雙蒸發器制冷系統在冷凝法處理油氣中的應用

程江 炱瀟鐘 昌原

摘要：由于油氣中含有一些水分和易結晶物質，用冷凝法處理油氣易造成換熱器結霜，進而帶來換熱器換熱性能差、冷凝設備運行不穩定現象。因而，是否能解決好換熱器結霜問題是冷凝設備能否良好運行的必要條件。本文首先介紹了冷凝法處理油氣的優缺點，闡述了雙蒸發器制冷系統，最后將雙蒸發器制冷系統應用到冷凝法處理油氣中。

關鍵詞：冷凝法 冷凝設備 雙蒸發器 制冷系統

引言：近幾年，冷凝法作為處理油氣的一種工藝在國內得到較多應用，但目前冷凝設備的運行情況并不樂觀，究其原因主要有以下幾個方面：

a、設計條件特別是油氣的成分不準確。

b、無有效的國標規范或限制，設計隨意性較大。

c、低價競爭。

d、無測試平臺或測試平臺規模小，無法還原真實的油氣回收過程。

e、技術不過關，不能解決設備實際運行中出現的問題。

針對以上問題，需要業主方、設計院和設備供應方等協同合作，優化冷凝設備的設計來應對影響其穩定運行的不利因素。本文簡要介紹冷凝法處理油氣的優缺點，著重闡述雙蒸發器制冷系統和其在冷凝法處理油氣中的應用，旨在提出一種促進冷凝設備穩定可靠運行的措施。

一、冷凝法處理油氣的優缺點

冷凝法作為一種回收處理油氣的方法.它是利用不同烴類物質在不同溫度和壓力下具有不同的飽和蒸汽壓這一性質.采用降低系統溫度或提高系統壓力，使烴類組分凝結并從中分離出來。

（一）冷凝法處理油氣的優點

a、實現不可再生能源的循環利用，具備良好的經濟效益和社會效益。

b、從油氣的熱物理性質和遷移特性的角度來說，冷凝法是最適宜處理油氣的方法。

c、冷凝法是以降溫的方式處理油氣.整個過程中無高溫現象出現，具有極高的安全性。

d、工藝原理簡單，只需把握好冷負荷和換熱器的設計計算。

e、回收單一高濃度油氣，比如汽油，具有較高的回收率和可觀的經濟效益。

（二）冷凝法處理油氣的缺點

a、來料的溫度、流量和成分等方面波動大，對于冷凝設備來說，即是其負荷變化大，因而造成其運行極為不穩定。

b、冷凝設備主要由3或4個制冷系統組成，相對于其他油氣處理工藝而言，其動設備和控制點多，控制邏輯復雜。某個環節出現問題，就會造成冷凝設備無法按照實際要求輸出，進而整個油氣處理系統癱瘓。

c、冷凝設備建立穩定冷場需要一定的時間。在這期間內，冷凝設備處理后的尾氣溫度無法達到設計值。給后級處理設備帶來較大的影響。

d、設備占地大，且不適合處理大流量、低濃度的油氣。

e、處理重組分或含水量較大的油氣時.冷凝設備因換熱器結霜而出現冷量輸出不夠、甚至堵塞現象。

二、雙蒸發器制冷系統

針對蒸發器需要融霜的制冷系統，較長時間工作時需要設置雙蒸發器，如果分別為蒸發器配置制冷系統，不但增加設備的造價，也不利于節能。本文所說的雙蒸發器制冷系統是一臺制冷壓縮機帶雙蒸發器，一個蒸發器用來制冷，另一個蒸發器用來除霜的系統。

針對雙蒸發器制冷系統，難點是系統如何有效的除霜。

（一）利用壓縮機部分排氣除霜的雙蒸發器制冷系統

利用壓縮機部分排氣除霜的雙蒸發器制冷系統原理圖如圖1所示。制冷系統設置排氣旁通管路，將壓縮機部分排氣直接引入蒸發器，當蒸發器E3101A需要除霜時，打開電磁閥XSV3101，關閉XSV3103；當蒸發器除霜結束時，則關閉電磁閥XSV3i01。

此種除霜方式，能夠有效的除霜，系統較為簡單，但存在以下不足：

a、制冷系統在設計時需要充分考慮制冷和除霜各自需求的制冷劑量，增加了制冷系統的設計難度

b、除霜后期，壓縮機的進氣溫度較高，可能導致其內置溫度或排氣溫度高。

c、利用壓縮機部分高溫排氣來除霜，除霜時間較長且受制于壓縮機排氣的溫度。

（二）利用壓縮機排氣除霜的雙蒸發器制冷系統

利用壓縮機排氣除霜的雙蒸發器制冷系統原理圖如圖2所示。當蒸發器E3101A需要除霜時，打開電磁閥XSV3104、XSV3105、XSV3108和XSV3109。同時關閉電磁閥XSV310l、XSV3103、XSV3106、XSV3107、XSV3110即可。

此種除霜方式，雖然系統較為復雜，但除霜時間較短，系統運行穩定。

三、雙蒸發器制冷系統在冷凝法處理油氣中的應用

冷凝法處理油氣一個難點是油氣冷凝器（即制冷系統的蒸發器）油氣側的結霜，其造成換熱器換熱性能差、甚至油氣通道堵塞。因此，油氣處理時間較長時冷凝設備的每一級須按雙油氣冷凝器設計，當油氣某一路通道前后阻力較大時，切換到另一個通道來處理油氣。基于此，雙蒸發器制冷系統在冷凝法處理油氣中得到應用。

冷凝設備工藝流程圖如圖3所示，其主要由3個利用壓縮機排氣除霜的雙蒸發器制冷系統組成，其中第三級制冷系統為復疊系統。通過閥門的控制可自動切換油氣通道。壓差較大的油氣通道的蒸發器開始除霜。同時，也可以將利用壓縮機排氣除霜的雙蒸發器制冷系統應用到冷凝設備中。將工藝流程圖中的三級制冷系統更改為圖2中的制冷系統即可。

在工程應用中，當油氣中重組分或水分較多時，建議選用除霜效果好的雙蒸發器制冷系統；當油氣中重組分和水分較少時，可選用系統簡單的雙蒸發器制冷系統。

四、結語

a、本文介紹了冷凝設備運行情況不樂觀的原因和冷凝法處理油氣的優缺點。

b、本文著重闡述了雙蒸發器制冷系統，利用壓縮機部分排氣除霜的雙蒸發器制冷系統較為簡單，但除霜時間較長；利用壓縮機排氣除霜的雙蒸發器制冷系統較為復雜，但除霜效果好，系統運行更加穩定。

c、兩種雙蒸發器制冷系統都可應用到冷凝法處理油氣中，需根據實際情況合理選擇。