乙烯法40 万t/aVCM 装置制冷机组选型与应用

时间：2024-08-31

陈庆同，杜鹏

(天津大沽化工股份有限公司，天津 300455)

1 前言

随着我国PVC 生产工艺对环保和能耗要求提高，越来越多的装置采用乙烯法生产PVC，VCM作为乙烯法生产PVC 的关键中间工艺，其中制冷机组的选择对整套VCM 装置的稳定、高效运行至关重要。

根据装置产能和工艺的不同，乙烯法VCM 工艺制冷机组通常可选择离心式制冷机组和螺杆式制冷机组。

2 制冷机组在乙烯法VCM 装置工艺作用

制冷机组是乙烯法VCM 生产工艺中关键动设备，关系到整个装置生产的安全及稳定。主要工艺作用如下：1）深冷低温氯化单元和高温氯化单元尾气，回收其中夹带的二氯乙烷，防止带液造成尾气氧表波动使装置连锁停车；2）给高温氯化单元尾气液环压缩机组的循环液二氯乙烷提供冷量；3）给裂解单元氯化氢精馏塔氯化氢气体提供冷量；4）氧氯化单元为乙烯过量反应，反应生成的不凝气组分需要净化气采出来移除，净化气中所含的EDC 及水分须经由制冷机组提供的冷量后冷却去除，以防带入低温氯化造成设备腐蚀。

3 制冷机组的选型

3.1 40 万t/aVCM 装置制冷机组参数要求(表1)

表1 40 万t/aVCM 装置制冷机组参数表

3.2 制冷剂的选择

目前，我公司旧装置制冷机组制冷剂为R22（CHClF2二氟一氯甲烷）,属于 HCFCS 类（氢氯氟烃类），根据国家2010 年3 月出台《消耗臭氧层物质管理条例》及《蒙特利尔议定书》最新的调整案规定，我国R22 将于2030 年实现完全淘汰。因此，我公司新装置采用丙烯（化学式C3H6商品名称R-1270）作为制冷剂，对臭氧层完全没有破坏，并且温室效应亦非常小，属于目前最环保的制冷剂之一。

3.3 制冷压缩机的型式

根据调研，目前国际知名制冷机组品牌，包括：约克、麦克维尔、豪顿华、GEA 等提供的丙烯制冷压缩机在型式上主要有离心式与螺杆式两种。

离心式压缩机处理能力较大，一台即可满足装置负荷需要；螺杆式压缩机一般需要2 至3 台方可满足装置负荷需求。

3.4 关于机组稳定性与经济性考量

3.4.1 稳定性及可操作性

因装置生产运行需保证长周期稳定运行，因此要求制冷机需满足长周期稳定运行，且即便在出现故障时应对生产造成影响最小。从上述压缩机的型式上看，两种类型压缩机均满足长周期运行要求。如选择一台离心制冷机组，一旦机组出现故障，压缩机将停机，将造成装置全线停车，单次开停车成本百余万元。如采用螺杆式制冷机组，其设计至少为两台，一旦机组出现故障，通常只有一台机组停机，只需紧急降部分负荷，对生产影响较小。从可操作性分析，螺杆式制冷机组具有优势。

另外，制冷机组在选型前期，我公司技术人员做了广泛深入的机组使用状况调研。具体分析如下：

1）天津大沽化工股份有限公司三套VCM 装置现全部使用螺杆式压缩机，每套装置两台，全部在线使用，运行良好，未出现两台压缩机同时故障停机，造成装置全线停车情况。

2）青岛海晶化工集团有限公司乙烯法VCM装置使用单台离心式压缩机，据考察了解，开车前期出现了多次故障，包括：入口储罐液位高高连锁、齿轮箱油冷出口温度高高连锁、油温控制阀故障等，由于制冷机停机造成装置多次全线停车。

3）山东阳煤恒通化工股份有限公司乙烯法VCM 装置使用单台离心式压缩机，据考察了解，在其装置开车前期过程中制冷机运行状况不好，因制冷机故障造成装置多次停车，对生产影响较大。

3.4.2 投资成本

螺杆式压缩机与离心式压缩机从投资成本上考虑，综合调研目前国际各知名制冷机组供应商，单套40 万t/aVCM 装置制冷机组预估费用如表2。

可是在设备投资成本方面，螺杆式制冷机组比离心式制冷机组更有优势。

表2 40 万t/aVCM 装置制冷机组预估费用表

3.4.3 运行费用

根据各供应商提供的初步功率方案，单套40万t/aVCM 装置制冷机组功率在5000～5900kW 不等，正常运行能耗相差不大。但在低负荷时，根据螺杆压缩机与离心压缩机结构型式，螺杆压缩机设计最小负荷为10%，通过入口滑阀调节，而离心压缩机必须满足喘振流量要求，负荷低时须开回流保证压缩机流量要求。因此，装置低负荷时，螺杆压缩机可降低载荷减少能耗。具体对VCM 装置负荷调整因素如下：

1）季节对冷冻负荷影响：由于季节变化，气温低时，循环水温度降低，部分装置单元在深冷前由于有循环水冷却系统，对冷量要求减少，因此冷冻机负荷相应降低。

2）装置自身负荷对冷冻负荷的影响：VCM 装置在检修或开停车时，冷量要求较低，一般开一台冷冻机即可满足。而离心式压缩机仅为一台，功率浪费比较大，能耗较高。每年以20d 计，可节约费用72 万元。

3）市场原因：VCM 装置因市场原因需要调节负荷，螺杆式压缩机可自身调节大幅降低能耗，此时节电将更加显著。