罐區(qū)尾氣回收冰機(jī)的技術(shù)方案優(yōu)化

張 盛 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

中東地區(qū)商業(yè)罐區(qū)項目因環(huán)保的要求，需要將輸送過程中產(chǎn)生的各種尾氣進(jìn)行回收處理。尾氣回收裝置是整個罐區(qū)“三廢”處理的關(guān)鍵，直接關(guān)系到該項目的尾氣排放量能否滿足當(dāng)?shù)氐南嚓P(guān)環(huán)保要求。該回收裝置的核心設(shè)備為尾氣回收冰機(jī)。

1 原設(shè)計方案

1.1 工藝要求

尾氣回收裝置中要求設(shè)置兩套冰機(jī)，將57%乙二醇溶液從-24℃冷卻到-30℃。乙二醇溶液作為載冷劑去冷卻尾氣，尾氣中含有丙烯腈、苯乙烯等有毒有害成分。由于丙烯腈和苯乙烯的冷凝溫度不同，需要在不同的溫度下將其分別進(jìn)行分離和收集，然后統(tǒng)一進(jìn)行處理;經(jīng)處理后的尾氣再統(tǒng)一水洗后，才能滿足尾氣排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求。

尾氣回收裝置中要求單臺冰機(jī)的制冷量達(dá)到198kW。

項目所在地的工業(yè)城地處沙漠邊緣，整個地區(qū)缺少淡水，所以冰機(jī)的冷凝器就不能采用常規(guī)的水冷列管式換熱器，必須按照空冷的結(jié)構(gòu)考慮。中東地區(qū)的室外溫度很高且空氣干燥，所以空冷器的設(shè)計應(yīng)留有較大的裕量。

1.2 設(shè)計流程

最初，投標(biāo)廠商根據(jù)項目要求，提供的冰機(jī)技術(shù)方案:每套機(jī)組包含一臺螺桿壓縮機(jī)，主體材質(zhì)為鑄鋼材質(zhì)，兩級壓縮，蒸發(fā)器設(shè)計為熱負(fù)荷＞486kW 的空冷器，電機(jī)功率為300kW。

-34℃的制冷劑R134a 在蒸發(fā)器內(nèi)吸收乙二醇溶液的熱量并汽化成蒸氣，壓縮機(jī)不斷地將產(chǎn)生的蒸氣從蒸發(fā)器中抽出，進(jìn)行兩級壓縮，經(jīng)壓縮后的溫度80℃、壓力15.67bar (A)的高壓蒸氣被送到空冷式冷凝器，經(jīng)過空氣強(qiáng)制冷凝成高壓液體，再經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，再次氣化，吸收乙二醇溶液的熱量。將-24℃的乙二醇溶液冷卻為-30℃，完成一個工作周期。兩級螺桿壓縮機(jī)循環(huán)制冷過程見圖1。

圖1 兩級螺桿壓縮機(jī)循環(huán)制冷

1.3 分析

按照工藝要求，經(jīng)過冷卻處理后的冷凍水出口溫度約為-30℃。根據(jù)API619 石油、石化和天然氣工業(yè)用容積式壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的附錄，表F -1 對螺桿壓縮機(jī)材料特性的規(guī)定:壓縮機(jī)的殼體和轉(zhuǎn)子，如果使用鑄鐵材質(zhì)，只適用于介質(zhì)溫度不低于-29℃的工況。如果工作溫度在-30℃，主要轉(zhuǎn)動部件和承壓殼體都需要采用低溫鋼材質(zhì)。目前國內(nèi)外大多數(shù)廠商生產(chǎn)的螺桿壓縮機(jī)，主要部件材質(zhì)都是以鑄鐵材質(zhì)為主，僅有少部分廠商可以生產(chǎn)鑄鋼材質(zhì)的壓縮機(jī)。如果采用了鑄鋼材質(zhì)，將會增加壓縮機(jī)的制造成本，增加選擇制造廠商的難度，而且鑄鋼材質(zhì)壓縮機(jī)交貨期很長，項目進(jìn)度無法保證。

按照業(yè)主對項目的統(tǒng)一要求，電機(jī)功率如果大于185kW 就必須使用4kV 的高壓電機(jī)。按照本方案，廠商要求的電機(jī)功率為300kW，就必須采用高壓電機(jī)，通過高壓變壓器進(jìn)行送電。由于業(yè)主原因，在項目中期才確定了尾氣回收裝置的最終技術(shù)方案，這一情況在項目初期的策劃中并未考慮到。項目的現(xiàn)狀是—現(xiàn)有的20000 kVA 高壓變壓器早已經(jīng)訂貨并且生產(chǎn)，沒有再增加2 套機(jī)組共計600kW 的容量的可能。如果要增加變壓器的能力只有重新訂貨，采用能力更大的25000 kVA 高壓變壓器。項目勢必將花費更多的經(jīng)費。此外，變壓器訂貨后變電站的土建條件已經(jīng)發(fā)表，如果更改變壓器，變電站廠房也必須重新設(shè)計。項目的整體進(jìn)度就要延遲。如果耽誤項目最終機(jī)械竣工的時間，將面臨業(yè)主的高額罰款，造成更大的負(fù)面影響。

2 方案優(yōu)化

為了在滿足業(yè)主要求的情況下盡可能地解決問題，和工藝、電氣專業(yè)反復(fù)協(xié)商，深挖現(xiàn)有設(shè)備的潛力，找出解決問題的辦法。

2.1 利用現(xiàn)有設(shè)備的潛力

本項目中，已經(jīng)購買的三臺制冷量為2947kW冷水機(jī)組，用于將10.5℃乙二醇溶液降溫至1.5℃，該設(shè)計考慮了10%左右的設(shè)計裕量。因此考慮將10.5℃的乙二醇溶液直接用作-30 ℃尾氣回收冰機(jī)的蒸發(fā)器冷卻液，冷卻后再回到冷水機(jī)組。

2.2 電機(jī)選型

由于蒸發(fā)器的冷卻溫度從之前的57℃降低為目前的10.5℃，螺桿壓縮機(jī)的壓縮比由優(yōu)化前的24.24 降低為6.28，因此采用單級壓縮的螺桿壓縮機(jī)替代替原來需要的兩級壓縮機(jī)就可以滿足要求。由于壓縮比的下降，壓縮機(jī)的功率也大幅下降，每套機(jī)組采用110kW 的460V 低壓電機(jī)即可。這樣已經(jīng)訂貨的4kV 變壓器就無需修改，相應(yīng)的總變廠房也如期竣工。項目進(jìn)度得到保證，規(guī)避了被業(yè)主處罰的風(fēng)險。

2.3 壓縮機(jī)材質(zhì)

將螺桿壓縮機(jī)出口50℃的R507 制冷劑溶液部分回流到入口，和進(jìn)口的-30℃溶液混合，可將乙二醇溶液進(jìn)口溫度從-30℃升高到-28℃。按照API619 標(biāo)準(zhǔn)的要求，壓縮機(jī)殼體和轉(zhuǎn)子就可以采用鑄鐵材質(zhì)。優(yōu)化后的單級螺桿壓縮機(jī)循環(huán)制冷見圖2。

圖2 單級螺桿壓縮機(jī)循環(huán)制冷

尾氣回收冰機(jī)方案優(yōu)化前后對比見表1。

表1 尾氣回收冰機(jī)方案對比

最終鑄鐵材質(zhì)的螺桿壓縮機(jī)制冷機(jī)組，采用了低壓電機(jī)驅(qū)動，兩套機(jī)組最終節(jié)省約220 萬元人民幣。不僅為項目降低了成本，并且保證了項目進(jìn)度。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)與國際的不斷接軌，工程項目的國際化是大勢所趨。作為國際型工程公司，必須提高國際競爭能力，才能在日益嚴(yán)峻的國際化競爭中爭得一席之地。實際工程中，工程師們不僅要技術(shù)全面，還要因才施用，找出最佳優(yōu)化方案，才能更好地服務(wù)于項目。

1 董天祿. 離心式/螺桿式制冷機(jī)組及應(yīng)用［M］. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.