螺桿式氨氣制冷壓縮機系統(tǒng)技術(shù)改造

高文增

（天津市大港區(qū)中國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系統(tǒng)技術(shù)改造

高文增

（天津市大港區(qū)中國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)、加氨口和補油放空泄壓系統(tǒng)等方面存在的設(shè)計缺陷，在裝置投產(chǎn)開車前進行了技術(shù)改造。改造后裝置一次性開車成功，運行效果好。

制冷壓縮機；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、電動機、潤滑油系統(tǒng)、氨冷凝模塊、控制系統(tǒng)等構(gòu)成，其中氨氣壓縮機為單級單出軸螺桿式，主要由機體、轉(zhuǎn)子、油活塞驅(qū)動滑閥等組成。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)場控制臺可實現(xiàn)對系統(tǒng)的載荷手動控制，增載、減載操作均通過四通電磁閥來實現(xiàn)。

1 制冷系統(tǒng)概況

螺桿式氨氣制冷壓縮機基本參數(shù)見表1。

制冷系統(tǒng)工藝流程見圖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，再通過壓縮機入口過濾器過濾后進入壓縮機壓縮，排出的高壓高溫氨氣在油分離器內(nèi)分離出潤滑油后，進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)器入口膨脹段進一步減壓膨脹后，進入蒸發(fā)器內(nèi)進行換熱，往復(fù)循環(huán)?？諝夥蛛x器用來分離、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。

潤滑油從油分離器進入油冷卻器冷卻到30℃左右，經(jīng)過1臺油粗過濾器和2臺油精過濾器的過濾后，一部分潤滑油噴入壓縮機腔內(nèi)，對壓縮機起冷卻、密封和潤滑的作用，另一部分潤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)動滑閥的水平移動，實現(xiàn)對系統(tǒng)制冷量10%～100%的自由調(diào)節(jié)。這2部分潤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基本參數(shù)Tab 1 Basic parameter of spiral type ammonia compression refrigerating machine

2 開車前的改造

2.1 氨液分離器底部排液問題

從蒸發(fā)器出來的氨氣和氨液的混合氣體進入氨液分離器后，原設(shè)計是分離出來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)場安裝時，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的氨液正常并流進入蒸發(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)，反而本來要進入蒸發(fā)器E-205的氨液會逆流進入氨液分離器，造成整個系統(tǒng)流程混亂而不能正常運行。

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的氨液經(jīng)過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)器的實際高度差，使氨液自流進入蒸發(fā)器內(nèi)。經(jīng)過系統(tǒng)一段時間的正常運行發(fā)現(xiàn)經(jīng)過改造氨液能夠順利自流進入蒸發(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)長周期運行后油分離器的分離效果會逐漸降低，潤滑油不能夠完全分離回收利用，沒有分離的潤滑油會被高壓氨氣帶到臥式冷凝器，進而進入貯氨器和蒸發(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)運行過程中氨液的損耗，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，通過泄壓閥門使集油器內(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，很容易進入集油器內(nèi)進行氣液分離。經(jīng)過系統(tǒng)投產(chǎn)開車后一段時間的運行，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)所述廢污油進入集油器，經(jīng)過底部電加熱器加熱后，污油中的氨液變成氨氣，原先設(shè)計集油器內(nèi)產(chǎn)生的可回收氨氣由集油器的頂部管線直接進入壓縮機的入口線，然后經(jīng)過壓縮機壓縮后重新循環(huán)利用?？紤]到用電加熱器對污油加熱時，會有部分氨液和氨氣一起從集油器的頂部管線排到壓縮機入口線，造成壓縮機帶液運轉(zhuǎn)，壓縮機運行時振動增大，容易引起設(shè)備故障，影響壓縮機的使用壽命，因此將集油器的頂部排氨氣管線由直接接到壓縮機入口線改為接到壓縮機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)過氨液分離器就被徹底地分離出去，消除了壓縮機帶液運轉(zhuǎn)的隱患，對壓縮機起到保護作用。

2.4 增加補油放空閥

制冷壓縮機系統(tǒng)的油分離器內(nèi)部有4個桶狀濾網(wǎng)，起到分離氨氣和潤滑油的作用。在開停系統(tǒng)、系統(tǒng)壓力波動大或者長周期運行過程中不斷地有潤滑油和氨氣一起進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對系統(tǒng)進行補油操作。系統(tǒng)停止運行進行補油操作時，整個制冷系統(tǒng)的壓力在1.0 MPa左右，此時進行補油，既費力又不安全，容易造成潤滑油受壓外泄，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)計為2個DN 20 mm的閥門，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)場對加氨速度的要求，并且2個加氨口成V型排布，在2個加氨口同時加氨時容易形成2股氨液的自相堵流，進一步影響氨液順暢地流入系統(tǒng)。

經(jīng)過分析，決定放棄原先的2個加氨口，而是在貯氨器出口管線上開1個馬鞍口，增加1段公稱直徑50 mm的管線和一個DN 50mm的閘閥作為加氨口（參見圖1），同時對馬鞍口焊縫處進行熱處理，防止焊縫處長期氨腐蝕泄漏。在整套制冷系統(tǒng)開車前用改造后的加氨口進行加氨操作，氨液流速快、流通順暢、平穩(wěn)，完全滿足了現(xiàn)場對加氨的要求。

3 小結(jié)

上述技術(shù)改造都是在吸取同行同類系統(tǒng)多年的操作經(jīng)驗，并和廠家溝通交流達(dá)成一致意見的基礎(chǔ)上實施的。經(jīng)過半年多的運行，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系統(tǒng)能夠順利的一次投產(chǎn)開車成功，為重整抽提裝置提供及時穩(wěn)定的冷源，而且降低了整套系統(tǒng)的日常維護工作量，同時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