聚氯乙烯制冷系统的改造案例分析
2004 年6 月河南昊华宇航化工有限责任公司投产10 万t/a PVC 和10 万t/a 烧碱装置，成立了宇阳分公司。在PVC 和烧碱的生产中，许多气体的冷凝、液体的冷却、反应热的移出、原材料的冷藏等都需要制冷，因此冷冻站在PVC 生产中占有很重要的地位。河南昊华宇航化工有限责任公司宇阳分公司动力分厂冷冻站制冷系统分为5℃低温水系统和-35℃低温盐水统，采用氨作制冷剂，利用其物态变化制冷。现简要介绍制冷工艺的生产情况及改进措施。
1、 改进前的制冷工艺
改进前，5℃水制冷系统和-35℃盐水制冷系统是2 个独立的制冷循环系统。氨储槽中的液氨经节流膨胀阀降低压力后，成为低温液氨，进入蒸发器，在蒸发器盘管内吸收热量蒸发为气氨，同时使管外载冷剂(水或盐水)冷却，由蒸发器送来的气氨经氨液分离器除去液滴，液滴聚集在氨液分离器底部回到蒸发器内;气氨经螺杆压缩机压缩为高压气氨，进入蒸发式冷凝器冷凝为液氨，流入氨储槽中循环。5℃水制冷工艺流程如图1 所示，-35℃盐水制冷工艺流程如图2 所示。
2、 主要设备
5℃水制冷系统：螺杆制冷压缩机型号为DLG25ⅡA500，名义工况0℃/+38℃，名义制冷量2048 kW，电机功率500 kW，4 台;蒸发式冷凝器型号为SZN2000，排热量为2014 kW，4 台;氨储槽容积为10 m3，2 台;螺旋管式蒸发器型号为LZL640，4 台。-35℃盐水制冷系统：螺杆制冷压缩机型号为JDLG25ⅡA400，名义工况-35℃/+38℃，名义制冷量505 kW，电机功率400 kW，3 台;蒸发式冷凝器型号为SZN900，排热量为925 kW，2 台;氨储槽容积为8 m3，1 台;螺旋管式蒸发器型号为LZL270，2 台;立式经济冷却器冷却面积5.0 m3，3 台。
3、 存在的问题
原设计中，5℃水制冷系统的蒸发式冷凝器在选型时忽视了制冷压缩机的轴功率，5℃水制冷系统的冷凝器冷凝能力偏小。经过两年多的运行，由于河南省夏季温度较高，长年风尘较大，空气中杂质进入蒸发式冷凝器纯水中，随着纯水的蒸发，不断在冷凝盘管上浓缩，使冷凝器盘管产生污垢，降低了传热效率，冷却效果显著下降。2005 年10 月，为了提高液氯的包装速度，氯气液化改用5℃水制冷系统，这在原不足以满足生产工艺的基础上，又增加了新的热负荷。5℃水制冷系统开3 台制冷压缩机，运行时工作压力一直在1.45 MPa 以上，最高时达到1.5 MPa，冷凝温度为40℃，降温效果差，供水温度超过10℃，最高时达到12.8℃(工艺指标为0～6℃)，5℃水制冷系统已不能满足工艺的需要，影响了正常生产。针对生产情况，技术人员进行了热负荷计算，认为需增加蒸发面积为300 m2 的蒸发器1 台和SZN2000 的蒸发式冷凝器1 台，但再增加设备会增大投资(据调查可知1 台蒸发面积为300 m2 的蒸发器和1 台SZN2000 蒸发式冷凝器共需资金68 万余元)，还会增大占地面积(岗位周围已没有多余的位置)。为了尽快改变生产现状，解决5℃水制冷系统降温效果，满足生产需求，技术人员把5℃水制冷系统和-35℃盐水制冷系统的冷凝器、经济冷却器互用。
4、 改进方案
4.1 改进措施 -35℃盐水制冷系统开1 台制冷压缩机，工作压力为1.0～1.3 MPa，供盐水温度-34～-30℃，仅开1 台经济冷却器，冷凝温度为28～36℃，经济冷却器和冷凝器尚有部分富余冷却能力。由于5℃水制冷系统和-35℃盐水制冷系统的制冷压缩机工作原理相同，只是使用的工况点不同，技术人员经过论证，提出将5℃水制冷系统部分热负荷转移到-35℃盐水制冷系统的改进措施：由两个系统单独运行，改为供液管路、气相平衡管路、氨储槽液相平衡管路及制冷压缩机排气管路都连通运行，降低5℃水制冷系统的工作压力。连通后利用-35℃盐水制冷系统的经济冷却器对5℃水制冷系统部分蒸发器供液(考虑到经济冷却器的能力有限，未给5℃水制冷系统全部蒸发器供液降温)，降低5℃水制冷系统蒸发器供液氨的温度，提高制冷效果，保证5℃水制冷系统在夏季安全稳定运行。该方案于2006 年7 月8 日检修后实施，改进后工艺流程如图3 所示。
4.2 改进后的制冷效果 改进后，5℃水制冷系统和-35℃盐水制冷系统的操作难度增大，但工程技术人员在开始试车时认真关注两个系统的每一点变化，发现两个系统刚刚连通时，由于系统压力和制冷能力不同，3 个氨储槽液位波动很大，稍有不慎某个氨储槽就会满液位造成环保和安全事故，技术人员跟班指挥调节，保证了两个系统氨量的均衡和平稳运行，并及时对操作人员加强操作技能的培训，确保改进的制冷系统稳定运行。从1 个月的运行效果可知，5℃水制冷系统降温效果明显，改造前后的制 冷系统运行情况见表1。
从表1 中可以看出，改造前环境温度为26～35℃、转化流量2800 m3/h 时，5℃水制冷系统开3 台制冷压缩机，氨储槽压力为1.4～1.48 MPa、水温为8.8～12.8℃;改造后，在外界温度基本相同的情况下，转化流量提高至3100 m3/h 时，5℃水制冷系统仍开3 台制冷压缩机，氨储槽压力保持在1.32～1.435 MPa、水温下降为5.1～7.9℃，而-35℃盐水制冷系统压力为1.320～1.435MPa，盐水温度为-30℃～-27℃，基本满足了夏季生产的需要。此次改造效果明显，在保证安全生产的前提下，减少了1 台蒸发器和1 台冷凝器的投资(共68 万元)，同时提高了转化器的利用率，保证了安全生产，加快了液氯的包装速度，创造了较大的经济效益。
5、 结语
5℃水制冷系统和-35℃盐水制冷系统连通改造是河南昊华宇航化工有限责任公司宇阳分公司动力分厂技术人员经过论证创新的结果，采取了目前国内较为实用的改进措施。此次改造，节能效果明显，在保证安全生产的前提下，提高了转化器的利用率。通过此次改进，拓展了制冷技术的新思路，为制冷工序人员在工艺、设备、操作等方面进一步摸索、完善、优化提供了经验
