丙酮氫醇裝置中冷器的模擬與分析

【摘要】采用PSSP過程仿真系統(tǒng)平臺[注]對丙酮氫醇裝置制冷系統(tǒng)中間冷卻器進行模擬，得出可實施方案，并檢驗當提高壓縮機出口流量時，中冷器的換熱效果是否能夠滿足需求。

【關(guān)鍵詞】中冷器；模擬；分析

1、前言

本文采用北京東方仿真公司的PSSP過程方針系統(tǒng)平臺對化工二廠丙酮氫醇裝置制冷系統(tǒng)中間冷卻器進行連續(xù)模擬計算。通過對工藝流程的分析和對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的篩選，選擇可實施方案建立了模型，模擬結(jié)果與實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)比較，模擬結(jié)果與實際結(jié)果吻合較好，并為生產(chǎn)中數(shù)據(jù)準確性提供了校驗根據(jù)，模擬結(jié)果可用于裝置做各種分析以及進行動態(tài)模擬進一步分析大幅波動時應(yīng)如何調(diào)整生產(chǎn)操作的基礎(chǔ)。

2、工藝原理

丙酮氰醇由丙酮和氫氰酸在堿性催化劑氫氧化鈉存在下進行縮合反應(yīng)制得。丙酮氰醇反應(yīng)速度很快，同時放出大量的熱量。

丙酮氰醇的加成反應(yīng)就是羰基加成的具體應(yīng)用之一。其反就方程式為：

丙酮氰醇為熱敏性物質(zhì)，在堿性、高溫，或者停留時間過長的條件下都易產(chǎn)生分解，尤其是高純度丙酮氰醇分解速度更快。因此在丙酮氰醇提純技術(shù)上，關(guān)鍵問題是減少丙酮氰醇在高溫下的分解，縮短丙酮氰醇在高溫區(qū)的停留時間。

3、工藝流程

壓力為1.219絕壓，溫度為—30℃的氣氨從液氨分離器V852來，在過熱10℃（即-20℃）的狀態(tài)下被制冷壓縮機C852低壓級氣缸吸入，把氣氨壓縮到中間壓力4.716絕壓，其排氣溫度為72℃。

壓力為0.4716Mpa絕壓，溫度為72℃的氨氣從雙擊壓縮機出口進入中間冷卻器，在中間冷卻器中，因液氨的蒸發(fā)，把氣氨冷卻到中間壓力下的飽和溫度，即中間溫度20℃，進入中間冷卻器的液氨由高壓貯氨罐來，通過自動調(diào)節(jié)閥維持中間冷卻器液面并把液氨由冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，低壓級氣缸排出的氣氨經(jīng)中間冷卻器冷卻后被高壓級氣缸吸入，壓縮到冷凝壓力（夏季最高為1.585Mpa絕壓，排氣溫度90℃）進入油分離器GY852。

從貯氨罐出來的液氨，經(jīng)中間冷卻器的過冷盤溫管把液氨溫度從冷凝溫度過冷到中間溫度5℃，然后回到經(jīng)調(diào)節(jié)站，經(jīng)調(diào)節(jié)站自動調(diào)節(jié)閥進入氨蒸發(fā)器E852這樣循環(huán)往復(fù)。

4、流程模擬分析

制冷是借助于制冷劑狀態(tài)的變化，通過吸收被冷卻對象的熱量——載冷劑，而達到制冷目的，氨制冷熱力過程（以兩級壓縮為例），采用氨作致冷工質(zhì)的熱力過程，見圖4-1。

在p-i圖中有兩線三區(qū)，即ak干飽和蒸汽，bk飽和液線；akc以右為氣態(tài)區(qū)，bkc以左為液態(tài)區(qū)，akb線以下為汽液共存區(qū)。

在p-i圖中，1、2線為氨汽在壓縮機內(nèi)進行的第一級多變壓縮過程；2、3線為中間冷凝器內(nèi)的等壓冷卻過程；4、5線是冷卻器內(nèi)的等壓冷卻過程；6、7線是氨在制冷室內(nèi)的等溫吸熱過程；7、1線為氨汽在管道內(nèi)的絕熱等溫降壓流動過程（當管道隔熱不良時，也可能是吸熱增冷的降壓過程）。

5、建立模型

5.1中間冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖

制冷系統(tǒng)中間冷卻器（簡稱中冷器）的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-1：

圖中1為中冷器氣相物流出口，2為中冷器氣相物流入口，3為中冷器液相物流入口，4為盤管物流入口，5為盤管物流出口，6為中冷器液相物流出口。

5.1.1繪制仿真P-I圖

制冷系統(tǒng)中間冷卻器（簡稱中冷器）的仿真P-I圖如圖5-2：

5.2模型建立

5.2.1仿真流程

氨氣由雙機壓縮機一段出口送到中冷器，氣相部分擴容冷凝。氣相部分送至雙擊壓縮機二段進行提壓升溫，然后送至油分離器，分離油后的氨液通過冷凝器降溫到達高壓貯氨器。其中，油分離器溢流部分直接進入高壓貯氨器。兩者混合后，高壓貯氨器中一部分氨液直接進入中冷器，另一部分通過中冷器盤管與中冷器內(nèi)部進行換熱后回到調(diào)節(jié)站。形成中冷器的整體循環(huán)。

5.2.2模型模塊圖

在PSSP平臺下建立模型有一條原則，既模塊與模塊之間按照計算流量和計算壓力相互交替使用。也就是說對于一個模塊，自身算壓力和自身算流量只能擇其一。并且一個算壓力的模塊前、后只能接算流量的模塊，而不能接算壓力的模塊。因此，為了避免產(chǎn)生模塊沖突，導致流程中物流的阻塞，需要根據(jù)模型流程繪制模塊圖。

ACH裝置雙機壓縮機系統(tǒng)其中一支線路模塊圖，如圖5-3。

其中E853A是中間冷凝器，C852A1、C852A2是壓縮機，GY852A是油分離器，V863A是溢流罐，E855是氨冷凝器，V854是高壓貯氨罐，P是自算壓力，S是自算流量。方塊中標示的是該模塊使用的算法。換熱器因本身只是進行熱量傳遞，因此該模塊既不算壓力又不算流量。

6、主要設(shè)備

本流程模擬的主要單元設(shè)備有罐、換熱器等?？傆媶卧O(shè)備模塊29個，不包括并行的另外兩個分支模塊，四則運算模塊，顯示儀表模塊。主要模型如圖6-1。

中冷器的主體是一個氣液相之間可以相互轉(zhuǎn)化，從而達到平衡的罐設(shè)備E853A。中冷器氣相物流FIG由壓縮機2段出口來，液相物流FIL由換熱器冷物流出口FCO來。盤管部分主要是由一個無相變換熱器8855A組成，高壓貯氨器V854的氨液一部分經(jīng)過調(diào)節(jié)閥門、截留擴容后進入換熱器冷物流入口FCI，另一部分經(jīng)過閥門進入換熱器熱物流入口FHI，從而達到中冷器盤管的換熱功能。

7、模型數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)間比較

8、結(jié)論

在裝置操作條件下模擬，結(jié)果與原始設(shè)計數(shù)據(jù)吻合較好，可在該模擬基礎(chǔ)上做進一步的分析，應(yīng)用于裝置的生產(chǎn)調(diào)優(yōu)和新裝置的工藝設(shè)計。