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

        2016-11-16 10:15:43大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司
        石油石化節(jié)能 2016年7期
        關(guān)鍵詞:冷器丙烷制冷系統(tǒng)

        呂 剛(大慶油田有限責(zé)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(jìn)方案

        呂剛(大慶油田有限責(zé)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(jì)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(fēng)機(jī)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(jī)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(jìn)入經(jīng)濟(jì)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(jìn)入丙烷壓縮機(jī),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(jì)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(dāng)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(fēng)機(jī),當(dāng)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(jì)器和蒸發(fā)器液位偏低;關(guān)閉部分風(fēng)機(jī)時,容易導(dǎo)致系統(tǒng)冷凝溫度升高,壓縮機(jī)能耗增大,且經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)做功隨冷凝溫度變化曲線

        由于壓縮機(jī)排氣壓力和排氣量均隨冷凝溫度降低而降低,所以當(dāng)系統(tǒng)提供相等的制冷量時,所需壓縮機(jī)做的功也隨之降低。當(dāng)冷凝溫度為30℃時,每100 Mcal制冷量丙烷機(jī)所做有用功為52.33 kW,當(dāng)冷凝溫度降至20℃時,丙烷機(jī)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(dāng)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(dāng)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(jìn)技術(shù)方案

        3.1空冷器風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(jìn)入系統(tǒng)的量,達(dá)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(fù)荷由750 MCal/h提高到828 MCal/h,提高了10.4%,壓縮機(jī)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(jì)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(jī)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。

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