螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)技術(shù)改造

高文增

（天津市大港區(qū)中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)技術(shù)改造

高文增

（天津市大港區(qū)中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

分析了某1 Mt/a重整抽提裝置的螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)在氨液分離器底部排液、蒸發(fā)器排污油系統(tǒng)、加氨口和補(bǔ)油放空泄壓系統(tǒng)等方面存在的設(shè)計(jì)缺陷，在裝置投產(chǎn)開(kāi)車(chē)前進(jìn)行了技術(shù)改造。改造后裝置一次性開(kāi)車(chē)成功，運(yùn)行效果好。

制冷壓縮機(jī)；氨氣；氨液分離器；蒸發(fā)器；集油器

JJZVLG25TW-B螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)為中石化某公司煉油部1 Mt/a重整抽提裝置生產(chǎn)高純度氫氣提供冷源。該制冷系統(tǒng)主要由氨氣壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、氨冷凝模塊、控制系統(tǒng)等構(gòu)成，其中氨氣壓縮機(jī)為單級(jí)單出軸螺桿式，主要由機(jī)體、轉(zhuǎn)子、油活塞驅(qū)動(dòng)滑閥等組成。系統(tǒng)制冷量調(diào)節(jié)范圍為10%～100%的名義制冷量，在中控室和現(xiàn)場(chǎng)控制臺(tái)可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的載荷手動(dòng)控制，增載、減載操作均通過(guò)四通電磁閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 制冷系統(tǒng)概況

螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)基本參數(shù)見(jiàn)表1。

制冷系統(tǒng)工藝流程見(jiàn)圖1。

氨液在蒸發(fā)器內(nèi)吸收殼程的氫氣熱量后蒸發(fā)變成低壓低溫氨氣，這部分氨氣先經(jīng)氨液分離器分離出氨液后，再通過(guò)壓縮機(jī)入口過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮，排出的高壓高溫氨氣在油分離器內(nèi)分離出潤(rùn)滑油后，進(jìn)入臥式冷凝器冷凝為氨液，氨液自流入貯氨器，然后沿氨液輸送管線經(jīng)蒸發(fā)器前的調(diào)節(jié)閥節(jié)流降壓，再經(jīng)蒸發(fā)器入口膨脹段進(jìn)一步減壓膨脹后，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)進(jìn)行換熱，往復(fù)循環(huán)。空氣分離器用來(lái)分離、排出氣路系統(tǒng)中的空氣，集油器收集氣路系統(tǒng)中的污油。

潤(rùn)滑油從油分離器進(jìn)入油冷卻器冷卻到30℃左右，經(jīng)過(guò)1臺(tái)油粗過(guò)濾器和2臺(tái)油精過(guò)濾器的過(guò)濾后，一部分潤(rùn)滑油噴入壓縮機(jī)腔內(nèi)，對(duì)壓縮機(jī)起冷卻、密封和潤(rùn)滑的作用，另一部分潤(rùn)滑油在四通電磁閥的調(diào)節(jié)下，控制能量系統(tǒng)的油活塞驅(qū)動(dòng)滑閥的水平移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)制冷量10%～100%的自由調(diào)節(jié)。這2部分潤(rùn)滑油隨高壓高溫氨氣一起排到油分離器中，經(jīng)分離后循環(huán)使用。

表1 螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)基本參數(shù)Tab 1 Basic parameter of spiral type ammonia compression refrigerating machine

2 開(kāi)車(chē)前的改造

2.1 氨液分離器底部排液?jiǎn)栴}

從蒸發(fā)器出來(lái)的氨氣和氨液的混合氣體進(jìn)入氨液分離器后，原設(shè)計(jì)是分離出來(lái)的氨液集中在氨液分離器底部，經(jīng)排出管線排出后并入蒸發(fā)器氨液入口調(diào)節(jié)閥的前面，考慮到蒸發(fā)器入口調(diào)節(jié)閥前的氨液輸送管線內(nèi)的壓力接近氨氣壓縮機(jī)的出口壓力1.3 MPa（正常工況），而氨液分離器內(nèi)的壓力應(yīng)該是氨氣壓縮機(jī)的入口壓力0.4 MPa（正常工況），小于蒸發(fā)器入口調(diào)節(jié)閥前的壓力1.3 MPa，因此雖然現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，氨液分離器的底部水平高度要高于蒸發(fā)器的入口氨液線大約3 m，不足以提供0.9 MPa的壓力差使氨液分離器分離出來(lái)的氨液正常并流進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)。相反，在0.9 MPa的壓差作用下，氨液分離器底部的氨液不僅不能正常返回到蒸發(fā)器的入口管線內(nèi)，反而本來(lái)要進(jìn)入蒸發(fā)器E-205的氨液會(huì)逆流進(jìn)入氨液分離器，造成整個(gè)系統(tǒng)流程混亂而不能正常運(yùn)行。

而蒸發(fā)器氨液入口調(diào)節(jié)閥后面的壓力接近蒸發(fā)器內(nèi)部的壓力，因此可以將氨液分離器分離出來(lái)的氨液經(jīng)過(guò)底部排出管線抽出后并入蒸發(fā)器氨液入口調(diào)節(jié)閥的后面，再利用氨液分離器和蒸發(fā)器的實(shí)際高度差，使氨液自流進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)一段時(shí)間的正常運(yùn)行發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)改造氨液能夠順利自流進(jìn)入蒸發(fā)器，達(dá)到預(yù)期的效果。

2.2 蒸發(fā)器的排污油線路改造

該制冷系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行后油分離器的分離效果會(huì)逐漸降低，潤(rùn)滑油不能夠完全分離回收利用，沒(méi)有分離的潤(rùn)滑油會(huì)被高壓氨氣帶到臥式冷凝器，進(jìn)而進(jìn)入貯氨器和蒸發(fā)器內(nèi)，在蒸發(fā)器底部的污油中含有大量的氨液。原設(shè)計(jì)蒸發(fā)器底部的污油直接排到污油系統(tǒng)，污油中含有的氨液勢(shì)必造成環(huán)境污染。因此在制冷系統(tǒng)三查四定階段，將蒸發(fā)器的底部的排污油管線改造到與集油器連接，污油先排入集油器，經(jīng)過(guò)集油器底部的電加熱器加熱，使污油中的氨液變成氨氣返回到系統(tǒng)中，分離出氨液的污油再排放到污油系統(tǒng)，這樣原先蒸發(fā)器底部的污油中的廢氨液便可回收利用，不僅降低了系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中氨液的損耗，而且保證了污油排到污油系統(tǒng)不造成環(huán)保超標(biāo)。

但是由于集油器內(nèi)部的壓力與蒸發(fā)器的壓力比較接近，蒸發(fā)器底部夾帶氨液的污油不容易自如地流到集油器中，因此需要在集油器的頂部安全閥處增加跨線和泄壓閥門(mén)，通過(guò)泄壓閥門(mén)使集油器內(nèi)的壓力泄放到和火炬系統(tǒng)等壓，即略微高于大氣壓，這樣蒸發(fā)器底部的污油在蒸發(fā)器內(nèi)部的0.4 MPa壓力作用下，很容易進(jìn)入集油器內(nèi)進(jìn)行氣液分離。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)投產(chǎn)開(kāi)車(chē)后一段時(shí)間的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)改造成效明顯，廢污油的排放合格，氨液得到有效的再利用，減少氨液的損耗，降低了系統(tǒng)的物耗。參見(jiàn)圖2。

圖2 廢污油系統(tǒng)流程Fig 2 Flow process of waste oil

2.3 集油器頂部氨氣回收線改造

2.2節(jié)所述廢污油進(jìn)入集油器，經(jīng)過(guò)底部電加熱器加熱后，污油中的氨液變成氨氣，原先設(shè)計(jì)集油器內(nèi)產(chǎn)生的可回收氨氣由集油器的頂部管線直接進(jìn)入壓縮機(jī)的入口線，然后經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后重新循環(huán)利用。考慮到用電加熱器對(duì)污油加熱時(shí)，會(huì)有部分氨液和氨氣一起從集油器的頂部管線排到壓縮機(jī)入口線，造成壓縮機(jī)帶液運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)增大，容易引起設(shè)備故障，影響壓縮機(jī)的使用壽命，因此將集油器的頂部排氨氣管線由直接接到壓縮機(jī)入口線改為接到壓縮機(jī)入口前的氨液分離器上，這樣回收利用的氨氣中的氨液經(jīng)過(guò)氨液分離器就被徹底地分離出去，消除了壓縮機(jī)帶液運(yùn)轉(zhuǎn)的隱患，對(duì)壓縮機(jī)起到保護(hù)作用。

2.4 增加補(bǔ)油放空閥

制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)的油分離器內(nèi)部有4個(gè)桶狀濾網(wǎng)，起到分離氨氣和潤(rùn)滑油的作用。在開(kāi)停系統(tǒng)、系統(tǒng)壓力波動(dòng)大或者長(zhǎng)周期運(yùn)行過(guò)程中不斷地有潤(rùn)滑油和氨氣一起進(jìn)入后面的氨冷凝模塊，變成污油排放到系統(tǒng)外，因此要經(jīng)常在油分離器油位降低時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)油操作。系統(tǒng)停止運(yùn)行進(jìn)行補(bǔ)油操作時(shí)，整個(gè)制冷系統(tǒng)的壓力在1.0 MPa左右，此時(shí)進(jìn)行補(bǔ)油，既費(fèi)力又不安全，容易造成潤(rùn)滑油受壓外泄，引起不必要的麻煩。

現(xiàn)在油分離器的安全閥處增加1個(gè)旁路和旁路放空閥，由放空閥可以很方便的將系統(tǒng)的壓力泄放到低壓火炬系統(tǒng)的壓力，即略微高于大氣壓，這樣既實(shí)現(xiàn)密閉泄壓不污染大氣，又輕松泄掉系統(tǒng)殘余的壓力，大大降低補(bǔ)油操作的難度。

2.5 制冷系統(tǒng)加氨口改造

制冷系統(tǒng)的加氨口原先設(shè)計(jì)為2個(gè)DN 20 mm的閥門(mén)，考慮到系統(tǒng)需要氨液的體積流量在18 m3左右，DN 20 mm的加氨口遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加氨速度的要求，并且2個(gè)加氨口成V型排布，在2個(gè)加氨口同時(shí)加氨時(shí)容易形成2股氨液的自相堵流，進(jìn)一步影響氨液順暢地流入系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)分析，決定放棄原先的2個(gè)加氨口，而是在貯氨器出口管線上開(kāi)1個(gè)馬鞍口，增加1段公稱(chēng)直徑50 mm的管線和一個(gè)DN 50mm的閘閥作為加氨口（參見(jiàn)圖1），同時(shí)對(duì)馬鞍口焊縫處進(jìn)行熱處理，防止焊縫處長(zhǎng)期氨腐蝕泄漏。在整套制冷系統(tǒng)開(kāi)車(chē)前用改造后的加氨口進(jìn)行加氨操作，氨液流速快、流通順暢、平穩(wěn)，完全滿足了現(xiàn)場(chǎng)對(duì)加氨的要求。

3 小結(jié)

上述技術(shù)改造都是在吸取同行同類(lèi)系統(tǒng)多年的操作經(jīng)驗(yàn)，并和廠家溝通交流達(dá)成一致意見(jiàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施的。經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，以上5處小改造均成功有效，不僅使該螺桿式氨氣制冷壓縮機(jī)系統(tǒng)能夠順利的一次投產(chǎn)開(kāi)車(chē)成功，為重整抽提裝置提供及時(shí)穩(wěn)定的冷源，而且降低了整套系統(tǒng)的日常維護(hù)工作量，同時(shí)能夠使污油中的氨液得到充分有效的回收再利用，節(jié)約了運(yùn)行成本。

Technology Improvement of Screw Ammonia Refrigerating Compressor

Gao Wenzeng
（China Petroleum and Chemical Corporation Tianjin Branch,Tianjin 300270）

The paper analyzed the drawbacks of 1 Mt/a extraction plant of screw ammonia refrigerating in terms of the bottom unload ammonia liquid separator,evaporator oil extraction system and the design defects in ammonification,oil make-up,evacuation and decompression.By the technology improvement after facility checkout,the equipment have arrived prospective effect and trial run successfully in one-off.

refrigerating compressor;ammonia;ammonia liquid separator;evaporator;collecting oil

TQ 025.3

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.05.0014

2010-08-03