李生虎

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天業(yè)集團(tuán)天能化工有限公司(以下簡(jiǎn)稱“天能化工”)主要生產(chǎn)聚氯乙烯和燒堿。在氯堿生產(chǎn)系統(tǒng)，氯氣的液化和鹽水的降溫除硝主要依靠2臺(tái)LNVLG193T型螺桿低溫鹽水(CaCl2溶液)機(jī)組實(shí)現(xiàn)(開(kāi)停車時(shí)用于氯氣液化，正常生產(chǎn)時(shí)用于鹽水除硝)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，2臺(tái)LNVLG193T型螺桿低溫鹽水機(jī)組故障頻繁，不能滿足正常生產(chǎn)需要，經(jīng)生產(chǎn)廠家多次現(xiàn)場(chǎng)處理后，仍不能解決問(wèn)題，為保證公司正常生產(chǎn)，提升機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)2臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了自動(dòng)化改造。

1 螺桿低溫鹽水機(jī)組的作用

天能化工2臺(tái)螺桿低溫鹽水機(jī)組布置在氯氣液化工段，主要負(fù)責(zé)電解系統(tǒng)開(kāi)停車過(guò)程中氯氣的液化和正常生產(chǎn)時(shí)鹽水的降溫除硝。

在電解生產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)車過(guò)程中，電解裝置生產(chǎn)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(duì)外排放，因此由2臺(tái)螺桿低溫鹽水機(jī)組對(duì)氯氣進(jìn)行液化，后續(xù)生產(chǎn)次氯酸鈉。

2 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題

(1)螺桿低溫鹽水機(jī)組制冷能力不足，不能滿足正常電解生產(chǎn)系統(tǒng)中NaCl鹽水除硝工藝需求。經(jīng)分析研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jié)垢嚴(yán)重，大大影響螺桿低溫鹽水機(jī)組的制冷效果，不能滿足鹽水除硝的溫度要求。對(duì)機(jī)組蒸發(fā)器殼程進(jìn)行化學(xué)清洗后，機(jī)組制冷能力沒(méi)有明顯提升。技術(shù)人員再次對(duì)蒸發(fā)器拆解檢查，蒸發(fā)器殼程積垢情況仍然嚴(yán)重，在對(duì)蒸發(fā)器筒體中段開(kāi)孔檢查后，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器殼程中列管間隙堵塞嚴(yán)重，依靠化學(xué)清洗無(wú)法完成清理工作。

(2)機(jī)組集油器不能正常回油。自動(dòng)集油系統(tǒng)主要由集油器、電磁閥、電加熱器、控制臺(tái)及公用底座等組成，自動(dòng)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(rùn)滑油，依靠電加熱蒸餾潤(rùn)滑油中的制冷劑，確保進(jìn)入壓縮機(jī)低壓側(cè)的潤(rùn)滑油重新回收到油分離器中。自動(dòng)集油系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)有控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)并未集成在螺桿低溫鹽水機(jī)組控制系統(tǒng)中，造成操作不便，增加人工額外的操作負(fù)擔(dān)，而且自動(dòng)集油器使用次數(shù)少，回油效果差，機(jī)組潤(rùn)滑油沉積在機(jī)組蒸發(fā)器中，需人工經(jīng)常補(bǔ)油，初始開(kāi)車時(shí)機(jī)組添加潤(rùn)滑油400 kg，機(jī)組運(yùn)行1年后累計(jì)額外添加潤(rùn)滑油300 kg，造成潤(rùn)滑油的額外消耗，增加生產(chǎn)成本。另外，機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)因油分離器油位不足而跳停，降低機(jī)組生產(chǎn)穩(wěn)定性。

(3)控制系統(tǒng)控制主板故障率高，降低機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。2臺(tái)螺桿低溫鹽水機(jī)組在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)主板損壞，造成機(jī)組停車，甚至出現(xiàn)機(jī)組控制面板按鍵失靈，機(jī)組不能正常操作，嚴(yán)重影響電解系統(tǒng)安全生產(chǎn)。經(jīng)檢查分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組控制系統(tǒng)未將PLC與外部供電電源隔離，當(dāng)外部電源出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，容易造成控制系統(tǒng)操作面板主板電容器燒壞，進(jìn)而造成控制系統(tǒng)故障。原機(jī)組于2010年安裝投運(yùn)，控制面板設(shè)置簡(jiǎn)單，只設(shè)有開(kāi)停機(jī)、增減載按鈕及機(jī)組吸氣、排氣壓力，顯示參數(shù)均為代碼形式，故障維修只能依靠機(jī)組說(shuō)明書(shū)查找對(duì)應(yīng)代碼排查故障，耗時(shí)費(fèi)力。

(4)低溫鹽水機(jī)組由氯氣液化系統(tǒng)向鹽水除硝系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的問(wèn)題。天能化工建廠之初，從經(jīng)濟(jì)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(jī)組。而在開(kāi)停車過(guò)程中，系統(tǒng)高溫原料氯氣與螺桿式冷凝機(jī)組制冷劑在氯氣液化器中換熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)開(kāi)停車過(guò)程中不合格氯氣的液化過(guò)程；待轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)時(shí)，沒(méi)有氯氣參與液化過(guò)程，就會(huì)導(dǎo)致螺桿式冷凝機(jī)組制冷劑無(wú)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(jī)組制冷劑轉(zhuǎn)移較慢，影響鹽水生產(chǎn)系統(tǒng)。

3 改造措施

為徹底解決螺桿低溫鹽水機(jī)組存在的問(wèn)題，提升其運(yùn)行穩(wěn)定性，天能化工對(duì)螺桿低溫鹽水機(jī)組進(jìn)行了技術(shù)改造。

3.1 更換機(jī)組蒸發(fā)器及供液方式

針對(duì)螺桿低溫鹽水機(jī)組制冷能力不足，機(jī)組蒸發(fā)器換熱能力喪失的問(wèn)題，直接更換了蒸發(fā)器，并改變供液方式。原機(jī)組蒸發(fā)器供液調(diào)節(jié)方式為伺服液位調(diào)節(jié)閥，使用年限過(guò)久，液位調(diào)節(jié)功能差，不能準(zhǔn)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(dòng)閥(帶ICAD驅(qū)動(dòng)器+ICM電動(dòng)閥)，通過(guò)液位控制器，精確控制冷凝器內(nèi)的液位，隨時(shí)保證滿液式蒸發(fā)器的供液量，并具有開(kāi)停機(jī)自動(dòng)切斷高低壓功能，可靠性高，同時(shí)具有液位遠(yuǎn)傳通信功能。

3.2 機(jī)組自動(dòng)集油器部分改造

機(jī)組原自動(dòng)集油器回油效果不好，導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)冷凍油過(guò)多，制冷效果差，同時(shí)系統(tǒng)中油不能及時(shí)回到油分離器中，使冷凍油損耗增加，勢(shì)必造成制冷機(jī)組能耗和經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。將原集油器進(jìn)油閥、回油閥更換為性能可靠的氣動(dòng)閥和平衡閥，將加壓閥更換為電磁閥，控制系統(tǒng)集成在機(jī)組控制系統(tǒng)中，方便操作。

3.3 機(jī)組控制系統(tǒng)改造

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

(1)將機(jī)組能量滑閥調(diào)節(jié)方法改為自動(dòng)調(diào)節(jié)，預(yù)設(shè)機(jī)組吸氣壓力。通過(guò)吸氣壓力偏離預(yù)設(shè)值的幅度來(lái)計(jì)算占空比，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組上載/卸載；通過(guò)PI算法自動(dòng)計(jì)算占空比，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組吸氣壓力的穩(wěn)定控制。

(2)將原機(jī)組控制臺(tái)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(jiàn)圖1)，具有實(shí)時(shí)曲線，實(shí)時(shí)、歷史報(bào)警功能的觸摸屏人機(jī)界面，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：報(bào)警、故障停機(jī)參數(shù)可人工設(shè)定，可對(duì)溫度通道進(jìn)行屏蔽；預(yù)留與上位DCS的通信端口，提供完整的通信地址表；PLC能夠?qū)崿F(xiàn)第一原因報(bào)警，報(bào)警確認(rèn)復(fù)位后能夠保存記錄，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

圖1 機(jī)組控制面板和控制臺(tái)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(zhuǎn)換的改造

原機(jī)組在系統(tǒng)切換上存在制冷劑轉(zhuǎn)移較慢的問(wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)降溫慢，影響生產(chǎn)。為此，在原供液管線上加切換閥，并增加2臺(tái)貯液器。當(dāng)制冷劑聚集在氯氣液化器中，不能及時(shí)回到蒸發(fā)器時(shí)，貯液器就通過(guò)切換閥向機(jī)組蒸發(fā)器供制冷劑，保證鹽水換熱降溫，起到了制冷劑調(diào)節(jié)站的作用。

4 改造效果

螺桿低溫鹽水機(jī)組在實(shí)施自動(dòng)化改造后，不僅解決了原機(jī)組存在的問(wèn)題，提升了機(jī)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(jiàn)圖2)，操作界面簡(jiǎn)單，保留歷史數(shù)據(jù)，方便報(bào)警、故障查閱，無(wú)說(shuō)明書(shū)亦可直接操作，省時(shí)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(jīng)濟(jì)效益。機(jī)組原裝控制器對(duì)供電質(zhì)量要求較高，出現(xiàn)尖峰電壓時(shí)容易造成控制器損壞，維修成本高。改造后采用德國(guó)西門子PLC控制器，性能更加穩(wěn)定，通過(guò)使用開(kāi)關(guān)電源供電，將PLC與外部供電電源隔離，杜絕了因?yàn)殡娫磫?wèn)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(fēng)險(xiǎn)。由于PLC的故障率非常低，從而大大降低了因?yàn)殡姎庠蛟斐稍O(shè)備停車的風(fēng)險(xiǎn)，減小了對(duì)生產(chǎn)的影響，將電氣原因造成停車的經(jīng)濟(jì)損失降低到原來(lái)的20%。

(3)施工簡(jiǎn)單。本次改造僅針對(duì)機(jī)組控制臺(tái)及監(jiān)控系統(tǒng)，啟動(dòng)柜、高壓柜均利用機(jī)組原有設(shè)備，線路保持不變，不需考慮對(duì)外圍配套設(shè)備的影響。

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

(5)所有壓力、溫度、能級(jí)、電磁閥等儀表利用機(jī)組原有儀器儀表，未作改動(dòng)，節(jié)省成本，提高機(jī)組改造經(jīng)濟(jì)性。

(6)上位通信。預(yù)留通信接口，Modbus通信協(xié)議，通過(guò)上位監(jiān)控系統(tǒng)既可以監(jiān)視壓縮機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程增減載、開(kāi)停機(jī)操作，提高管理效率。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)螺桿低溫鹽水機(jī)組的改造，不僅解決了機(jī)組存在的問(wèn)題，提升了機(jī)組穩(wěn)定性，滿足了電解系統(tǒng)的工藝要求，還降低了對(duì)機(jī)組的維護(hù)成本，加強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和收集分析，節(jié)省了人力物力，提高了經(jīng)濟(jì)效益。