丙烷制冷系統蒸發器液位調節技術及改進方案

呂　剛（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

丙烷制冷系統蒸發器液位調節技術及改進方案

呂剛（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

薩南淺冷裝置丙烷制冷系統經濟器、蒸發器等容器的液位波動較大，影響裝置的平穩運行。其主要原因是冷凝溫度不能穩定控制，且空冷器容積占系統比例較大。通過應用空冷器風機變頻調速技術，實現丙烷系統冷量的合理利用；并在空冷器后加裝了調節閥，實現了丙烷制冷系統蒸發器液位穩定控制。空冷器溫度由30℃降低至20℃，提高了制冷系數，年節電42×104kWh。

丙烷；制冷系統；控制；液位；能耗

1　工藝現狀

丙烷壓縮機吸入氣態的丙烷氣體，經空冷器和水冷器，冷凝成液態丙烷，進入經濟器后，在蒸發器內吸收天然氣的熱量（即為天然氣提供冷量）而轉化成氣態丙烷，再進入丙烷壓縮機，不斷地如此循環，從而形成閉合的丙烷制冷系統（圖1）。

圖1　丙烷制冷系統流程

由于大慶地區冬夏季、晝夜溫差較大，環境溫度的變化直接影響空冷器及水冷器內丙烷液化程度，影響制冷系統中經濟器、蒸發器的液位，造成液化變化幅度較大，控制困難，系統運行不平穩。為了保障系統平穩運行，實際操作中將冷劑的冷凝溫度控制較高。

2　存在問題

當蒸發溫度一定時，隨著冷凝溫度的升高，壓縮比明顯加大，消耗功率增大，制冷系數變小，對生產不利。因此，應該控制制冷劑的操作溫度，控制冷凝溫度，縮小壓縮比，提高制冷系統的經效益［1］。

2.1空冷器溫度不能穩定控制

制冷系統的空冷器有3臺風機，當全部開啟時，空冷器出口溫度較低，空冷器內液體丙烷量增加，導致系統內經濟器和蒸發器液位偏低；關閉部分風機時，容易導致系統冷凝溫度升高，壓縮機能耗增大，且經濟器和蒸發器液位偏高。

根據理論模擬計算，可計算出丙烷壓縮機單位制冷量耗電量隨冷凝溫度的變化曲線，如圖2所示。

圖2　單位制冷量壓縮機做功隨冷凝溫度變化曲線

由于壓縮機排氣壓力和排氣量均隨冷凝溫度降低而降低，所以當系統提供相等的制冷量時，所需壓縮機做的功也隨之降低。當冷凝溫度為30℃時，每100 Mcal制冷量丙烷機所做有用功為52.33 kW，當冷凝溫度降至20℃時，丙烷機有用功降至42.31 kW，降低19.15%。

2.2空冷器容積占系統比例較大

由于空冷器容積占系統比例較大，當空冷器丙烷冷凝溫度降低時，丙烷容易存積在空冷器中，導致蒸發器內液體丙烷減少，液位降低；當空冷器丙烷冷凝溫度升高時，導致蒸發器內液體丙烷增加，液位升高。

3　改進技術方案

3.1空冷器風機轉速變頻調節

根據冷卻溫度的要求，通過變頻技術，改變空冷器風機的轉速（空冷器新增1個溫度變送器），減少氣體丙烷冷凝時所需的冷量，從而減少氣體丙烷冷凝為液體丙烷的量，減少了液體丙烷生成量，保證液位平穩。由于丙烷制冷系統蒸發器介質輸出不穩定，因此在實施過程中加裝了壓力變送器、溫度傳感器、開關閥及相應變頻控制模塊。

3.2空冷器后安裝調節閥

在空冷器出口增加1個調節閥，控制液體丙烷進入系統的量，達到控制系統液位平穩的目的。

空冷器加裝溫度變送器，空冷器風機加裝變頻調節，在空冷器出口加裝調節閥。改造流程見圖3（實線為新增部分）。

圖3　丙烷制冷系統改造后流程

4　實施效果

系統改造后，根據冷卻溫度的要求，改變空冷器風機的轉速，使得蒸發器液位得到有效控制，未出現因溫差等環境因素造成液位控制困難的現象。系統的冷凝溫度由30℃降至20℃，制冷系數由1.8提高至2.0，提高了10.5%；制冷負荷由750 MCal/h提高到828 MCal/h，提高了10.4%，壓縮機的功耗由52.33 kW降至42.31 kW，降低了19.15%，年節約電量42×104kWh。

5　結論

變頻調速技術實現了丙烷冷凝溫度的穩定控制，空冷器后加裝調節閥實現了制冷系統內經濟器、蒸發器液位穩定控制。在薩南淺冷裝置實施丙烷系統控制優化技術后，有效降低了制冷系統的能耗，年節電42×104kWh。

［1］冷士良.化工單元過程及操作［M］.2版.北京：化學工業出版社，2009：243-248.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.07.001

2016-04-07

（編輯杜麗華）

呂剛，工程師，2005年畢業于東北林業大學（計算機科學與技術專業），從事于油氣初加工工作，E-mail：lvgang1@petrochina.com. cn，地址：黑龍江省大慶市天然氣分公司工程技術大隊，163416。