順丁橡膠裝置熱泵做功的研究與系統改造

李俊日，舒正偉,2

（1.中國石油四川石化有限責任公司，四川 成都 611930；2.成都理工大學 材料與化學化工學院，四川 成都 610059）

1 背景介紹

四川石化順丁橡膠裝置于2008年始建，2010年3月開始對裝置熱泵設計核算并完成訂貨采購，2013年對熱泵設備進行抽真空，并且完成熱泵內部溶液與冷劑水的添加，以及機組與DCS的通訊、聯鎖調校等。2014年3月，順丁橡膠裝置開工，同時投用熱泵，對熱泵進行調試。起初階段，投用熱泵后，熱泵不做功，經過廠家多次調試仍無效果，因此需要對熱泵做功進行詳細研究。

四川石化順丁橡膠裝置采用溴化鋰吸收式熱泵，回收利用低溫熱源（汽提氣）的熱能，制取所需要的工藝用高溫熱媒（熱水），實現從低溫向高溫輸送熱能的設備。熱泵主要由蒸發器、吸收器、發生器、冷凝器、熱交換器組成。

2 研究內容

通過對熱泵機組內部參數檢查，通過分析數據，確定參數設置是否符合現場實際要求。檢查進入熱泵的熱水流量、汽提氣流量、循環水流量、汽提氣溫度差、汽提氣組成等是否符合達到設計要求。與設計要求比對實際生產負荷，核算做功能效比。通過對熱泵機組內部參數檢查，通過分析數據，確定參數設置是否符合現場實際要求；檢查進入熱泵的熱水流量、汽提氣流量、循環水流量、汽提氣溫度差、汽提氣組成等是否符合達到設計要求；檢查熱泵真空度是否穩定，以及真空度是否滿足工作要求；檢查熱泵內部溴化鋰濃度是否為最佳工作點；檢查熱泵所有儀表點，排查是否為儀表指示問題；檢查熱泵外部管路系統，排查是否為外部工藝管線問題；與設計要求比對實際生產負荷，核算做功能效比。熱泵技術經濟指標見表1。

經過反復實踐和討論，熱泵存在三點問題：首先，先天性不足，原廠機組封頭的設計不合理，尤其是在機組的熱水線未全部供應的情況下，吸收器、蒸發器各自溫差的原因，導致因膨脹程度不同而熱應力變化幅度不同，從而導致在負荷變化的情況下容易泄漏；其次，由于原廠機組在旁路管線上僅有一個電磁閥，一旦出現故障，閥門無法與內部溶液隔離，同時由于系統是真空狀態，一旦打開就會進入大量空氣，破壞了機組運行時必須的真空狀態，并且進入大量空氣，溴化鋰的特性導致在含有氧氣的情況下，對金屬的腐蝕程度很大；最后，由于原廠機組在熱泵汽提氣入口分配管線上沒有分配閥門，導致熱源供給發生器與蒸發器不合理。通過現場機組反應出的問題，以及從機組的上述結構、機理等內容，分析出機組不做功的原因，并實施改造。

表1 熱泵技術經濟指標

3 實驗內容及成果

實驗主要改造內容包含：在熱泵旁路管線上增設保護閥，徹底解決單一閥門不嚴導致機組溶液正常運行時走旁路，嚴重降低機組做功能效比。有效的防止了由于電磁閥不動作，無法切除更換的設計缺陷；在熱泵的汽提氣進口管路，增設氣相蝶閥，解決了汽提氣分配不均勻，導致機組熱量分布不均，從而解決做功效果差問題以及容易結晶的危險。具體步驟為：對系統進行抽真空；向系統內加入溴化鋰、冷劑水；調節機組內溶液濃度為56%；對機組原來自帶的儀表溫度原件進行改造，更換為插入式可伸縮式探頭，使得測量數值更準確；對機組旁路管線的電磁閥檢查，確認閥門存在問題，改換為開關靈活，隔斷性良好的新型電磁閥；在旁路管線上增設直角切斷角閥，避免了電磁閥門故障，與機組切斷不了，無法更換的情況；在熱泵汽提氣入口分配管線上增設蝶閥，可以按照實際工況要求，合理分配氣相至發生器與蒸發器；系統內部設置參數更新，使得機組標定能力更精確。

通過對熱泵的一系列檢查、校驗、排查，逐一解決問題，最終使得熱泵投用后，滿足正常生產要求。避免了由于熱泵自身設計缺陷，溶液容易走旁路而造成熱泵真空度高、做功不穩定效果差、溫升小的問題。通過溫度測量原件改型，徹底解決了溫度探頭構造與機組匹配度差，導致測量誤差大的問題。機組正常運行數據見表2。

表2 機組正常運行數據表

從數據可以看出熱泵系統改造后，已經能夠滿足生產需要。隨著單線噴膠量的增加，蒸汽噸耗降低，基本達到單線4噸/小時產量，即可達到最省蒸汽的單線負荷。另外投用熱泵后比投用熱泵前蒸汽消耗約減少0．18噸/噸，按蒸汽260元/噸，投用熱泵后噸膠成本可降低38．5元/噸，年產15萬噸橡膠計算，可省577．5萬元。實現了公司的挖潛增效節能降耗的要求。

4 主要創新點

在熱泵旁路管線上，增設保護閥，徹底解決單一閥門不嚴，導致機組溶液正常運行時走旁路，嚴重降低機組做功能效比。有效的防止了由于電磁閥不動作，無法切除更換的設計缺陷。在熱泵的汽提氣進口管路，增設氣相蝶閥，解決了汽提氣分配不均勻導致機組熱量分布不均問題，從而解決做功效果差問題以及容易結晶的危險。