陳慶同,杜鵬
(天津大沽化工股份有限公司,天津 300455)
隨著我國PVC 生產(chǎn)工藝對環(huán)保和能耗要求提高,越來越多的裝置采用乙烯法生產(chǎn)PVC,VCM作為乙烯法生產(chǎn)PVC 的關(guān)鍵中間工藝,其中制冷機(jī)組的選擇對整套VCM 裝置的穩(wěn)定、高效運(yùn)行至關(guān)重要。
根據(jù)裝置產(chǎn)能和工藝的不同,乙烯法VCM 工藝制冷機(jī)組通常可選擇離心式制冷機(jī)組和螺桿式制冷機(jī)組。
制冷機(jī)組是乙烯法VCM 生產(chǎn)工藝中關(guān)鍵動設(shè)備,關(guān)系到整個裝置生產(chǎn)的安全及穩(wěn)定。主要工藝作用如下:1)深冷低溫氯化單元和高溫氯化單元尾氣,回收其中夾帶的二氯乙烷,防止帶液造成尾氣氧表波動使裝置連鎖停車;2)給高溫氯化單元尾氣液環(huán)壓縮機(jī)組的循環(huán)液二氯乙烷提供冷量;3)給裂解單元氯化氫精餾塔氯化氫氣體提供冷量;4)氧氯化單元為乙烯過量反應(yīng),反應(yīng)生成的不凝氣組分需要凈化氣采出來移除,凈化氣中所含的EDC 及水分須經(jīng)由制冷機(jī)組提供的冷量后冷卻去除,以防帶入低溫氯化造成設(shè)備腐蝕。
表1 40 萬t/aVCM 裝置制冷機(jī)組參數(shù)表
目前,我公司舊裝置制冷機(jī)組制冷劑為R22(CHClF2二氟一氯甲烷),屬于 HCFCS 類(氫氯氟烴類),根據(jù)國家2010 年3 月出臺《消耗臭氧層物質(zhì)管理?xiàng)l例》及《蒙特利爾議定書》最新的調(diào)整案規(guī)定,我國R22 將于2030 年實(shí)現(xiàn)完全淘汰。因此,我公司新裝置采用丙烯(化學(xué)式C3H6商品名稱R-1270)作為制冷劑,對臭氧層完全沒有破壞,并且溫室效應(yīng)亦非常小,屬于目前最環(huán)保的制冷劑之一。
根據(jù)調(diào)研,目前國際知名制冷機(jī)組品牌,包括:約克、麥克維爾、豪頓華、GEA 等提供的丙烯制冷壓縮機(jī)在型式上主要有離心式與螺桿式兩種。
離心式壓縮機(jī)處理能力較大,一臺即可滿足裝置負(fù)荷需要;螺桿式壓縮機(jī)一般需要2 至3 臺方可滿足裝置負(fù)荷需求。
3.4.1 穩(wěn)定性及可操作性
因裝置生產(chǎn)運(yùn)行需保證長周期穩(wěn)定運(yùn)行,因此要求制冷機(jī)需滿足長周期穩(wěn)定運(yùn)行,且即便在出現(xiàn)故障時應(yīng)對生產(chǎn)造成影響最小。從上述壓縮機(jī)的型式上看,兩種類型壓縮機(jī)均滿足長周期運(yùn)行要求。如選擇一臺離心制冷機(jī)組,一旦機(jī)組出現(xiàn)故障,壓縮機(jī)將停機(jī),將造成裝置全線停車,單次開停車成本百余萬元。如采用螺桿式制冷機(jī)組,其設(shè)計(jì)至少為兩臺,一旦機(jī)組出現(xiàn)故障,通常只有一臺機(jī)組停機(jī),只需緊急降部分負(fù)荷,對生產(chǎn)影響較小。從可操作性分析,螺桿式制冷機(jī)組具有優(yōu)勢。
另外,制冷機(jī)組在選型前期,我公司技術(shù)人員做了廣泛深入的機(jī)組使用狀況調(diào)研。具體分析如下:
1)天津大沽化工股份有限公司三套VCM 裝置現(xiàn)全部使用螺桿式壓縮機(jī),每套裝置兩臺,全部在線使用,運(yùn)行良好,未出現(xiàn)兩臺壓縮機(jī)同時故障停機(jī),造成裝置全線停車情況。
2)青島海晶化工集團(tuán)有限公司乙烯法VCM裝置使用單臺離心式壓縮機(jī),據(jù)考察了解,開車前期出現(xiàn)了多次故障,包括:入口儲罐液位高高連鎖、齒輪箱油冷出口溫度高高連鎖、油溫控制閥故障等,由于制冷機(jī)停機(jī)造成裝置多次全線停車。
3)山東陽煤恒通化工股份有限公司乙烯法VCM 裝置使用單臺離心式壓縮機(jī),據(jù)考察了解,在其裝置開車前期過程中制冷機(jī)運(yùn)行狀況不好,因制冷機(jī)故障造成裝置多次停車,對生產(chǎn)影響較大。
3.4.2 投資成本
螺桿式壓縮機(jī)與離心式壓縮機(jī)從投資成本上考慮,綜合調(diào)研目前國際各知名制冷機(jī)組供應(yīng)商,單套40 萬t/aVCM 裝置制冷機(jī)組預(yù)估費(fèi)用如表2。
可是在設(shè)備投資成本方面,螺桿式制冷機(jī)組比離心式制冷機(jī)組更有優(yōu)勢。
表2 40 萬t/aVCM 裝置制冷機(jī)組預(yù)估費(fèi)用表
3.4.3 運(yùn)行費(fèi)用
根據(jù)各供應(yīng)商提供的初步功率方案,單套40萬t/aVCM 裝置制冷機(jī)組功率在5000~5900kW 不等,正常運(yùn)行能耗相差不大。但在低負(fù)荷時,根據(jù)螺桿壓縮機(jī)與離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)型式,螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)最小負(fù)荷為10%,通過入口滑閥調(diào)節(jié),而離心壓縮機(jī)必須滿足喘振流量要求,負(fù)荷低時須開回流保證壓縮機(jī)流量要求。因此,裝置低負(fù)荷時,螺桿壓縮機(jī)可降低載荷減少能耗。具體對VCM 裝置負(fù)荷調(diào)整因素如下:
1)季節(jié)對冷凍負(fù)荷影響:由于季節(jié)變化,氣溫低時,循環(huán)水溫度降低,部分裝置單元在深冷前由于有循環(huán)水冷卻系統(tǒng),對冷量要求減少,因此冷凍機(jī)負(fù)荷相應(yīng)降低。
2)裝置自身負(fù)荷對冷凍負(fù)荷的影響:VCM 裝置在檢修或開停車時,冷量要求較低,一般開一臺冷凍機(jī)即可滿足。而離心式壓縮機(jī)僅為一臺,功率浪費(fèi)比較大,能耗較高。每年以20d 計(jì),可節(jié)約費(fèi)用72 萬元。
3)市場原因:VCM 裝置因市場原因需要調(diào)節(jié)負(fù)荷,螺桿式壓縮機(jī)可自身調(diào)節(jié)大幅降低能耗,此時節(jié)電將更加顯著。
通過對制冷機(jī)組機(jī)型、可操作性、負(fù)荷調(diào)整能力、投資成本以及運(yùn)行費(fèi)用等分析對比,公司乙烯法40 萬t/aVCM 裝置制冷機(jī)組最終選定了螺桿式制冷機(jī)組方案。