离心式氯气压缩机在氯碱行业中的应用及选型

史晓燕

(中国成达工程有限公司，四川 成都 610041)

1 引言

烧碱是国民经济重要的基础性化工原材料，我国是烧碱生产大国。烧碱作为氯碱化工的重要组成部分，其下游应用领域广泛。过去几年时间，下游行业需求不断增长，拉动氯碱行业的快速发展，烧碱整体需求也不断提升。烧碱装置单条线规模也由以前常规的15～20万t/a逐步提升至25～30万t/a甚至35～40万t/a。

因烧碱装置建设规模的不断扩大，目前氯气干燥通常推荐采用干燥塔+泡罩塔工艺技术，氯气干燥效率高(可使氯气中含水小于10ppm)，因而大大延长了后续设备操作运行寿命，减少了维修工作量。考虑到大型烧碱装置的节能和易操作性，离心式氯气压缩机也因此得到了广泛的应用。国内生产烧碱的用户所使用的氯气压缩机主要以进口机型为主，随着国产化的必然发展趋势，部分用户也会使用国产机型，但同时为能保证工业生产的连续性，做到万无一失，会同时考虑增加一台国产或进口机型作为备机使用。

2 氯气压缩机选型关键点分析

2.1 基本设计参数

氯气压缩机采用离心式压缩机，工艺流程上为单台操作，无备机；其入口压力为微正压(采用正压流程主要是为了防止湿空气进入压缩机内部从而造成腐蚀)，因烧碱下游聚氯乙烯专利商对氯气压力的要求各不相同，故氯气压缩机的出口压力也有所差别：通常出口压力0.25～0.35 MPa(A)居多，部分专利商要求的出口压力可达0.55 MPa(A)、0.7～0.75 MPa(A)。氯气压缩机的单台气量则依据烧碱单条线的设计规模而定，5000～15000 N·m3/h不等。

氯气压缩机的输送气体组分大体为(V%)：97%～98%Cl2、1%O2、其余为少量的N2、H2、CO2和H2O，氯气含水量控制在50 ppm以下。氯气含水量的控制对氯气压缩机的稳定运行非常关键，为了防止湿氯气对压缩机造成破坏性的腐蚀，通常会在压缩机的氯气进气总管线安装氯气含水在线分析仪并进行压缩机联锁保护，随时对氯气含水量做到有效的监测和控制。

2.2 结构型式

目前国内大多数选用氯气压缩机的结构型式为单缸多级式离心压缩机，齿轮箱传动，机组为双层布置，缸体为水平剖分式，此种结构型式的压缩机主要为国产机型和德国产机型。

据了解，国内也有一部分烧碱单条线规模约10～15万t/a的用户曾经采用的氯气压缩机结构型式为多级内增速齿轮结构的离心式压缩机，即整体齿式离心压缩机，产自日本，机组单层布置，缸体为垂直剖分式。当然，国内也有一小部分烧碱单线规模10万t/a以下的用户曾使用过国产整体齿式离心压缩机。

2.3 材质

氯气压缩机的过流部件选用材质：就目前而言，缸体和隔板通常采用灰铸铁居多，叶轮选用不锈钢或合金钢，轴则采用合金钢或高强度合金钢等材质。

2.4 密封

离心式压缩机的轴端密封型式很多，有迷宫密封、碳环密封和干气密封等。但由于氯气介质的特殊性，性能可靠的带有充抽气的三腔式迷宫密封则被大多数国内外氯气压缩机的生产厂家使用，这种密封为非磨擦式，不会产生过热；既安全，泄漏量很小，又不影响氯气纯度，免维护；用干燥氮气或仪表风作为缓冲气。内腔用于平衡压力，中间腔可以将缓冲气与氯气的混合气排到用户的废气处理工序，外腔用干燥氮气或仪表风作为隔离气；内腔和中间腔之间通过气动调节阀保持恒定的压差，保证空气不会漏入密封腔，同时还能控制缓冲气的用量。

另外，为保证氯气压缩机组稳定运行，还应防止氯气串入润滑油系统造成润滑油的污染(会生成有机氯烃化合物，使润滑油沥青化和胶化，润滑油会加快氧化变质，颜色变黑，酸值增大，出现黑色的沉淀物和悬浮物；如果继续使用污染润滑油则会引起轴承腐蚀，轴瓦温度升高，轴振动加剧直至最终导致压缩机联锁停车[1])。通常，会在机壳与轴承间设置单独的缓冲气气封系统。

日本机型使用的轴端密封则为多组碳环密封，并采用低压氮气作为密封气。碳环密封系统包括各级平衡管线，密封气去火炬管线和密封气充气管线。密封气压力采用气动压差调节阀自动调节，保证密封气压力高于中间去火炬气压力，确保工艺介质无泄漏。

2.5 气量调节方式

氯气压缩机生产厂家通常提供了进口可调导叶及其自动调节系统，因这种方法符合“高效，经济节能”的要求。使用进口可调导叶在正常运行工况下可减少压缩机进口流量，从而节省功耗；同时采用0～100%的旁路调节方式。日本整体齿式机型则不采用进口导叶调节，只通过0～100%的旁路回流调节方式。

采用进口可调导叶的氯气压缩机，进口导叶可以根据进口压力进行调节，从而控制电解槽氢气和氯气总管的压差值。另外，关小进口导叶阀会使压缩机性能曲线向小流量区移动，不易造成压缩机喘振[2]。

2.6 润滑油系统

关于润滑油系统，国内外氯气压缩机生产厂家都会统一配置了双联冷却器和双联油过滤器；主油泵为轴头泵或由电机驱动，辅油泵为电机驱动；采用电机驱动的主油泵则需配置高位油箱，以保证机组能满足惰走状态下的供油和时间要求。

2.7 氯气冷却器

氯气冷却器是氯气压缩机组中最重要的辅助设备。氯气冷却器泄漏也曾是比较常见的故障之一[3-4]，是对机组安全运行的一大威胁，故氯气冷却器的合理设计、高质量制造以及后续严谨的运行操作程序都显得尤为关键。氯气含水量的控制，循环冷却水中的游离氯含量的控制以及冷却器结构型式和材料选择方面都不可来得半点马虎。

3 结语

随着烧碱装置单条线规模的逐步扩大，或是氯气压缩机排出压力要求较为苛刻的前提下，氯气压缩机的合理选型值得进一步深入推敲。另外，近几年由于疫情的困扰，进口机型的交货周期长及备品备件价格高等因素，也迫使我们不得不再次加大氯气压缩机国产化的步伐，争取早日发挥出国产设备设计和制造质量高、供货周期短、维护费用低等绝对优势。本文提到的氯气压缩机选型应考虑的主要因素，也希望能以此作为今后类似机组选型的借鉴和参考。