烏魯木齊某石化油氣冷凝回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行的保障措施

王建輝，李滿欣，魏娟

（廣東申菱環(huán)境系統(tǒng)股份有限公司，佛山 528314）

該設(shè)備使用地位于烏魯木齊市某地，此套油氣低溫冷凝回收裝置主要為其原料處原油儲罐的裝卸及存儲過程的油氣排放做冷凝回收減排處理。當(dāng)?shù)貧v年氣象條件極端最低氣溫值為-41.5℃，最冷月平均氣溫為-14.8℃。其中，為保證冷凝設(shè)備在冬季室外低溫下能正常開機(jī)及保持設(shè)備長期穩(wěn)定節(jié)能地運(yùn)行，本文針對室外低溫啟動問題和節(jié)能運(yùn)行過程中的難點(diǎn)及保障措施做了分析及解決方案。

1 冷凝設(shè)備的主要技術(shù)要求

安裝環(huán)境：露天安裝

適應(yīng)環(huán)境溫度：-41℃～+40℃，相對濕度：20%～80%

當(dāng)?shù)貧v年氣象條件極端最低氣溫值為-41.5℃，最冷月平均氣溫為-14.8℃。

實(shí)際查表當(dāng)?shù)囟究照{(diào)室外空氣設(shè)計(jì)參數(shù)表溫度為-28.2℃，相對濕度79%［1］。

處理能力為300Nm3/h油氣，年開工時數(shù)8400小時，在25～110%的操作彈性下，設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。制冷設(shè)備各級排放口溫度：一級：0℃，二級：-30℃，三級：-75℃。

2 冷凝設(shè)備設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)

從技術(shù)要求分析，其一，解決室外低溫及減低維持設(shè)備運(yùn)行的能耗；其二，解決低溫下設(shè)備外置冷凝器制冷系統(tǒng)的啟動困難問題；其三，解決系統(tǒng)的回油問題；其四，解決設(shè)備的快速進(jìn)入額定狀態(tài)并穩(wěn)定運(yùn)行問題。

2.1 傳統(tǒng)低溫下節(jié)能措施為被動式部件保溫與主動式整體加熱

除冷凝器及散熱風(fēng)扇外，結(jié)合設(shè)備各配件在所能承受的溫度，均不低于-20℃，供熱系統(tǒng)確保環(huán)境溫度在-15℃以上即可，以控制能量消耗。設(shè)備外部安裝聚氨酯發(fā)泡面板，內(nèi)部設(shè)計(jì)暖氣片，冬季時對框架內(nèi)供暖，以保證停機(jī)、待機(jī)時機(jī)組各零部件能保持在可運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。機(jī)組運(yùn)行時，利用壓縮機(jī)及排氣管的散熱對內(nèi)部進(jìn)行加溫，將內(nèi)部溫度維持在5℃左右，充分利用散熱源。非低溫環(huán)境時機(jī)組則通過兩側(cè)的通風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對流通風(fēng)散熱。

2.2 壓縮機(jī)高低壓差及膨脹閥供液壓差的建立

因冷凝器長時間處于低溫環(huán)境下，冷凝器內(nèi)溫度低于蒸發(fā)器溫度，系統(tǒng)啟動時，由于壓縮機(jī)排氣至冷凝器后壓力很難上升，膨脹閥前后壓差過小，不能夠穩(wěn)定開啟膨脹閥，導(dǎo)致蒸發(fā)器供液不足，無法正常換熱，系統(tǒng)不能正常循環(huán)，從而使壓縮機(jī)因低壓保護(hù)停機(jī)，更甚使電機(jī)冷卻不良（吸氣量過小）而損毀壓縮機(jī)。

對于螺桿壓縮機(jī)，其高低壓差也是其容調(diào)閥動作及潤滑油路的動力，必須在運(yùn)轉(zhuǎn)期間保證足夠的壓力差來驅(qū)動冷凍油參與運(yùn)轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)通過冷凝壓力控制散熱風(fēng)機(jī)啟停做第一級冷凝壓力控制措施；即在溫度過低的情況導(dǎo)致冷凝壓力過低時，冷凝風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行來減弱換熱效果，保障冷凝壓力下致過低。而在更低環(huán)境溫度下，冷凝溫度將低于10℃，偏離壓縮機(jī)允許范圍，膨脹閥兩側(cè)壓降也偏離設(shè)計(jì)范圍。

結(jié)合風(fēng)冷冷凝器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，控制制冷劑通道，減小進(jìn)入冷凝器流路數(shù)從而減小換熱面積，以此方式作為第二級的冷凝壓力控制措施；長時間處于-28℃以下環(huán)境中，造成冷媒大量的外遷時，還需通過冷凝壓力調(diào)節(jié)閥組（KVR+NRD）對主流路流量的控制形成第三級冷凝壓力控制措施［2］；三級冷凝壓力控制如圖（一）所示。

另外，長時間在-28℃溫度環(huán)境條件下，為使系統(tǒng)啟動時立即建立正常循環(huán)，在膨脹閥上并聯(lián)小通徑電磁閥，通過環(huán)境溫度、回氣壓力及啟動信號綜合考慮來旁通部分制冷劑，以短時循環(huán)排氣來建立正常循環(huán)，啟動系統(tǒng)，快速建立正常壓差［3］。如圖（二）所示。

2.3 系統(tǒng)回油

制冷系統(tǒng)中，冷凍油通常靠冷媒帶動到電機(jī)軸承等需要潤滑處［4］。在室內(nèi)外低溫且是變進(jìn)風(fēng)工況條件下，一是蒸發(fā)器處冷凍油粘度變大，流動性變?nèi)跞菀诇簦欢抢淠魈峁┹^大過冷，所需流通冷媒量減小，或是負(fù)荷減小（25～110%變化）壓縮機(jī)減載運(yùn)行等，進(jìn)一步減低蒸發(fā)器管內(nèi)制冷劑流速及冷凍油循環(huán)難度加大。因此增加儲油罐，首先確保運(yùn)行時及時補(bǔ)充冷凍油，補(bǔ)充冷凝油，保障啟動運(yùn)行；其次，在系統(tǒng)壓力容器易存油部分抬高位置設(shè)計(jì)及增加引流管，利用電磁閥控制通斷采用重力及壓力差回油；再者，將壓縮機(jī)高壓排氣引出部分至蒸發(fā)器入口，采用脈沖式控制方式，保障蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的流速，實(shí)現(xiàn)循環(huán)回油的效果，但此方式將稍微增加設(shè)備功耗。

2.4 正常運(yùn)行

2.4.1 高低壓力差建立

制冷系統(tǒng)在低溫環(huán)境下長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，必須確保系統(tǒng)高低壓力差的建立。系統(tǒng)運(yùn)行冷凝溫度變化范圍較寬，從30℃冷凝溫度到-28℃，蒸發(fā)溫度均為-35℃，需對冷凝壓力做調(diào)節(jié)。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，三級冷凝壓力控制同樣發(fā)揮作用，主要體現(xiàn)在停止冷凝風(fēng)機(jī)前提下，改變冷凝器換熱面積及通過過冷制冷劑影響冷凝器傳熱效率相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)冷凝壓力穩(wěn)定的調(diào)節(jié)，確保冷凝壓力在壓縮機(jī)要求范圍圖之內(nèi)，同時也保證了膨脹閥供液壓差的要求。

2.4.2 裝車時快速達(dá)到額定處理?xiàng)l件

油氣低溫冷凝回收裝置需要時時處理，因處理儲罐小呼吸揮發(fā)出來的油氣，機(jī)組接近待機(jī)。通過監(jiān)控蒸發(fā)器出口處的溫度進(jìn)行各相關(guān)系統(tǒng)的預(yù)啟動，結(jié)合蒸發(fā)器制冷劑出口溫度作為延時待機(jī)信號。這樣可以維持蒸發(fā)器內(nèi)的冷場，即盡可能使蒸發(fā)器內(nèi)溫度接近運(yùn)行溫度，以余冷處理低進(jìn)風(fēng)負(fù)荷。同時也可保持系統(tǒng)間斷性工作，避免長時間冷凝器處于-28℃下導(dǎo)致制冷劑向未外部遷移。同時因系統(tǒng)的運(yùn)行維持了聚氨酯發(fā)泡面板箱內(nèi)的熱量損耗，使儀表設(shè)備等在工作溫度范圍內(nèi)。另外在運(yùn)行過程中，在完成對備用通道的融霜之后，設(shè)備也會對備用通道進(jìn)行預(yù)冷卻，保證滿負(fù)荷切換過程中的設(shè)備對油氣處理的穩(wěn)定。

2.4.3 長遠(yuǎn)距離控制信號衰減及干擾問題

由于控制元件及觸摸屏對低溫的適用性較差，PLC柜及觸摸控制屏外拉至控制室與業(yè)主其它設(shè)備裝置放置。布線距離約為260米。因此控制電纜采用帶屏蔽層鎧裝式專用電纜IA-ZADJYJPV22、ZA-DJYJPV22，采用埋地敷設(shè)的方式，避免低溫下電纜護(hù)層因脆性在受到外力作用下破損及外部電磁干擾。

2.5 插圖與表格

圖1 三級冷凝壓力控制

圖2 啟動快速建立循環(huán)

3 結(jié)語

以該石化原料處原油儲罐的裝卸及存儲過程的油氣回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行為研究對象，指出露天安裝的冷凝處理裝置解決在-28℃室外環(huán)境下制冷系統(tǒng)的節(jié)能保溫、啟動及安全穩(wěn)定運(yùn)行問題。通過利用少量采暖水及機(jī)組自身散熱在保溫外箱的保護(hù)下節(jié)能運(yùn)行的前提設(shè)計(jì)下，采用相關(guān)冷凝壓力控制措施、回油措施，保障壓縮機(jī)壓差、膨脹閥供液壓差及油循環(huán)的正常，解決低溫環(huán)境下風(fēng)冷式油氣回收裝置的啟動運(yùn)行問題。為低溫下露天運(yùn)行風(fēng)冷機(jī)組提供了參考。