乙二醇冷凍機(jī)組運(yùn)行總結(jié)

師少杰

（陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)化工有限責(zé)任公司，山西壽陽(yáng) 045400）

陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)化工有限責(zé)任公司是一家以高硫煤為原料生產(chǎn)200kt／a乙二醇的大型煤化工企業(yè)。生產(chǎn)過(guò)程中，乙二醇冷凍站的主要任務(wù)是為合成工段和精餾工段提供冷量，冷量來(lái)自乙二醇冷凍站送出的冷凍水，用以降低工藝氣的溫度，而工藝氣溫度是乙二醇生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的工藝控制參數(shù)，所以冷凍機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)乙二醇裝置至關(guān)重要。

如今，我國(guó)螺桿制冷壓縮機(jī)的制造企業(yè)通過(guò)引進(jìn)新技術(shù)和新加工設(shè)備，已使螺桿式壓縮機(jī)的先進(jìn)性和可靠性達(dá)到了國(guó)際水平，螺桿式壓縮機(jī)的制冷量也逐步增大［1］。陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)化工有限責(zé)任公司乙二醇冷凍站的螺桿制冷壓縮機(jī)于2016年3月18日開(kāi)始試運(yùn)行，試運(yùn)行期間出現(xiàn)了一些問(wèn)題，通過(guò)采取相應(yīng)的措施予以了解決。總的來(lái)說(shuō)，機(jī)組自動(dòng)化程度高，整體運(yùn)行平穩(wěn)，負(fù)荷調(diào)節(jié)靈活、方便。以下就乙二醇冷凍站設(shè)備選型、安裝調(diào)試和運(yùn)行管理等方面的工作進(jìn)行總結(jié)，以供同行參考和借鑒。

1 機(jī)組設(shè)計(jì)及選型階段的幾點(diǎn)意見(jiàn)

在乙二醇冷凍機(jī)組設(shè)計(jì)及選型階段，我們根據(jù)以往螺桿式壓縮機(jī)的使用經(jīng)驗(yàn)及會(huì)議討論結(jié)果，對(duì)機(jī)組選型形成了以下幾點(diǎn)主要共識(shí)。

（1）制冷介質(zhì)選擇R22［分子式CHClF2（二氟一氯甲烷），即氟利昂之一種，其對(duì)臭氧層的破壞力較弱］，而且機(jī)組制冷介質(zhì)和性能還需滿足R507（HFC型共沸制冷劑——完全不含破壞臭氧層的CFC、HCFC）的使用要求。

（2）冷凍水泵采用運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的屏蔽泵，減少泵密封泄漏造成事故的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）據(jù)以往大功率電機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大功率電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)扭矩大，易造成軸承損壞、運(yùn)行不穩(wěn)等問(wèn)題。因此，本機(jī)組560kW的電機(jī)軸承采用端蓋式球面滑動(dòng)軸承，并安裝擋油環(huán)，潤(rùn)滑方式采用壓力循環(huán)供油，防止?jié)櫥驼咎嚂r(shí)影響電機(jī)軸承使用壽命。

（4）冷凍機(jī)組各部件須運(yùn)行可靠、穩(wěn)定、能耗低、自動(dòng)化程度高，達(dá)到無(wú)人值守的目標(biāo)。

（5）在滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)及質(zhì)量要求的前提下，選擇投資低、經(jīng)濟(jì)性較好的配套廠家。

據(jù)乙二醇冷凍站工況要求，并結(jié)合機(jī)組選型的意見(jiàn)，確定冷凍機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

2 冷凍機(jī)組設(shè)備選型及主要參數(shù)

乙二醇冷凍站的冷凍機(jī)組主要由螺桿式壓縮機(jī)、油分離器、油冷卻器、蒸發(fā)器、冷凝器、經(jīng)濟(jì)器、主電機(jī)、油泵 （轉(zhuǎn)子泵）等構(gòu)成，主要設(shè)備規(guī)格／型號(hào)見(jiàn)表2。

表1 冷凍機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)

表2 冷凍機(jī)組配套設(shè)備一覽表

2.1 油分離器

油分離器的主要作用有二：一是分離壓縮機(jī)排氣中攜帶的潤(rùn)滑油，使冷凝器進(jìn)口制冷劑氣體中不含潤(rùn)滑油，避免潤(rùn)滑油帶入冷凝器而降低冷凝器的換熱效果；二是在開(kāi)停機(jī)階段貯存潤(rùn)滑油。

油分離器的工作原理：從螺桿式壓縮機(jī)組出來(lái)的潤(rùn)滑油和R 22蒸氣，在油分離器內(nèi)件的作用下，通過(guò)重力分離、油氣濾芯過(guò)濾分離，經(jīng)多次撞擊、過(guò)濾后，實(shí)現(xiàn)油氣的高效分離，使壓縮機(jī)組排出的氣體含油量在 （3～5）×10-6以下。

2.2 油冷卻器

由于本機(jī)組制冷功率并不大，因此油冷卻器選用結(jié)構(gòu)及流程較簡(jiǎn)單的管殼式水冷器，用于降低潤(rùn)滑油的溫度。

2.3 冷凝器

本機(jī)組采用的是臥式管殼式冷凝器，其結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備占地小；換熱管采用雙側(cè)強(qiáng)化高效的銅管，傳熱系數(shù)大、傳熱效果好；兩側(cè)管箱分別由法蘭與管板連接，兩側(cè)管箱可根據(jù)需要對(duì)調(diào)，操作管理方便。

2.4 熱虹吸蒸發(fā)器

制冷劑在蒸發(fā)器管程循環(huán)，利用熱虹吸效應(yīng)，管程和殼程的換熱效率大幅提高；乙二醇冷凍水走殼程，可降低載冷劑的阻力損失。熱虹吸式蒸發(fā)器采用臥式氣液分離器與臥式蒸發(fā)器配套使用，氣液分離器設(shè)置在蒸發(fā)器上方，比蒸發(fā)器中心標(biāo)高高2500mm，既可保證蒸發(fā)器供液均勻、充分，又可確保壓縮機(jī)吸入口氣體能夠進(jìn)行充分的氣液分離，避免壓縮機(jī)進(jìn)口帶液。

3 乙二醇冷凍機(jī)組工藝流程

乙二醇冷凍機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。在熱虹吸蒸發(fā)器乙二醇冷凍水出口設(shè)置遠(yuǎn)傳溫度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷凍水的溫度并將信號(hào)傳送到壓縮機(jī)組微機(jī)控制中心，進(jìn)而對(duì)壓縮機(jī)上加減載荷的電磁閥進(jìn)行控制，以調(diào)節(jié)螺桿式壓縮機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)冷凍水出口溫度與設(shè)計(jì)值基本一致的目的，以及機(jī)組的自動(dòng)、節(jié)能運(yùn)行。

圖1 乙二醇冷凍機(jī)組工藝流程簡(jiǎn)圖

3.1 制冷劑R 22流程

由氣液分離器送來(lái)的R22蒸氣 （0.11MPa、-25℃）經(jīng)吸氣過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入螺桿式壓縮機(jī)，經(jīng)壓縮機(jī)增壓后進(jìn)入油分離器；在油分離器內(nèi)與潤(rùn)滑油一道經(jīng)過(guò)三級(jí)分離后進(jìn)入冷凝器殼程，被冷凝器管程的循環(huán)水冷凝后進(jìn)入干燥過(guò)濾器，干燥后一部分R 22經(jīng)過(guò)膨脹閥進(jìn)入經(jīng)濟(jì)器；在經(jīng)濟(jì)器內(nèi)，熱態(tài)R 22液體與節(jié)流后過(guò)冷的R 22液體換熱，之后冷態(tài)R 22液體進(jìn)入蒸發(fā)器；在蒸發(fā)器內(nèi)，冷態(tài)R 22液體與殼程的乙二醇冷凍水換熱，液態(tài)R 22蒸發(fā)吸收冷凍水的熱量，冷凍水溫度得以降低，換熱后的R 22蒸氣返回螺桿式壓縮機(jī)，循環(huán)利用。

3.2 冷凍水流程

乙二醇裝置各用水設(shè)備送來(lái)的冷凍水回水，進(jìn)入冷凍水貯槽，經(jīng)冷凍水泵加壓后進(jìn)入熱循環(huán)蒸發(fā)器殼程，與管程的液態(tài)R 22換熱后溫度降至約-15℃，之后送至乙二醇裝置各冷凍水用戶。

3.3 潤(rùn)滑油流程

螺桿式壓縮機(jī)工作時(shí)噴入的大量潤(rùn)滑油與制冷劑蒸氣一道送入三級(jí)油分離器，經(jīng)油分離器分離掉R 22蒸氣后進(jìn)入油冷卻器殼程，與其管程的循環(huán)水換熱降溫至40～45℃，然后經(jīng)單向閥和止回式主噴油直角閥送至壓縮機(jī)各潤(rùn)滑部位（包括轉(zhuǎn)子與機(jī)體之間、平衡活塞與吸氣端軸承、軸封與排氣端軸承、能量調(diào)節(jié)滑閥等）。

機(jī)組同時(shí)設(shè)置有輔助潤(rùn)滑油泵，用于機(jī)組啟動(dòng)初期潤(rùn)滑油循環(huán)的建立。在機(jī)組啟動(dòng)階段，只有潤(rùn)滑油壓力大于排氣壓力0.05MPa時(shí)，機(jī)組才具備啟動(dòng)條件。當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓差達(dá)到0.45MPa時(shí)，潤(rùn)滑油泵自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)、出口壓差低于0.35MPa時(shí)，潤(rùn)滑油泵自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行。

4 機(jī)組的試車

4.1 試車前的準(zhǔn)備工作

在機(jī)組試車前，據(jù)試車方案對(duì)機(jī)組進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和確認(rèn)，主要內(nèi)容包括：電器及儀表的接線及調(diào)試；循環(huán)水及冷凍水管路的清洗及試運(yùn)行；機(jī)組的找正檢查，尤其是聯(lián)軸器找正。由于機(jī)組是整體撬裝式供貨，因此運(yùn)輸、起吊、安裝階段對(duì)機(jī)組的水平及軸同心度影響很大，必須達(dá)到軸同心度不大于0.075mm、軸線傾斜度不大于0.03mm的要求。

4.2 機(jī)組的氣密性試驗(yàn)

我們自己制定的試車方案中，機(jī)組單體試車前系統(tǒng)內(nèi)要充入部分氮?dú)?，?duì)機(jī)組進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)；但廠家人員到現(xiàn)場(chǎng)后并不同意，原因是機(jī)組在出廠前已進(jìn)行過(guò)24h的機(jī)械試驗(yàn)，再者氮?dú)馀c工作介質(zhì)物化特性偏差較大，對(duì)機(jī)組運(yùn)行不利。最后我們按廠家的意見(jiàn)僅對(duì)機(jī)組充入2.5MPa氮?dú)膺M(jìn)行氣密性試驗(yàn)，同時(shí)由于設(shè)備出廠前已進(jìn)行過(guò)水壓試驗(yàn)，因此我們將氣密性試驗(yàn)的檢查重點(diǎn)放在閥門、法蘭、螺紋接頭、管線等上。

氣密性試驗(yàn)的注意事項(xiàng)：①所用氮?dú)獗仨殱崈?（由于氮?dú)庥昧坎淮?，我們選用了鋼瓶氮?dú)庾鳛闅饷苄栽囼?yàn)介質(zhì)）；②設(shè)備上安全閥的根部閥應(yīng)關(guān)閉，試驗(yàn)完成后再打開(kāi)；③機(jī)組上的閥門除了排氣閥和排凈閥外均打開(kāi)查漏；④機(jī)組試驗(yàn)壓力為高壓系統(tǒng)1.8MPa、低壓系統(tǒng)1.0MPa，保壓24h，壓降不大于10kPa。

4.3 機(jī)組的真空試驗(yàn)

機(jī)組真空試驗(yàn)的目的是抽凈機(jī)組內(nèi)的不凝性氣體，主要是氮?dú)?、空氣、水蒸氣等，防止機(jī)組運(yùn)行期間超壓和氟里昂泄漏。為達(dá)到最低的真空度，我們選擇從干燥過(guò)濾器的充液閥處用抽真空度更好的葉片式真空泵對(duì)機(jī)組進(jìn)行抽真空，使系統(tǒng)壓力達(dá)到5.33kPa（A），并保壓2h，升壓不大于0.5kPa。

4.4 冷凍機(jī)油的注入

在真空狀態(tài)下，嚴(yán)格按照潤(rùn)滑油管理的“三過(guò)濾”原則使冷凍機(jī)油通過(guò)濾油機(jī)，利用油過(guò)濾器的放氣閥將潤(rùn)滑油加入油分離器，待油分離器視鏡顯示有1／3液位時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油泵，將潤(rùn)滑油注入油冷卻器，待油分離器油位穩(wěn)定時(shí)，保持油分離器視鏡油位在1／2處，停止加油。

4.5 氟利昂的注入

（1）檢查并確認(rèn)氟利昂瓶的質(zhì)量及重量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，關(guān)閉壓縮機(jī)進(jìn)、出口閥門，開(kāi)啟機(jī)組各系統(tǒng)閥門。

（2）用連接軟管將氟利昂瓶與機(jī)組相連，先打開(kāi)氣瓶出口閥，排凈軟管內(nèi)的空氣，然后擰緊充液接頭，打開(kāi)機(jī)組充液閥，在鋼瓶?jī)?nèi)壓的作用下氟利昂逐步注入機(jī)組。添加過(guò)程中注意傾斜鋼瓶，瓶底朝上，以保證加注徹底。

（3）隨著機(jī)組系統(tǒng)壓力的升高，鋼瓶與機(jī)組的壓差逐漸減小，充裝速度減慢，這時(shí)按照開(kāi)車規(guī)程啟動(dòng)機(jī)組，機(jī)組在輕負(fù)荷下運(yùn)行一段時(shí)間，蒸發(fā)器壓力逐步降低，直至達(dá)到冷凍劑設(shè)計(jì)充裝量。

4.6 機(jī)組的試運(yùn)行

機(jī)組單體試車結(jié)束后，45%乙二醇水溶液已備用，聯(lián)系前后工序投用循環(huán)水和儀表空氣系統(tǒng)，啟動(dòng)冷凍水泵，建立冷凍水循環(huán)。具體操作步驟：①打開(kāi)機(jī)組各設(shè)備進(jìn)出口閥門，啟動(dòng)潤(rùn)滑油電加熱器，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行加熱；②當(dāng)潤(rùn)滑油溫度達(dá)到30℃以上時(shí)，啟動(dòng)輔助潤(rùn)滑油泵，建立潤(rùn)滑油循環(huán)；③調(diào)節(jié)能量控制按鍵，將系統(tǒng)能量減到10%；④啟動(dòng)壓縮機(jī)，待油溫升高到35℃以上時(shí)，設(shè)定好冷凍水出口溫度，逐步增大負(fù)荷，并投自動(dòng)控制。

5 試運(yùn)行期間出現(xiàn)的問(wèn)題及解決

5.1 壓縮機(jī)組電機(jī)振動(dòng)大

試運(yùn)行期間，機(jī)組運(yùn)行聲音較大。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)電機(jī)振值超標(biāo)，最高達(dá)到85μ m，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值25.4μ m，壓縮機(jī)振值為17～20 μ m?，F(xiàn)場(chǎng)情況：機(jī)組為成套撬裝式結(jié)構(gòu)，電機(jī)基礎(chǔ)位于油過(guò)濾器基礎(chǔ)上，用厚度14mm的鋼板制作基礎(chǔ)底板焊接在油過(guò)濾器上。分析認(rèn)為電機(jī)振動(dòng)大的原因主要是基礎(chǔ)底板厚度不足，電機(jī)運(yùn)行時(shí)與設(shè)備產(chǎn)生共振。經(jīng)與廠家進(jìn)一步交流，廠家人員也認(rèn)可這一結(jié)論。

解決措施：在油過(guò)濾器設(shè)備本體上增加一道加強(qiáng)用的墊板，電機(jī)基礎(chǔ)底板用鋼板厚度改為22mm。2016年4月此項(xiàng)改造完成后，電機(jī)振值降至15～18μ m，運(yùn)行至今一直穩(wěn)定。

5.2 乙二醇精餾系統(tǒng)尾氣溫度超標(biāo)

機(jī)組試運(yùn)行期間，精餾裝置冷凍水出口溫度超標(biāo)，最高達(dá)22℃ （設(shè)計(jì)值-5℃），乙二醇精餾系統(tǒng)尾氣溫度超標(biāo)。對(duì)精餾冷凍水冷器進(jìn)出口閥門、冰機(jī)負(fù)荷及冷凍水流量進(jìn)行檢查，確認(rèn)一切正常，壓縮機(jī)負(fù)荷也僅62%左右。后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)原因?yàn)椋汉铣裳b置的冷凍水冷器設(shè)備基礎(chǔ)標(biāo)高為500mm，位置較低，且負(fù)荷大，冷凍水管規(guī)格為D N 200；而精餾裝置的尾氣冷卻器的標(biāo)高為26m，負(fù)荷小，冷凍水管規(guī)格為D N 80，導(dǎo)致大量的冷凍水未到精餾尾氣冷卻器已經(jīng)走近路回冷凍水槽了。

解決措施：在合成裝置的冷凍水進(jìn)口處增設(shè)限流孔板。限流孔板安裝好后，一次投運(yùn)成功，乙二醇精餾系統(tǒng)尾氣溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

5.3 運(yùn)行期間機(jī)組突然跳車

2016年3月25日，機(jī)組試運(yùn)行期間突然跳車。檢查現(xiàn)場(chǎng)控制畫面，顯示為潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障跳車。對(duì)電機(jī)潤(rùn)滑油站進(jìn)行檢查，油泵運(yùn)行狀態(tài)、油溫及出口壓力均正常，回油管回油也正常。逐一排查后，認(rèn)為只有可能是油泵出口潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)故障所致。

解決措施：用備用潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)對(duì)原潤(rùn)滑油壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行更換，機(jī)組重啟后運(yùn)行正常。

5.4 誤操作引發(fā)跳車

2016年4月9日17：00左右，正常運(yùn)行中的1＃機(jī)組突然跳車，通知現(xiàn)場(chǎng)人員檢查，發(fā)現(xiàn)1名電氣操作人員在現(xiàn)場(chǎng)巡檢，經(jīng)詢問(wèn)得知電氣操作人員發(fā)現(xiàn)控制柜內(nèi)氣體漏出量大，松開(kāi)控制柜1根緊固螺栓準(zhǔn)備進(jìn)行檢查而造成正壓通風(fēng)型控制柜內(nèi)壓力降低，達(dá)到低限聯(lián)鎖值 （100P a）導(dǎo)致供電信號(hào)中斷而跳車。

解決措施：操作人員加強(qiáng)操作規(guī)范和技能培訓(xùn)，電氣控制柜內(nèi)漏氣量過(guò)大的部位更換橡膠密封墊。

6 機(jī)組運(yùn)行情況

乙二醇冷凍機(jī)組自2016年6月正式運(yùn)行以來(lái)，僅需安排崗位兼職人員正常巡檢和記錄，機(jī)組整體運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，負(fù)荷調(diào)節(jié)方便、準(zhǔn)確，機(jī)組自動(dòng)化程度高、維修量少，能滿足乙二醇生產(chǎn)的需要。乙二醇冷凍機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 乙二醇冷凍機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)

7 結(jié)束語(yǔ)

為保證大型化工裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，做好基礎(chǔ)工作很重要。尤其是近年來(lái)國(guó)內(nèi)煤化工新技術(shù)、新工藝發(fā)展迅猛，管理人員及生產(chǎn)操作人員往往只重視主裝置、新工藝裝置的試車，對(duì)輔助及公用工程裝置則容易忽視，由此會(huì)給日后的生產(chǎn)管理埋下隱患。對(duì)于大中型乙二醇冷凍機(jī)組而言，其設(shè)備選型及試運(yùn)行前的準(zhǔn)備階段，只要做實(shí)、做細(xì)各項(xiàng)工作，每一步落實(shí)到位，就可實(shí)現(xiàn)機(jī)組的順利試車；同時(shí)，機(jī)組運(yùn)行期間，管理人員及生產(chǎn)操作人員要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，逐步提高對(duì)機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)管理水平，從而為主裝置的穩(wěn)定運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。