螺桿低溫鹽水機組改造

李生虎

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天業(yè)集團天能化工有限公司(以下簡稱“天能化工”)主要生產聚氯乙烯和燒堿。在氯堿生產系統(tǒng)，氯氣的液化和鹽水的降溫除硝主要依靠2臺LNVLG193T型螺桿低溫鹽水(CaCl2溶液)機組實現(開停車時用于氯氣液化，正常生產時用于鹽水除硝)。在實際生產過程中，2臺LNVLG193T型螺桿低溫鹽水機組故障頻繁，不能滿足正常生產需要，經生產廠家多次現場處理后，仍不能解決問題，為保證公司正常生產，提升機組經濟效益，對2臺機組進行了自動化改造。

1 螺桿低溫鹽水機組的作用

天能化工2臺螺桿低溫鹽水機組布置在氯氣液化工段，主要負責電解系統(tǒng)開停車過程中氯氣的液化和正常生產時鹽水的降溫除硝。

在電解生產系統(tǒng)開車過程中，電解裝置生產的氯氣純度不能滿足后續(xù)工藝需求，而氯氣為有毒有害氣體，不能直接對外排放，因此由2臺螺桿低溫鹽水機組對氯氣進行液化，后續(xù)生產次氯酸鈉。

2 生產中存在的問題

(1)螺桿低溫鹽水機組制冷能力不足，不能滿足正常電解生產系統(tǒng)中NaCl鹽水除硝工藝需求。經分析研究，發(fā)現機組蒸發(fā)器已使用8年，拆解后，蒸發(fā)器殼程氯化鈣溶液結垢嚴重，大大影響螺桿低溫鹽水機組的制冷效果，不能滿足鹽水除硝的溫度要求。對機組蒸發(fā)器殼程進行化學清洗后，機組制冷能力沒有明顯提升。技術人員再次對蒸發(fā)器拆解檢查，蒸發(fā)器殼程積垢情況仍然嚴重，在對蒸發(fā)器筒體中段開孔檢查后，發(fā)現蒸發(fā)器殼程中列管間隙堵塞嚴重，依靠化學清洗無法完成清理工作。

(2)機組集油器不能正常回油。自動集油系統(tǒng)主要由集油器、電磁閥、電加熱器、控制臺及公用底座等組成，自動集油系統(tǒng)的主要作用是依靠重力作用收集氯氣液化器殼程的潤滑油，依靠電加熱蒸餾潤滑油中的制冷劑，確保進入壓縮機低壓側的潤滑油重新回收到油分離器中。自動集油系統(tǒng)單獨設有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)并未集成在螺桿低溫鹽水機組控制系統(tǒng)中，造成操作不便，增加人工額外的操作負擔，而且自動集油器使用次數少，回油效果差，機組潤滑油沉積在機組蒸發(fā)器中，需人工經常補油，初始開車時機組添加潤滑油400 kg，機組運行1年后累計額外添加潤滑油300 kg，造成潤滑油的額外消耗，增加生產成本。另外，機組經常出現因油分離器油位不足而跳停，降低機組生產穩(wěn)定性。

(3)控制系統(tǒng)控制主板故障率高，降低機組運行穩(wěn)定性。2臺螺桿低溫鹽水機組在運行中經常出現主板損壞，造成機組停車，甚至出現機組控制面板按鍵失靈，機組不能正常操作，嚴重影響電解系統(tǒng)安全生產。經檢查分析，發(fā)現機組控制系統(tǒng)未將PLC與外部供電電源隔離，當外部電源出現波動時，容易造成控制系統(tǒng)操作面板主板電容器燒壞，進而造成控制系統(tǒng)故障。原機組于2010年安裝投運，控制面板設置簡單，只設有開停機、增減載按鈕及機組吸氣、排氣壓力，顯示參數均為代碼形式，故障維修只能依靠機組說明書查找對應代碼排查故障，耗時費力。

(4)低溫鹽水機組由氯氣液化系統(tǒng)向鹽水除硝系統(tǒng)轉換過程中的問題。天能化工建廠之初，從經濟角度出發(fā)，氯氣液化系統(tǒng)與電解鹽水系統(tǒng)共用1套螺桿式冷凝機組。而在開停車過程中，系統(tǒng)高溫原料氯氣與螺桿式冷凝機組制冷劑在氯氣液化器中換熱，進而實現開停車過程中不合格氯氣的液化過程；待轉入正常生產時，沒有氯氣參與液化過程，就會導致螺桿式冷凝機組制冷劑無換熱源，制冷劑在氯氣液化器中不能正常蒸發(fā)，積聚在氯氣液化器中，機組制冷劑轉移較慢，影響鹽水生產系統(tǒng)。

3 改造措施

為徹底解決螺桿低溫鹽水機組存在的問題，提升其運行穩(wěn)定性，天能化工對螺桿低溫鹽水機組進行了技術改造。

3.1 更換機組蒸發(fā)器及供液方式

針對螺桿低溫鹽水機組制冷能力不足，機組蒸發(fā)器換熱能力喪失的問題，直接更換了蒸發(fā)器，并改變供液方式。原機組蒸發(fā)器供液調節(jié)方式為伺服液位調節(jié)閥，使用年限過久，液位調節(jié)功能差，不能準確控制系統(tǒng)液位。為此，在蒸發(fā)器上增加液位傳感器，并在供液管線上加裝電動閥(帶ICAD驅動器+ICM電動閥)，通過液位控制器，精確控制冷凝器內的液位，隨時保證滿液式蒸發(fā)器的供液量，并具有開停機自動切斷高低壓功能，可靠性高，同時具有液位遠傳通信功能。

3.2 機組自動集油器部分改造

機組原自動集油器回油效果不好，導致蒸發(fā)器內冷凍油過多，制冷效果差，同時系統(tǒng)中油不能及時回到油分離器中，使冷凍油損耗增加，勢必造成制冷機組能耗和經濟上的浪費。將原集油器進油閥、回油閥更換為性能可靠的氣動閥和平衡閥，將加壓閥更換為電磁閥，控制系統(tǒng)集成在機組控制系統(tǒng)中，方便操作。

3.3 機組控制系統(tǒng)改造

考慮改造成本，原機組溫度/壓力儀表、能量滑閥位置電位計、傳感器、電磁閥等控制元件不作改動。改造內容如下。

(1)將機組能量滑閥調節(jié)方法改為自動調節(jié)，預設機組吸氣壓力。通過吸氣壓力偏離預設值的幅度來計算占空比，從而實現機組上載/卸載；通過PI算法自動計算占空比，從而實現機組吸氣壓力的穩(wěn)定控制。

(2)將原機組控制臺按鍵代碼式控制面板更換為采用西門子S7 200 SMART系列的PLC及可觸摸操作液晶顯示屏，采用壓力、溫度模擬量模塊(見圖1)，具有實時曲線，實時、歷史報警功能的觸摸屏人機界面，主要實現以下功能：報警、故障停機參數可人工設定，可對溫度通道進行屏蔽；預留與上位DCS的通信端口，提供完整的通信地址表；PLC能夠實現第一原因報警，報警確認復位后能夠保存記錄，便于數據統(tǒng)計。

圖1 機組控制面板和控制臺Fig.1 Unit control interface and console

3.4 制冷由氯氣液化系統(tǒng)向鹽水除硝系統(tǒng)轉換的改造

原機組在系統(tǒng)切換上存在制冷劑轉移較慢的問題，導致系統(tǒng)降溫慢，影響生產。為此，在原供液管線上加切換閥，并增加2臺貯液器。當制冷劑聚集在氯氣液化器中，不能及時回到蒸發(fā)器時，貯液器就通過切換閥向機組蒸發(fā)器供制冷劑，保證鹽水換熱降溫，起到了制冷劑調節(jié)站的作用。

4 改造效果

螺桿低溫鹽水機組在實施自動化改造后，不僅解決了原機組存在的問題，提升了機組穩(wěn)定性，而且提供了直觀的觸摸屏全中文圖形化顯示(見圖2)，操作界面簡單，保留歷史數據，方便報警、故障查閱，無說明書亦可直接操作，省時省力，改造后主要效果如下。

圖2 觸摸屏全中文圖形化顯示界面Fig.2 Full Chinese character graphical display interface on touch screen

(1)經濟效益。機組原裝控制器對供電質量要求較高，出現尖峰電壓時容易造成控制器損壞，維修成本高。改造后采用德國西門子PLC控制器，性能更加穩(wěn)定，通過使用開關電源供電，將PLC與外部供電電源隔離，杜絕了因為電源問題而造成PLC燒毀的可能，大大降低了電氣元件維修成本。

(2)降低停車風險。由于PLC的故障率非常低，從而大大降低了因為電氣原因造成設備停車的風險，減小了對生產的影響，將電氣原因造成停車的經濟損失降低到原來的20%。

(3)施工簡單。本次改造僅針對機組控制臺及監(jiān)控系統(tǒng)，啟動柜、高壓柜均利用機組原有設備，線路保持不變，不需考慮對外圍配套設備的影響。

(4)控制系統(tǒng)采用德國西門子PLC控制器，質量可靠，穩(wěn)定性高；PLC及模擬量模塊，其備件及維護成本較低，兼容性強，便于采購。

(5)所有壓力、溫度、能級、電磁閥等儀表利用機組原有儀器儀表，未作改動，節(jié)省成本，提高機組改造經濟性。

(6)上位通信。預留通信接口，Modbus通信協(xié)議，通過上位監(jiān)控系統(tǒng)既可以監(jiān)視壓縮機的各項運行數據，也可以實現對設備的遠程增減載、開停機操作，提高管理效率。

5 結語

通過對螺桿低溫鹽水機組的改造，不僅解決了機組存在的問題，提升了機組穩(wěn)定性，滿足了電解系統(tǒng)的工藝要求，還降低了對機組的維護成本，加強了機組運行數據監(jiān)控和收集分析，節(jié)省了人力物力，提高了經濟效益。