透平式氯气压缩机运行经验

高理玉，宋旭东，姚胜奇，何大江，孙然，高磊，张少炜

(内蒙古鄂尔多斯电力冶金集团股份有限公司PVC公司,内蒙古 鄂尔多斯 016064)

内蒙古鄂尔多斯集团电力冶金股份有限公司(以下简称“鄂尔多斯电力冶金”)2012年建成投产，烧碱生产能力为30万t/a，PVC生产能力为40万t/a。烧碱分厂的氯气处理工序共分两条平行的生产线，每条线烧碱生产能力为15万t/a。每条线各采用了1台进口透平式氯气压缩机。该压缩机表况流量为7 250 m3/h， 转子速度为10 429 r/min，压缩机轴功耗为415 kW。压缩机为两级压缩、两级冷却。一级压缩后经过一级冷却器降温再进入二级吸气口，二级压缩后的高温氯气经二级冷却器冷却至≤40 ℃分配给各下游用户[1]。这种压缩机的输气量大，功率因数高，能源消耗少。单台即可满足15万t/a烧碱的生产需求。

1 氯气处理工序工艺流程

1.1 氯气处理工艺流程

由电解工序来的湿氯气(温度约80 ℃)进入氯气洗涤塔底部，循环氯水由氯水循环泵打出，进入氯水洗涤塔上部与氯气直接逆流接触，氯气冷却到约45 ℃，并除去了氯气中所夹带的盐雾。出塔氯气进入一、二级钛管冷却器，温度控制在12～15 ℃。经过洗涤、冷却，氯气中大约80%的水被冷凝下来，这样可以节约氯气干燥的硫酸用量。也有一部分冷凝水成雾滴状存在氯气气流中，所以除雾也是一项降低硫酸消耗、减少盐雾夹带的重要措施。冷却后的氯气经水雾分离器过滤后再进入干燥系统[2]。

氯气先进入填料干燥塔下部，循环酸由稀硫酸循环泵打入填料干燥塔上部，与氯气逆流接触除去氯气中的水。塔底出酸质量分数控制在75%～80%。出填料干燥塔的氯气再进入泡罩干燥塔下部，与浓硫酸储槽流入的98%浓硫酸经泡罩错流接触，进一步干燥，然后经装有滤芯的酸雾捕集器除去99%以上的酸雾后进入氯气压缩机[3]。

从酸雾捕集器出来的氯气含水质量分数低于0.01%，温度约20 ℃。经透平式氯压机压缩到0.14～0.175 MPa，温度40 ℃。氯气压缩机入口管设有从压缩机出口回流部分气体的旁路管，以控制氯气压缩机系统吸入口的压力稳定和防喘振。考虑到氯气压缩机自身回流量较小，为了保证系统在低负荷时，电解和氯气洗涤冷却干燥系统的氯气总管压力稳定，在压力(PICA-0401)的控制下从氯压机出口管再引一股氯气回流到氯气压缩机进口管，当系统氯气压力降低时，PICA-0401调节阀自动开大，反之调节阀自动关小，以达到控制和稳定整个系统氯气压力的目的。氯气压缩系统设有中间冷却器和后冷却器，用循环冷却水冷却压缩后的氯气，以保证出压缩机系统的氯气温度不大于40 ℃。经压缩并冷却到大约40 ℃的氯气经氯气分配台送往氯化氢合成工序。如果氯化氢合成的用氯量减少，氯气则送到液氯工序液化，以保持系统平稳运行[4]。

为了保证氯气压缩输送系统安全运行，氯压机两级中间冷却器所使用的循环冷却水均采用无压回水方式。循环冷却回水自流进入循环水池，由循环冷却回水泵送往循环冷却水回水管网。

氯气冷却干燥压缩工艺流程如图1所示。

图1 氯气冷却干燥压缩工艺流程图Fig.1 Process flow diagram of cooling, drying and compressing chlorine

1.2 废气处理工艺流程

电解开停车及各种事故状态时的氯气进入吸收塔下部，与经过循环液冷却器被循环水冷却后的循环液逆流接触，进行吸收反应。从吸收塔顶部出来未反应完的含氯尾气再进入尾气吸收塔下部，与经过尾气塔冷却器被循环水冷却的预先配置好的约15%～18%碱液反应，进一步除去其中的氯气；达到环保排放标准的尾气经风机排入大气中。为了保证电解开停车时电解工序排出氯气管有稳定的负压(-1.5 kPa)，采用风机抽吸，通过补气阀进行调节。

从氯气吸收塔底部出来的吸收液流入一级碱液循环槽，由吸收塔循环泵送出，经循环液冷却器冷却后返回吸收塔，与氯气继续反应，直到循环液中有效氯质量分数不低于10%，然后进行循环槽切换。即当1台循环槽的吸收液有效氯≥10%后即停止循环，立即改用另一台循环槽的吸收液继续循环吸收氯气；接着将有效氯质量分数控制在不低于10%的循环槽的吸收液通过吸收塔循环泵送至罐区或本岗位销售，再向循环槽中补充新的碱液，准备下一次切换使用。

从尾气塔底部出来的吸收液流入二级碱液循环槽，由尾气塔循环泵送出，经尾气塔冷却器冷却后返回尾气塔，与含氯尾气继续反应。当循环液中NaOH质量分数小于9.15%后，须进行碱液循环槽的切换，接着将NaOH的质量分数小于9.15%的二级碱液循环槽的吸收液送至一级碱液循环槽，再向二级碱液循环槽中加入由电解送来的碱，再配入生产水配制成质量分数15%～18%的碱液，准备下一次切换使用。

当遇到紧急情况或吸收塔和尾气吸收塔任意一台吸收塔出现过氯情况时，须立即联系电解送碱进一级和二级任意一台吸收，进行吸收废氯气。

2 生产过程中遇到的问题及解决措施

2.1 密封氮气系统优化

鄂尔多斯电力冶金有条生产线，配套运行2台进口两级氯压机。由于该压缩机安全性能较高，所有指标都有联锁，安全保护系统氯压机氯氮混合气压差、氮气密封气流量等一旦达到联锁值，将会联锁氯压机跳车，相应地整个系统停车。所以氮气压力一旦波动就会造成系统停车，影响整个公司的效益。2017年根据生产实际情况对氮气系统进行了优化。

(1)将可能影响到跳车氮气压力做成压力低报的弹出报警，引到分厂DCS电脑画面上，及时发现问题并处理问题。

(2)为了保证氮气压力稳定，在进氯压机之前安装了氮气缓冲罐，一旦系统氮气压力低于0.25 MPa时，联锁阀门打开，将氮气应急储罐内的氮气补进总系统，以保证系统压力。

(3)由于氮气中含杂质较多会影响进氯压机密封腔管道堵塞，影响氮气密封气流量，在氮气缓冲罐出口，进氯压机之前安装了氮气过滤器。

技术改造以来，现场定期切换氮气过滤器并清洗，氯压机氮气密封气流量一直特别稳定，再也没有因为氮气密封气流量低低跳车；当氮气系统发生波动时，中控人员第一时间发现氮气压力变化并联系现场及时处理，保证氯压机氯氮压差稳定，及时作出调整，系统平稳性得到大幅提高。

2.2 冷却器列管腐蚀

系统开车后，氯压机完全能满足生产要求，但是2016年某月巡检工在巡检过程中发现氯压机ORP在线检测仪显示值突然升高，经检查确认氯压机中间冷却器列管泄漏，走壳程的干燥氯气进入管程，最后使氯气进入冷却水系统，导致ORP在线监测显示值上涨。针对该问题，笔者分析其主要受列管冷却器使用寿命及冷却介质影响。

氯压机中间冷却器冷却介质采用循环水，操作规程要求水压必须小于气压。在运行过程中，循环水走管程，氯气走壳程。由于循环水中杂质较多，进入列管的循环水是从循环水管网直接进入氯压机中冷器列管。这种列管冷却器不仅节约水耗，冷却效果还能达到最优，由于冷却介质循环水走管程，必须保证冷却介质(循环水)不含杂质。所以鄂尔多斯电力冶金在周边企业调研后决定将冷却介质循环水改为纯水。鉴于此：鄂尔多斯电力冶金对氯压机中冷器冷却系统进行改造，将循环水直接进入列管冷却器的方式改为将纯水注入无压回水池，经过无压回水泵将纯水送至板式换热器冷却至15～25 ℃再送至列管冷却器，达到最优运行。2018年9月检修期间，对1台氯压机中间冷却器冷却水进行先期改造试验，经过半年的试验运行，改造后的纯水能够完全满足各种负荷下的生产需要，氯压机的各项指标均不受影响。优点在于：无论管网冷却水如何波动，冷却介质(纯水)直接进入列管冷却系统，保证系统平稳运行。

2.3 废气吸收进口改造

鄂尔多斯电力冶金的废气吸收的生产能力为30万t/a烧碱配套吸收装置。其中1台吸收塔1台尾气塔串联工作，各塔对应2台循环碱液槽，正常生产时用1台备1台，作为鄂尔多斯电力冶金生产异常时紧急吸收废氯气装置。

吸收氯气的反应方程式为：

2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O。

原设计氯压机废氯气直接进入废气吸收塔中下部，当系统生产发生异常时，进废气吸收系统的事故氯气量会突然变大、量不确定等，这就需要废气吸收系统短时间内能把废气系统压力、液位、温度等稳住。倘若不能维持废气系统稳定，整个氯碱装置的废氯气将全部泄漏，必将造成人员伤亡。系统优化前出现类似生产波动时，操作人员无法及时关注到各项指标变化，会导致吸收塔液位高于吸收塔废氯气进口管道，使碱液进入氯压机，对氯压机造成腐蚀；或者即使发现了指标变化，由于量的不控性系统仍然大幅波动，就会导致发生氯气泄漏事故概率极高。鉴于此，鄂尔多斯电力冶金在2017年大修时对废气吸收系统进行了技改，在原有的进口管线处增加了U形弯，并配置了自动倒槽，远传监控吸收塔液位。 一旦发生紧急情况，DCS主控人员负责观察吸收塔的液位变化。当吸收塔液位过高时，及时打开V0501A/B槽下液阀门，不会导致碱液进入氯压机系统。技术改造以后，当系统发生紧急状况时，现场操作人员的劳动强度减少，中控操作人员的应急处理步骤简化，可控性显著提高，在处理过程中主控人员可以随时观察各种数据变化，及时作出调整，系统平稳性得到大幅提高。

废气处理工艺流程如图2所示。

图2 废气处理工艺流程图Fig.2 Process flow diagram of waste gas treatment

3 结语

通过在生产运行中不断的总结经验以及与同行交流学习，并进行技术优化，鄂尔多斯电力冶金透平式压缩机运行良好，整套装置的运行安全系数得到了提高。装置进行技术升级改造，是任重道远的过程，鄂尔多斯电力冶金还要继续探索下去。