冷凍單元-35 ℃系統的工藝改進

竇素芹，王永杰，凌廣運

（滄州聚隆化工有限公司，河北滄州050018）

1 冷凍單元制冷原理及原工藝流程

1.1 冷凍單元的制冷原理

滄州聚隆化工有限公司VCM 三廠冷凍單元的制冷劑為氨，載冷劑為氯化鈣鹽水溶液，其制冷系統包括0 ℃系統、-5 ℃系統和-35 ℃系統。冷凝器、節流閥、蒸發器、制冷壓縮機等部分設備通過管道連接起來，組成一個閉合循環系統，制冷劑氨氣在壓縮機中被壓縮成高溫高壓氣體，在冷凝器中被冷凝成高壓液體，通過節流閥變為低溫低壓液體，在蒸發器中吸熱蒸發為低溫低壓氣體，被壓縮機吸回，完成一個制冷循環。氯化鈣鹽水溶液在蒸發器中與氨換熱變成低溫液體進入其他工藝單元用作低溫介質，以滿足工藝要求。

1.2 原工藝流程簡述

冷凍單元-35 ℃系統原工藝流程為：液氨自貯氨器進入中間冷卻器冷卻后，經節流膨脹閥節流減壓，進入-35 ℃蒸發器，液氨在蒸發器的螺旋管內吸收管外鹽箱內氯化鈣鹽水的熱量而氣化，使氯化鈣鹽水溫度降至-23 ℃，氣氨經氨液分離器除去液滴后，進入壓縮機，高壓氣氨進入氨冷凝器，冷凝成液氨，流入貯氨器繼續循環。-23 ℃氯化鈣鹽水則由冷媒水泵打至氯乙烯單體精餾單元和氯化氫脫水單元，分別用來冷凝氯乙烯單體和除去氯化氫中的水分。氯化鈣鹽水的配置在鹽箱的攪拌處，由操作工將袋裝粉狀氯化鈣倒入鹽箱的水中，邊攪拌邊倒，直到達到規定要求的氯化鈣鹽水溶液濃度。

2 原工藝流程存在的問題

2.1 配置氯化鈣時系統升溫較高

原工藝有一較大缺陷就是氯化鈣鹽水是在蒸發器所在的鹽箱內直接配置，氯化鈣在水中的溶解反應是放熱反應，配置氯化鈣鹽水時會導致系統溫度升高，升溫幅度較大時，氯化鈣鹽水的溫度會從-20 ℃左右升高到-10 ℃左右。由于VCM 三廠最初的工藝，合成氯乙烯單體（VCM）的氯化氫是由二氯乙烷（EDC）裂解制取，含水量極低，因此沒有氯化氫冷凍脫水工藝，對-35 ℃系統的工藝指標要求不太嚴格。在增加8 萬t/a離子膜燒堿裝置后，副產品氯化氫送至VCM 三廠用來合成氯乙烯單體，電解食鹽水所得的氯化氫含水較多，必須增加氯化氫冷凍脫水工藝，氯化氫冷凍脫水對溫度指標要求較為嚴格，溫度過高時造成氯化氫脫水效果較差，致使進入VCM 轉化器的氯化氫中含有少量鹽酸，導致VCM 合成工藝單元多臺VCM 轉化器泄漏，無法完成正常的生產任務。

2.2 冷媒水泵跳閘頻繁

VCM 三廠裝置運行時間已超過十五年，由于電氣和工藝設備老化等因素，冷媒水泵跳閘頻繁，其他工藝單元裝置的高度高于冷凍單元，在重力的作用下，輸送到其他單元的氯化鈣鹽水在冷媒水泵跳閘后倒回到鹽箱，直接從蒸發器所在的鹽箱溢出進入地溝，一方面致使大量氯化鈣鹽水損失，另一方面增加污水處理的費用。冷媒水泵跳閘后還需重新配置氯化鈣鹽水，導致氯化鈣和一次水的浪費，造成人力物力財力的損失，增加了生產成本。

3 工藝改進情況

針對以上問題，經過反復探討和論證，在盡量節省資金的前提下對原工藝做了以下改進。

在鹽箱北側，新建一地下氯化鈣鹽水配置池，加設三葉后掠式攪拌1 臺[1]，在鹽箱周圍增加收集溝，使溢出的氯化鈣鹽水不再進入地溝，而進入收集溝，收集溝與氯化鈣鹽水配置池相連，溢出的氯化鈣鹽水最后匯集到氯化鈣鹽水配置池，在配置池旁增設一冷媒水泵[2]，通過管道與鹽箱相連。收集溝、配制池與鹽箱做好密封，防止雜物進入收集池后影響冷媒水泵吸入氯化鈣鹽水。工藝改進后工藝流程示意圖和主要設備設施統計表，分別見圖1 和表1。

圖1 工藝改進后工藝流程示意圖

表1 主要設備設施統計表

改進后的主要功能：（1）將氯化鈣鹽水的配置改為在氯化鈣鹽水配置池中提前配置，靜置一段時間，待溫度降至常溫后，需要時再由冷媒水泵打至鹽箱，大大降低了鹽箱內氯化鈣鹽水的升溫幅度，保證了其他單元工藝指標的穩定；（2）冷媒水泵跳閘后，輸送到其它工藝單元的氯化鈣鹽水倒回鹽箱，從蒸發器溢出，經收集溝進入新建氯化鈣鹽水配置池中，由冷媒水泵打回鹽箱，起到了回收氯化鈣鹽水的目的，最大程度節約了氯化鈣和一次水，并大大減少了重新配置氯化鈣鹽水溶液的次數，節約了人力物力。

4 工藝改進后出現的問題及處理

雖然在收集溝、配制池與鹽箱做好了密封，但是由于鹽箱原來未完全密封，以前進入部分雜物，當鹽箱的氯化鈣鹽水溢出時，雜物隨氯化鈣鹽水經收集溝進入配制池，導致冷媒水泵入口過濾網堵塞，冷媒水泵流量較小，達不到原設計要求。為解決這個問題，在收集溝至配置池入口處，增加了過濾網，阻止雜物進入氯化鈣鹽水溶液配制池。改進后，冷媒水泵的流量變大，達到了原工藝改進的設計要求。

5 經濟效益分析

（1）工藝改進的總投資

根據表1 計算，主要設備設施費用可知為4.5 萬元，其它輔助材料按1.5 萬元計算，設備及材料費總共為6.0 萬元，安裝費1.5 萬元，工程總投資7.5 萬元。

（2）節省的氯化鈣費用

氯化鈣的單價為1 200 元/t，每年按節省60 t 氯化鈣計算，共節省費用7.2 萬元。

（3）節省一次水及污水處理的費用

一次水的價格為4.2 元/m3，污水處理費用3 元/m3，每年節省一次水按1 000 m3計，共節省費用7 200 元。

（4）新增用電費用

電費按0.72 元/kW·h，年用電量約為100 kW·h，費用為720 元。

（5）工藝改進后的效益

工藝改進后第一年的創造效益：72 000+7 200-75 000-720=3 480（元）。第一年就可以收回投資，并創造效益3 480 元，以后每年創造效益超過5 萬元。

6 結語

冷凍單元-35 ℃系統工藝改進后，VCM 三廠VCM合成工藝單元和VCM 精餾工藝單元的工藝指標波動大大減小，精餾工藝單元的尾排量減少；VCM 轉化器的泄漏數量減少過半，使得維修轉化器和更換觸媒的費用大大減少。因此這次工藝改進保證了生產工藝指標的穩定，降低了生產成本，取得了一定的經濟效益。