丙烷制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器液位調(diào)節(jié)技術(shù)及改進方案

呂　剛（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

丙烷制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器液位調(diào)節(jié)技術(shù)及改進方案

呂剛（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

薩南淺冷裝置丙烷制冷系統(tǒng)經(jīng)濟器、蒸發(fā)器等容器的液位波動較大，影響裝置的平穩(wěn)運行。其主要原因是冷凝溫度不能穩(wěn)定控制，且空冷器容積占系統(tǒng)比例較大。通過應(yīng)用空冷器風機變頻調(diào)速技術(shù)，實現(xiàn)丙烷系統(tǒng)冷量的合理利用；并在空冷器后加裝了調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)了丙烷制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器液位穩(wěn)定控制?？绽淦鳒囟扔?0℃降低至20℃，提高了制冷系數(shù)，年節(jié)電42×104kWh。

丙烷；制冷系統(tǒng)；控制；液位；能耗

1　工藝現(xiàn)狀

丙烷壓縮機吸入氣態(tài)的丙烷氣體，經(jīng)空冷器和水冷器，冷凝成液態(tài)丙烷，進入經(jīng)濟器后，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收天然氣的熱量（即為天然氣提供冷量）而轉(zhuǎn)化成氣態(tài)丙烷，再進入丙烷壓縮機，不斷地如此循環(huán)，從而形成閉合的丙烷制冷系統(tǒng)（圖1）。

圖1　丙烷制冷系統(tǒng)流程

由于大慶地區(qū)冬夏季、晝夜溫差較大，環(huán)境溫度的變化直接影響空冷器及水冷器內(nèi)丙烷液化程度，影響制冷系統(tǒng)中經(jīng)濟器、蒸發(fā)器的液位，造成液化變化幅度較大，控制困難，系統(tǒng)運行不平穩(wěn)。為了保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行，實際操作中將冷劑的冷凝溫度控制較高。

2　存在問題

當蒸發(fā)溫度一定時，隨著冷凝溫度的升高，壓縮比明顯加大，消耗功率增大，制冷系數(shù)變小，對生產(chǎn)不利。因此，應(yīng)該控制制冷劑的操作溫度，控制冷凝溫度，縮小壓縮比，提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)效益［1］。

2.1空冷器溫度不能穩(wěn)定控制

制冷系統(tǒng)的空冷器有3臺風機，當全部開啟時，空冷器出口溫度較低，空冷器內(nèi)液體丙烷量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)濟器和蒸發(fā)器液位偏低；關(guān)閉部分風機時，容易導(dǎo)致系統(tǒng)冷凝溫度升高，壓縮機能耗增大，且經(jīng)濟器和蒸發(fā)器液位偏高。

根據(jù)理論模擬計算，可計算出丙烷壓縮機單位制冷量耗電量隨冷凝溫度的變化曲線，如圖2所示。

圖2　單位制冷量壓縮機做功隨冷凝溫度變化曲線

由于壓縮機排氣壓力和排氣量均隨冷凝溫度降低而降低，所以當系統(tǒng)提供相等的制冷量時，所需壓縮機做的功也隨之降低。當冷凝溫度為30℃時，每100 Mcal制冷量丙烷機所做有用功為52.33 kW，當冷凝溫度降至20℃時，丙烷機有用功降至42.31 kW，降低19.15%。

2.2空冷器容積占系統(tǒng)比例較大

由于空冷器容積占系統(tǒng)比例較大，當空冷器丙烷冷凝溫度降低時，丙烷容易存積在空冷器中，導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)液體丙烷減少，液位降低；當空冷器丙烷冷凝溫度升高時，導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)液體丙烷增加，液位升高。

3　改進技術(shù)方案

3.1空冷器風機轉(zhuǎn)速變頻調(diào)節(jié)

根據(jù)冷卻溫度的要求，通過變頻技術(shù)，改變空冷器風機的轉(zhuǎn)速（空冷器新增1個溫度變送器），減少氣體丙烷冷凝時所需的冷量，從而減少氣體丙烷冷凝為液體丙烷的量，減少了液體丙烷生成量，保證液位平穩(wěn)。由于丙烷制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器介質(zhì)輸出不穩(wěn)定，因此在實施過程中加裝了壓力變送器、溫度傳感器、開關(guān)閥及相應(yīng)變頻控制模塊。

3.2空冷器后安裝調(diào)節(jié)閥

在空冷器出口增加1個調(diào)節(jié)閥，控制液體丙烷進入系統(tǒng)的量，達到控制系統(tǒng)液位平穩(wěn)的目的。

空冷器加裝溫度變送器，空冷器風機加裝變頻調(diào)節(jié)，在空冷器出口加裝調(diào)節(jié)閥。改造流程見圖3（實線為新增部分）。

圖3　丙烷制冷系統(tǒng)改造后流程

4　實施效果

系統(tǒng)改造后，根據(jù)冷卻溫度的要求，改變空冷器風機的轉(zhuǎn)速，使得蒸發(fā)器液位得到有效控制，未出現(xiàn)因溫差等環(huán)境因素造成液位控制困難的現(xiàn)象。系統(tǒng)的冷凝溫度由30℃降至20℃，制冷系數(shù)由1.8提高至2.0，提高了10.5%；制冷負荷由750 MCal/h提高到828 MCal/h，提高了10.4%，壓縮機的功耗由52.33 kW降至42.31 kW，降低了19.15%，年節(jié)約電量42×104kWh。

5　結(jié)論

變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)了丙烷冷凝溫度的穩(wěn)定控制，空冷器后加裝調(diào)節(jié)閥實現(xiàn)了制冷系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)濟器、蒸發(fā)器液位穩(wěn)定控制。在薩南淺冷裝置實施丙烷系統(tǒng)控制優(yōu)化技術(shù)后，有效降低了制冷系統(tǒng)的能耗，年節(jié)電42×104kWh。

［1］冷士良.化工單元過程及操作［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：243-248.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

2016-04-07

（編輯杜麗華）

呂剛，工程師，2005年畢業(yè)于東北林業(yè)大學(xué)（計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)），從事于油氣初加工工作，E-mail：lvgang1@petrochina.com. cn，地址：黑龍江省大慶市天然氣分公司工程技術(shù)大隊，163416。