ℃热水进行冷却，降温后的热水进入热水泵，用于冷却机械密封，然后进入热水泵进口与热水混合。冷却后的循环水通过DN25管线返回至零解吸工段循环水回水总管。机械密封冷却水和循环水都可以实现密闭循环利用。

图1 改造前机械密封冷却水系统简图Fig.1 Diagram of unimproved mechanical seal cooling water system

图2 改造后轴承冷却水系统简图Fig.2 Improved bearing cooling water system

图3 改造后机械密封冷却水系统简图Fig.3 Diagram of improved mechanical seal cooling water system

(2)热水泵房外设置1个软水罐，通过立式增压泵将软水罐中的软水输送至热水泵泵壳，对热水泵轴承进行冷却，冷却后的软水通过橡胶软管返回软水罐实现密闭循环使用。根据初步试验的结果，使用效果良好。

4 改进的可行性分析

改进后的热水泵冷却系统可以实现一次水、软水的密闭循环利用，避免高温阻垢缓蚀剂的浪费；减少热水槽排出软水和废水池打废水的次数，降低操作人员的劳动强度；降低一次水、软水和高温阻垢缓蚀剂的用量，降低生产装置的运行成本；避免一次水和热水槽中软水的混合，同时可以提高热水槽中软水的水质，而且机械密封冷却水和轴承冷却水的温度都可以满足低于90 ℃的控制温度要求，保证热水泵和转化器的运行安全，确保PVC生产系统的正常生产[2]。

5 改进后的效果分析

实际运行效果证明，采用改造后的冷却系统，彻底取消了热水槽排出软水和废水池打废水的操作，降低了操作人员的劳动强度，提高了劳动生产效率和装置运行的经济效益。

(1)水耗降低。改造后的热水泵冷却水系统每天减少一次水、软水的使用量88 m3，每年减少一次水、软水的使用量为88×30×12=31 680 (m3)。1 m3软水成本费用为2.58元，经计算每年减少的一次水和软水费用为：2.58×31 680=8.17(万元)。

(2)高温阻垢缓蚀剂用量减少。热水槽在减少排出软水次数的同时，可以大大降低高温阻垢缓蚀剂的使用量，降低生产装置运行成本，每天减少软水的使用量8.68 m3，每年减少软水的使用量为8.68×30×12=3 124.8 (m3)≈3 124.8 (t)，1 t软水须加入3 kg高温阻垢缓蚀剂，高温阻垢缓蚀剂成本为1.8万元/t，经计算每年减少的高温阻垢缓蚀剂费用为3 124.8×3×1.8÷1 000≈16.87(万元)。

(3)人工成本降低。原先运行班组每个班须配备2人进行操作，其中1人要专门负责热水槽排水、加软水、打废水和补加高温阻垢缓蚀剂的工作。实施热水泵冷却水系统改造方案以后，可以实现每班减员1人，4个班减员4人，每人每月人工成本为4 000元。经计算每年减少的人工成本为4×4 000×12=19.2(万元)。

以上3项每年共计节约管理费用44.24万元。

6 结语

FZA250-4400BC型热水泵冷却水系统的优化改造方案实施以后，有效降低了热水泵运行时的物料消耗和人工管理费用，从根本上消除了设备运行的不安全因素，提高了PVC生产中氯乙烯合成工段转化器运行的安全性、稳定性和经济性，具有投资少、见效快、效果好、工作量小的优势，经济效益明显。

[参考文献]

[1] 刘志英.板式换热器基本特性分析[J].工程技术与设备，2014(11):317，57．

[2] 邹小强, 锅炉给水泵组轴端密封循环液冷却系统的改进[J].宁夏电力，2005(3)：34-35.