36万t/a烧碱装置配套氯气压缩装置改造

申文涛，陈祥辉，刘存伟，魏旭

(山东鲁泰化学有限公司，山东 济宁 272100)

1 氯气压缩机改造背景

2010年，第2期建设初期，山东鲁泰化学有限公司(以下简称“鲁泰化学”)重金购置2台进口涡轮机压缩装置。该氯压机设计带气量为20万t/a，当时烧碱产能20万t/a，氯压机1用1备，完全可以满足氯气压缩生产需要。随着鲁泰化学扩建、工艺的优化和产能的提升，目前烧碱产能达到36万t/a。原透平机由于使用初期的运行不佳和长期的运行磨损，设备运行性能减弱明显，2台氯气压缩机带气量都有所降低，同时满负荷运行勉强满足生产要求，一旦氯压机带气量不足或出现故障时，装置必须降负荷生产，甚至产能减半。鲁泰化学联系国外公司维修，但操作困难。后由国内一家化机厂来公司维修。维修后效果甚微，近2年小毛病不断，已经不能保证氯碱装置安稳长满优运行。为止，准备安装1台国产20万t/a烧碱配套的透平机(进口机组价格昂费，维修费用高，并且设备备件购买周期长，维修人员预约周期长)。

2 氯气压缩机的选择

2.1 考察调研

项目确立后，鲁泰化学氯碱车间外出考察其他企业国产氯气透平机的使用情况。

①山东某氯碱企业。

目前使用的是国产A透平机。该公司共有3台国产透平机，机组负荷分别是 10万t/a NaOH、 12.5万t/a NaOH、15万t/a NaOH，配套电动机分别是400 kW、450 kW、560 kW。目前主要运行10万t/a和12.5万t/a 2台透平机机组，15万t/a机组作为备用透平机。15万t/a透平机机组1年运行时间为3个月左右。它们的出口设计压力较高，为0.42 MPa，实际运行进口为-20 kPa，出口0.23～0.27 MPa，透平机无导叶，用进出口阀和回流阀调节氯气流量。运行状况：第1台10万t/a的透平机第4年返厂维修，维修内容为换气封、轴瓦，做动平衡测试。无其他维修。

②国内某氯碱企业。

该公司目前有3台氯气透平机，分别是1台20万t/a的进口透平机和2台20万t/a的国产B透平机。进口透平机2010年开始运行，机组进口正压运行，进口压力5 kPa左右，运行状况良好。2016年下半年出现非驱动端、瓦块、轴承温度偏高现象，已维修。目前该透平机密封气泄漏量较大，计划近期进行维修。B透平机是2016年新上的设备，1台已经运行了2年，在开始运行到3个月的时候，出现梳齿密封和转子腐蚀严重，透平机进行了大修并更换了梳齿密封和转子，更换后运行正常。另外1台机组2020年7月中旬调试成功，尚未投用。B透平机进口负压约为-10 kPa(设定值是-15 kPa)，氯中含水质量分数(2～3)×10-5，用仪表空气密封。

2个公司的国产透平机都有油雾和电仪、温度点显示不准确等缺点。

因该项目为升级改造项目，现场设备布置受限，结合考察对比情况，通过空间布置、设备运行稳定性、项目总投资几方面对其优缺点进行讨论，决定通过招标的方式购买1台国产20万t/a烧碱配套透平式氯气压缩机。

2.2 国产氯压机技术要求

国产透平氯气压缩机安装在2台透平机中间位置，位于第一层，可以在日后运行中提供快速可靠的维护响应。

新安装的氯气透平机技术性能参数见表1。

表1 新安装的氯气透平机技术性能参数Table 1 Technical parameters of newly added chlorine turbine compressor

根据目前的生产条件，提供的氯压机的工艺条件如下。

各气体组分的体积分数：Cl2，≥98.5%；O2，1.00%；CO2，0.12%；H2，0.03%；N2，0.35%；H2O：≤0.005%。工艺参数为：入口温度，30 ℃；入口压力，不低于0.088 MPa；出口压力，不高于0.27 MPa；出口温度，不高于45 ℃。工艺系统氯气总输送量是8 097 m3/h，配套20万t/a的NaOH的压缩输送能力。操作方式是连续运行。设备数量是1台。

2.3 新氯压机的设备特点

新透平机采用集成式整体设计，将各气动压缩元件、增速箱、电动机与油润滑系统集成在同一个公用机组底座上，外观简单，布局紧凑，安装方便。机组为地面安装设计，一层厂房布置，占地面积小，厂房建筑费用低。压缩机两级叶轮安装在同一水平布置的高速轴两端，两级缸体悬臂布置于增速箱两侧；机组增速箱采用一级提速，与梳齿密封装置一起采用水平剖分设计[1]；结构简单，机型小巧，每级可单独拆检，维修方便快捷，有利于抢修及降低维修费用。密封系统采用具有四腔气室的梳齿式迷宫密封结构，用干燥氮气(或干燥仪表气)作为密封气，实现了气封压力自动调节；既能防止氯气外泄污染，又能防止密封气混入氯气降低其纯度，还能防止氯气串入齿轮箱引起润滑油变质甚至油雾爆燃事故；由于是非接触式密封，故机械损耗小。

3 项目改造内容

氯气压缩处理工序增加1台国产透平压缩机装置，和其他2台进口氯压机并联，氯压机设备做到2用1备，缓解2台进口压缩机无备用设备的压力，单台氯压机出现故障时或2台氯压机带气量不足时，及时开启备用氯压机，保障氯碱装置的安全长期平稳运行。

目前干燥系统是2套独立运行的系统，1套干燥系统和1台氯压机直接相连，进氯压机前有一相连接的连通阀。正常运行时，2台氯压机各自处理各自对应干燥系统的氯气。为确保国产氯压机对2台进口氯压机同时备用，需要国产氯压机管线和2台进口氯压机管线同时并联。为解决这一问题，2套干燥系统连通阀前各自分出一条管线，直接和新安装的国产氯压机相连。具体如图1所示。

在停车检修期间，根据图1所示，对现有氯气管线进行整改，在2条干燥氯气管线分别做一个三通，连接法兰、阀门、盲板。并在循环水管线、氮气管线、工艺空气管线、氯氮混合器管线、氯压机机后总管分别留预留口，连接法兰、阀门、盲板。

图1 氯气压缩系统新增氯压机示意图Fig.1 Diagram of chlorine turbine compressor newly added to chlorine compression system

在国产氯压机到货后，根据留下来的预留口，对现有氯压机设备进行安装，调试，并投入了运行。

4 项目实施效果

安装国产透平式压缩机，提高了装置运行的安全稳定性，解决了装置运行负荷不足的瓶颈问题，还解决了进口氯压机装置带病运行的问题，有效提高进口氯压机的使用寿命，对于出现设备故障的进口氯压机，在不影响氯碱装置负荷的背景下，及时对氯压机进行切换，停止故障氯压机运转并维修保养。相比国外氯气压缩技术，国产氯气压缩装置项目投资少、占地少、实用性强，维护响应比较快速及时。在生产装置运行过程中，联锁监控点降低，装置平稳运行度比进口氯压机高[2]。随着国产透平机的大力推广，国产透平机的制造水平和运行性能已达到一定水平，完全能满足大型氯碱装置的生产要求。