溴化鋰制冷機組在石化尿素脫蠟系統中的應用與調試

徐啟昌 許鳳斌 張立好 王恩良（中國石油錦西石化分公司）

隨著社會環保要求不斷提升，國家實施最嚴格水資源管理制度，加強地下水動態監測，實行地下水取用水總量控制和水位控制[1]。石油化工企業生產裝置（如尿素脫蠟工藝過程）依靠開采地下水作為夏季生產用冷凍水（7～13℃）逐漸變得不可行。溴化鋰制冷機組在民用建筑方面被廣泛應用在中央空調領域，技術相對成熟。但在石油化工生產系統中的應用尚未發現有文獻介紹。石油化工企業的生產過程中產生大量的低壓蒸汽、乏汽、凝結水等余熱資源，這些可以為溴化鋰制冷機組運行提供動力。利用企業內部余熱，通過溴化鋰制冷機組制得循環冷凍水，成為替代地下低溫水的合理優選途徑。因此，推廣溴化鋰制冷機組在石油化工裝置應用具有很強的現實意義。

1 基本情況

1）某石油化工公司為了平衡廠內中壓蒸汽管網壓力，在循環水場設計安裝了螺桿膨脹機驅動循環水泵，消耗富余的中壓蒸汽（3.5 MPa），節約優質電能。同時產生低壓蒸汽（0.5 MPa）可為溴化鋰制冷機組提供動力，進一步回收利用余熱。在此基礎上，該公司設計安裝了溴化鋰制冷機組，為尿素脫蠟裝置供應循環冷凍水（7～13℃），同時解決夏季循環冷凍水（7～13℃）短缺問題。

2）溴化鋰制冷機組——尿素脫蠟工藝流程簡介。尿素脫蠟裝置是通過尿素絡合法從柴油中提取正構烷烴生產工藝裝置[2]，大慶原油直餾柴油餾分，通過尿素絡合法，在絡合反應溫度30±1℃，分二次洗滌適宜條件下，可得到重質液體石蠟和低凝點的脫蠟油[3]。石化廠內普通循環水夏季（28～32℃）不能滿足生產工藝需求。溴化鋰機制冷組可為尿素脫蠟生產裝置提供循環冷凍水（7～13℃），該機組利用低壓蒸汽作為動力，生產出來的循環冷凍水（7～13℃）被送入冷水箱，經循環冷水泵加壓后送到尿素脫蠟裝置，換熱升溫后的循環冷凍水（15～32℃）回到溴化鋰機組，再次冷卻為7～13℃循環冷凍水送入冷水箱，如此周而復始循環換熱，從而滿足生產裝置需求。溴化鋰機組——尿素脫蠟工藝系統生產工藝流程，見圖1。

圖1 溴化鋰機組——尿素脫蠟系統工藝流程

2 設備情況

2.1 溴化鋰制冷機組簡介

溴化鋰制冷機組又稱為溴化鋰吸收式制冷機組，它是一種以蒸汽、熱水、燃油、燃氣和各種余熱為動力熱源，制取冷水的節能型制冷設備。具有耗電少，噪聲低，運行平穩，能量調節范圍廣，自動化程度高，安裝、維護和操作簡單等特點，在利用地勢能源與余熱方面有顯著的節能效果。另外，它還有對環境無污染，對大氣臭氧層無損壞作用的獨特優勢[4]。因而，廣泛應用于各種公共建筑中央空調系統中。

2.2 溴化鋰制冷機組工藝特點

1）可利用生產工藝過程中的廢（余）熱制取冷凍水，節省了為獲得低溫冷水而需要消耗的電能等高品位能源[5]。

2）以水做制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，無臭、無毒，不存在像氨或氯里品等對環境的影響，屬于綠色環保冷媒。

3）機組完全在真空狀態運行，整個機組除了功率很小的屏蔽泵外，幾乎沒有運動部件，機組運行安全可靠，使用壽命長。

4）機組操作使用方便，自動化程度高，易于管理。

2.3 溴化鋰制冷機組——尿素脫蠟工藝系統的特點

1）循環冷凍水需冷量小，僅為標準制冷機組的1/5。

2）受生產工藝操作影響，熱負荷波動大。

3）受季節性環境溫度變化影響，機組熱負荷變化大，春秋與夏季環境溫差在15～35℃波動。

機組技術特性和工藝、自然環境因素影響均不利于溴化鋰機組穩定運行。該文所述的溴化鋰制冷設備是松下制冷（大連）有限公司生產的FG-73H*2型制冷機組，制冷能力為1.5×1010（1200USRT）/臺。該機組制冷能力是傳統空調機組制冷能力的5.2倍，可將70 t/h流量的循環水由33℃降至7℃，是在國內首例應于石油化工循環冷卻水系統中制備冷凍水溫差超過15℃的設備。

3 溴化鋰制冷機組初次問題及原因分析

3.1 初次調試運行情況

初次調試時溴化鋰制冷機組無法穩定運行。冷水供水溫度、蒸汽控制閥（蒸汽流量）波動較大，波動情況如圖2所示。

1）尿素脫蠟裝置溫洗過程造成循環冷凍水（7～13℃）系統流量變化。因尿素脫蠟生產溫洗操作時切斷1流（共8流），操作過程造成循環冷凍水（7～13℃）流量波動，波動范圍大概在70%～110%。此過程對制冷機組穩定運行產生較大影響。

圖2 溴化鋰機組運行記錄

2）尿素脫蠟裝置吹掃操作造成機組熱負荷劇烈波動。尿素脫蠟系統每4～5天，需要進行一次吹掃，時間大概0.5 h。在此期間需要斷掉循環冷凍水（7～13℃），機組需要無負荷運行，吹掃操作結束系統需要再次啟動并重新穩定（影響時間約1 h）。

3）環境溫度低導致機組熱負荷低。由于調試時間是在當年的9月末至11月中旬，所以負荷低，制冷機組熱負荷僅為正常熱負荷的30%～40%，超低負荷不利于機組正常運行。

3.2 調試制冷機組技術方案

針對溴化鋰制冷機組——尿素脫蠟工藝系統的運行特點和初次調試發現的問題，經過使用單位與溴化鋰制冷機組生產廠家多次討論研究，制定了詳細的自控技術方案。

1）低負荷下熱源輸入優化。測量數據表明：該制冷機組平均負荷約30%～44%，循環冷凍水（7～13℃）系統平均負荷約37%。通過蒸汽最大輸入量限制，解決了低負荷下熱源過量輸入造成的循環冷凍水（7～13℃）及蒸汽流量大幅波動問題。

2）循環冷卻水溫度調節優化對應方案。在春、秋季節，循環冷卻水溫度低于22℃時，調節循環水閥降低循環水流量（調節至60%開度），消除了低溫循環冷卻水造成的機組運行不穩定因素。

3）控制儀表PID參數調節優化。結合尿素脫蠟裝置獨特冷卻工藝，現場整定儀表P、I、D參數，使制冷機組出口循環冷凍水（7～13℃）溫度及蒸汽流量穩定，解決了P、I、D參數不合適造成的自動控制跟蹤矯正過大問題。

4）循環冷卻水出口溫度寬范圍調節優化。二次調試針對生產工藝特點，調整制冷機組對循環冷卻水供水溫度的范圍限制，將供水溫度設定范圍擴大至20～35℃。

4 二次調試情況

1）二次調試在總結初次調試經驗基礎上，測試驗證多個實施方案，實機運行后確定了最佳方案。調試后溴化鋰制冷機組——尿素脫蠟工藝系統連續運行穩定可靠。制冷機組運行記錄如圖3和圖4所示，實現系統穩定運行140 h，未出現制冷設備及循環系統故障，設備調試成功。

2）制冷機組運行穩定。制冷機組連續運行140 h一直穩定運行，其間尿素裝置多次溫洗操作沒有對機組造成大的影響，沒有出現異常警報。

3）供給尿素脫蠟裝置用循環冷凍水溫度穩定。循環冷凍水（7～13℃）供水溫度波動很小，水箱出口溫度基本穩定在11～12℃（10℃設定值）。

4）蒸汽壓力、溫度及流量穩定。機組再生室溫度基本穩定在156～160℃（設定160℃），蒸汽壓力基本穩定在0.4 MPa（設定0.4 MPa），波動很小，低壓蒸汽減溫減壓裝置工作狀況良好。

5）低壓蒸汽流量波動穩定，無沖擊發生。在機組起動達到穩定運行后（剛起動時除外），負荷30%～50%范圍內對應的蒸汽耗量為3800～4400kg/h，沒有蒸汽流量激烈波動及沖擊的情況發生。調試后運行數據統計結果見表1。

6）運行數據統計表明：在當前負荷下，溴化鋰機組開機全廠增加能耗為0.54 kg/t（標油）。調試方案實施后，溴化鋰制冷機組的冷量調節范圍較寬，隨著外界負荷變化，機組負荷調節范圍可由10%～110%，且設備效率幾乎不受影響，可很好的適應變負荷要求。

圖3 制冷機組17 h運行記錄

圖4 制冷機組1 h運行記錄

表1 溴化鋰制冷機組——尿素脫蠟工藝系統運行數據統計

5 結論

使用蒸汽動力型溴化鋰制冷機組為石油化工生產裝置制備循環冷凍水（7～13℃）的過程，其中遇到的循環凍水流量、熱負荷大幅波動對機組平穩運行干擾問題，季節性（春夏秋）外環境溫度變化影響安全平穩運行問題，通過結合生產工藝實際況情的技術設計方案可以得到妥善解決。