李生虎

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

新疆天业集团天能化工有限公司(以下简称“天能化工”)主要生产聚氯乙烯和烧碱。在氯碱生产系统，氯气的液化和盐水的降温除硝主要依靠2台LNVLG193T型螺杆低温盐水(CaCl2溶液)机组实现(开停车时用于氯气液化，正常生产时用于盐水除硝)。在实际生产过程中，2台LNVLG193T型螺杆低温盐水机组故障频繁，不能满足正常生产需要，经生产厂家多次现场处理后，仍不能解决问题，为保证公司正常生产，提升机组经济效益，对2台机组进行了自动化改造。

1 螺杆低温盐水机组的作用

天能化工2台螺杆低温盐水机组布置在氯气液化工段，主要负责电解系统开停车过程中氯气的液化和正常生产时盐水的降温除硝。

在电解生产系统开车过程中，电解装置生产的氯气纯度不能满足后续工艺需求，而氯气为有毒有害气体，不能直接对外排放，因此由2台螺杆低温盐水机组对氯气进行液化，后续生产次氯酸钠。

2 生产中存在的问题

(1)螺杆低温盐水机组制冷能力不足，不能满足正常电解生产系统中NaCl盐水除硝工艺需求。经分析研究，发现机组蒸发器已使用8年，拆解后，蒸发器壳程氯化钙溶液结垢严重，大大影响螺杆低温盐水机组的制冷效果，不能满足盐水除硝的温度要求。对机组蒸发器壳程进行化学清洗后，机组制冷能力没有明显提升。技术人员再次对蒸发器拆解检查，蒸发器壳程积垢情况仍然严重，在对蒸发器筒体中段开孔检查后，发现蒸发器壳程中列管间隙堵塞严重，依靠化学清洗无法完成清理工作。

(2)机组集油器不能正常回油。自动集油系统主要由集油器、电磁阀、电加热器、控制台及公用底座等组成，自动集油系统的主要作用是依靠重力作用收集氯气液化器壳程的润滑油，依靠电加热蒸馏润滑油中的制冷剂，确保进入压缩机低压侧的润滑油重新回收到油分离器中。自动集油系统单独设有控制系统，控制系统并未集成在螺杆低温盐水机组控制系统中，造成操作不便，增加人工额外的操作负担，而且自动集油器使用次数少，回油效果差，机组润滑油沉积在机组蒸发器中，需人工经常补油，初始开车时机组添加润滑油400 kg，机组运行1年后累计额外添加润滑油300 kg，造成润滑油的额外消耗，增加生产成本。另外，机组经常出现因油分离器油位不足而跳停，降低机组生产稳定性。

(3)控制系统控制主板故障率高，降低机组运行稳定性。2台螺杆低温盐水机组在运行中经常出现主板损坏，造成机组停车，甚至出现机组控制面板按键失灵，机组不能正常操作，严重影响电解系统安全生产。经检查分析，发现机组控制系统未将PLC与外部供电电源隔离，当外部电源出现波动时，容易造成控制系统操作面板主板电容器烧坏，进而造成控制系统故障。原机组于2010年安装投运，控制面板设置简单，只设有开停机、增减载按钮及机组吸气、排气压力，显示参数均为代码形式，故障维修只能依靠机组说明书查找对应代码排查故障，耗时费力。

(4)低温盐水机组由氯气液化系统向盐水除硝系统转换过程中的问题。天能化工建厂之初，从经济角度出发，氯气液化系统与电解盐水系统共用1套螺杆式冷凝机组。而在开停车过程中，系统高温原料氯气与螺杆式冷凝机组制冷剂在氯气液化器中换热，进而实现开停车过程中不合格氯气的液化过程；待转入正常生产时，没有氯气参与液化过程，就会导致螺杆式冷凝机组制冷剂无换热源，制冷剂在氯气液化器中不能正常蒸发，积聚在氯气液化器中，机组制冷剂转移较慢，影响盐水生产系统。

3 改造措施

为彻底解决螺杆低温盐水机组存在的问题，提升其运行稳定性，天能化工对螺杆低温盐水机组进行了技术改造。

3.1 更换机组蒸发器及供液方式

针对螺杆低温盐水机组制冷能力不足，机组蒸发器换热能力丧失的问题，直接更换了蒸发器，并改变供液方式。原机组蒸发器供液调节方式为伺服液位调节阀，使用年限过久，液位调节功能差，不能准确控制系统液位。为此，在蒸发器上增加液位传感器，并在供液管线上加装电动阀(带ICAD驱动器+ICM电动阀)，通过液位控制器，精确控制冷凝器内的液位，随时保证满液式蒸发器的供液量，并具有开停机自动切断高低压功能，可靠性高，同时具有液位远传通信功能。

3.2 机组自动集油器部分改造

机组原自动集油器回油效果不好，导致蒸发器内冷冻油过多，制冷效果差，同时系统中油不能及时回到油分离器中，使冷冻油损耗增加，势必造成制冷机组能耗和经济上的浪费。将原集油器进油阀、回油阀更换为性能可靠的气动阀和平衡阀，将加压阀更换为电磁阀，控制系统集成在机组控制系统中，方便操作。

3.3 机组控制系统改造

考虑改造成本，原机组温度/压力仪表、能量滑阀位置电位计、传感器、电磁阀等控制元件不作改动。改造内容如下。

(1)将机组能量滑阀调节方法改为自动调节，预设机组吸气压力。通过吸气压力偏离预设值的幅度来计算占空比，从而实现机组上载/卸载；通过PI算法自动计算占空比，从而实现机组吸气压力的稳定控制。

(2)将原机组控制台按键代码式控制面板更换为采用西门子S7 200 SMART系列的PLC及可触摸操作液晶显示屏，采用压力、温度模拟量模块(见图1)，具有实时曲线，实时、历史报警功能的触摸屏人机界面，主要实现以下功能：报警、故障停机参数可人工设定，可对温度通道进行屏蔽；预留与上位DCS的通信端口，提供完整的通信地址表；PLC能够实现第一原因报警，报警确认复位后能够保存记录，便于数据统计。

图1 机组控制面板和控制台Fig.1 Unit control interface and console

3.4 制冷由氯气液化系统向盐水除硝系统转换的改造

原机组在系统切换上存在制冷剂转移较慢的问题，导致系统降温慢，影响生产。为此，在原供液管线上加切换阀，并增加2台贮液器。当制冷剂聚集在氯气液化器中，不能及时回到蒸发器时，贮液器就通过切换阀向机组蒸发器供制冷剂，保证盐水换热降温，起到了制冷剂调节站的作用。

4 改造效果

螺杆低温盐水机组在实施自动化改造后，不仅解决了原机组存在的问题，提升了机组稳定性，而且提供了直观的触摸屏全中文图形化显示(见图2)，操作界面简单，保留历史数据，方便报警、故障查阅，无说明书亦可直接操作，省时省力，改造后主要效果如下。

图2 触摸屏全中文图形化显示界面Fig.2 Full Chinese character graphical display interface on touch screen

(1)经济效益。机组原装控制器对供电质量要求较高，出现尖峰电压时容易造成控制器损坏，维修成本高。改造后采用德国西门子PLC控制器，性能更加稳定，通过使用开关电源供电，将PLC与外部供电电源隔离，杜绝了因为电源问题而造成PLC烧毁的可能，大大降低了电气元件维修成本。

(2)降低停车风险。由于PLC的故障率非常低，从而大大降低了因为电气原因造成设备停车的风险，减小了对生产的影响，将电气原因造成停车的经济损失降低到原来的20%。

(3)施工简单。本次改造仅针对机组控制台及监控系统，启动柜、高压柜均利用机组原有设备，线路保持不变，不需考虑对外围配套设备的影响。

(4)控制系统采用德国西门子PLC控制器，质量可靠，稳定性高；PLC及模拟量模块，其备件及维护成本较低，兼容性强，便于采购。

(5)所有压力、温度、能级、电磁阀等仪表利用机组原有仪器仪表，未作改动，节省成本，提高机组改造经济性。

(6)上位通信。预留通信接口，Modbus通信协议，通过上位监控系统既可以监视压缩机的各项运行数据，也可以实现对设备的远程增减载、开停机操作，提高管理效率。

5 结语

通过对螺杆低温盐水机组的改造，不仅解决了机组存在的问题，提升了机组稳定性，满足了电解系统的工艺要求，还降低了对机组的维护成本，加强了机组运行数据监控和收集分析，节省了人力物力，提高了经济效益。