溴化鋰制冷機(jī)組在石化尿素脫蠟系統(tǒng)中的應(yīng)用與調(diào)試

徐啟昌 許鳳斌 張立好 王恩良（中國石油錦西石化分公司）

隨著社會(huì)環(huán)保要求不斷提升，國家實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，加強(qiáng)地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)行地下水取用水總量控制和水位控制[1]。石油化工企業(yè)生產(chǎn)裝置（如尿素脫蠟工藝過程）依靠開采地下水作為夏季生產(chǎn)用冷凍水（7～13℃）逐漸變得不可行。溴化鋰制冷機(jī)組在民用建筑方面被廣泛應(yīng)用在中央空調(diào)領(lǐng)域，技術(shù)相對(duì)成熟。但在石油化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用尚未發(fā)現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹。石油化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低壓蒸汽、乏汽、凝結(jié)水等余熱資源，這些可以為溴化鋰制冷機(jī)組運(yùn)行提供動(dòng)力。利用企業(yè)內(nèi)部余熱，通過溴化鋰制冷機(jī)組制得循環(huán)冷凍水，成為替代地下低溫水的合理優(yōu)選途徑。因此，推廣溴化鋰制冷機(jī)組在石油化工裝置應(yīng)用具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 基本情況

1）某石油化工公司為了平衡廠內(nèi)中壓蒸汽管網(wǎng)壓力，在循環(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)安裝了螺桿膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)循環(huán)水泵，消耗富余的中壓蒸汽（3.5MPa），節(jié)約優(yōu)質(zhì)電能。同時(shí)產(chǎn)生低壓蒸汽（0.5MPa）可為溴化鋰制冷機(jī)組提供動(dòng)力，進(jìn)一步回收利用余熱。在此基礎(chǔ)上，該公司設(shè)計(jì)安裝了溴化鋰制冷機(jī)組，為尿素脫蠟裝置供應(yīng)循環(huán)冷凍水（7～13℃），同時(shí)解決夏季循環(huán)冷凍水（7～13℃）短缺問題。

2）溴化鋰制冷機(jī)組——尿素脫蠟工藝流程簡(jiǎn)介。尿素脫蠟裝置是通過尿素絡(luò)合法從柴油中提取正構(gòu)烷烴生產(chǎn)工藝裝置[2]，大慶原油直餾柴油餾分，通過尿素絡(luò)合法，在絡(luò)合反應(yīng)溫度30±1℃，分二次洗滌適宜條件下，可得到重質(zhì)液體石蠟和低凝點(diǎn)的脫蠟油[3]。石化廠內(nèi)普通循環(huán)水夏季（28～32℃）不能滿足生產(chǎn)工藝需求。溴化鋰機(jī)制冷組可為尿素脫蠟生產(chǎn)裝置提供循環(huán)冷凍水（7～13℃），該機(jī)組利用低壓蒸汽作為動(dòng)力，生產(chǎn)出來的循環(huán)冷凍水（7～13℃）被送入冷水箱，經(jīng)循環(huán)冷水泵加壓后送到尿素脫蠟裝置，換熱升溫后的循環(huán)冷凍水（15～32℃）回到溴化鋰機(jī)組，再次冷卻為7～13℃循環(huán)冷凍水送入冷水箱，如此周而復(fù)始循環(huán)換熱，從而滿足生產(chǎn)裝置需求。溴化鋰機(jī)組——尿素脫蠟工藝系統(tǒng)生產(chǎn)工藝流程，見圖1。

圖1 溴化鋰機(jī)組——尿素脫蠟系統(tǒng)工藝流程

2 設(shè)備情況

2.1 溴化鋰制冷機(jī)組簡(jiǎn)介

溴化鋰制冷機(jī)組又稱為溴化鋰吸收式制冷機(jī)組，它是一種以蒸汽、熱水、燃油、燃?xì)夂透鞣N余熱為動(dòng)力熱源，制取冷水的節(jié)能型制冷設(shè)備。具有耗電少，噪聲低，運(yùn)行平穩(wěn)，能量調(diào)節(jié)范圍廣，自動(dòng)化程度高，安裝、維護(hù)和操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在利用地勢(shì)能源與余熱方面有顯著的節(jié)能效果。另外，它還有對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)大氣臭氧層無損壞作用的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[4]。因而，廣泛應(yīng)用于各種公共建筑中央空調(diào)系統(tǒng)中。

2.2 溴化鋰制冷機(jī)組工藝特點(diǎn)

1）可利用生產(chǎn)工藝過程中的廢（余）熱制取冷凍水，節(jié)省了為獲得低溫冷水而需要消耗的電能等高品位能源[5]。

2）以水做制冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，無臭、無毒，不存在像氨或氯里品等對(duì)環(huán)境的影響，屬于綠色環(huán)保冷媒。

3）機(jī)組完全在真空狀態(tài)運(yùn)行，整個(gè)機(jī)組除了功率很小的屏蔽泵外，幾乎沒有運(yùn)動(dòng)部件，機(jī)組運(yùn)行安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。

4）機(jī)組操作使用方便，自動(dòng)化程度高，易于管理。

2.3 溴化鋰制冷機(jī)組——尿素脫蠟工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）循環(huán)冷凍水需冷量小，僅為標(biāo)準(zhǔn)制冷機(jī)組的1/5。

2）受生產(chǎn)工藝操作影響，熱負(fù)荷波動(dòng)大。

3）受季節(jié)性環(huán)境溫度變化影響，機(jī)組熱負(fù)荷變化大，春秋與夏季環(huán)境溫差在15～35℃波動(dòng)。

機(jī)組技術(shù)特性和工藝、自然環(huán)境因素影響均不利于溴化鋰機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。該文所述的溴化鋰制冷設(shè)備是松下制冷（大連）有限公司生產(chǎn)的FG-73H*2型制冷機(jī)組，制冷能力為1.5×1010（1200USRT）/臺(tái)。該機(jī)組制冷能力是傳統(tǒng)空調(diào)機(jī)組制冷能力的5.2倍，可將70t/h流量的循環(huán)水由33℃降至7℃，是在國內(nèi)首例應(yīng)于石油化工循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中制備冷凍水溫差超過15℃的設(shè)備。

3 溴化鋰制冷機(jī)組初次問題及原因分析

3.1 初次調(diào)試運(yùn)行情況

初次調(diào)試時(shí)溴化鋰制冷機(jī)組無法穩(wěn)定運(yùn)行。冷水供水溫度、蒸汽控制閥（蒸汽流量）波動(dòng)較大，波動(dòng)情況如圖2所示。

1）尿素脫蠟裝置溫洗過程造成循環(huán)冷凍水（7～13℃）系統(tǒng)流量變化。因尿素脫蠟生產(chǎn)溫洗操作時(shí)切斷1流（共8流），操作過程造成循環(huán)冷凍水（7～13℃）流量波動(dòng)，波動(dòng)范圍大概在70%～110%。此過程對(duì)制冷機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。

圖2 溴化鋰機(jī)組運(yùn)行記錄

2）尿素脫蠟裝置吹掃操作造成機(jī)組熱負(fù)荷劇烈波動(dòng)。尿素脫蠟系統(tǒng)每4～5天，需要進(jìn)行一次吹掃，時(shí)間大概0.5h。在此期間需要斷掉循環(huán)冷凍水（7～13℃），機(jī)組需要無負(fù)荷運(yùn)行，吹掃操作結(jié)束系統(tǒng)需要再次啟動(dòng)并重新穩(wěn)定（影響時(shí)間約1h）。

運(yùn)用調(diào)查問卷的方式，征詢有經(jīng)驗(yàn)的學(xué)者、開發(fā)商和施工企業(yè)安全管理人員的意見后，對(duì)指標(biāo)重要性等級(jí)進(jìn)行兩兩相比，建立第1層指標(biāo)u1、u2、u3、u4和u5之間的判斷矩陣U：

3）環(huán)境溫度低導(dǎo)致機(jī)組熱負(fù)荷低。由于調(diào)試時(shí)間是在當(dāng)年的9月末至11月中旬，所以負(fù)荷低，制冷機(jī)組熱負(fù)荷僅為正常熱負(fù)荷的30%～40%，超低負(fù)荷不利于機(jī)組正常運(yùn)行。

3.2 調(diào)試制冷機(jī)組技術(shù)方案

針對(duì)溴化鋰制冷機(jī)組——尿素脫蠟工藝系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)和初次調(diào)試發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)過使用單位與溴化鋰制冷機(jī)組生產(chǎn)廠家多次討論研究，制定了詳細(xì)的自控技術(shù)方案。

1）低負(fù)荷下熱源輸入優(yōu)化。測(cè)量數(shù)據(jù)表明：該制冷機(jī)組平均負(fù)荷約30%～44%，循環(huán)冷凍水（7～13℃）系統(tǒng)平均負(fù)荷約37%。通過蒸汽最大輸入量限制，解決了低負(fù)荷下熱源過量輸入造成的循環(huán)冷凍水（7～13℃）及蒸汽流量大幅波動(dòng)問題。

2）循環(huán)冷卻水溫度調(diào)節(jié)優(yōu)化對(duì)應(yīng)方案。在春、秋季節(jié)，循環(huán)冷卻水溫度低于22℃時(shí)，調(diào)節(jié)循環(huán)水閥降低循環(huán)水流量（調(diào)節(jié)至60%開度），消除了低溫循環(huán)冷卻水造成的機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定因素。

3）控制儀表PID參數(shù)調(diào)節(jié)優(yōu)化。結(jié)合尿素脫蠟裝置獨(dú)特冷卻工藝，現(xiàn)場(chǎng)整定儀表P、I、D參數(shù)，使制冷機(jī)組出口循環(huán)冷凍水（7～13℃）溫度及蒸汽流量穩(wěn)定，解決了P、I、D參數(shù)不合適造成的自動(dòng)控制跟蹤矯正過大問題。

4 二次調(diào)試情況

1）二次調(diào)試在總結(jié)初次調(diào)試經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，測(cè)試驗(yàn)證多個(gè)實(shí)施方案，實(shí)機(jī)運(yùn)行后確定了最佳方案。調(diào)試后溴化鋰制冷機(jī)組——尿素脫蠟工藝系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。制冷機(jī)組運(yùn)行記錄如圖3和圖4所示，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行140h，未出現(xiàn)制冷設(shè)備及循環(huán)系統(tǒng)故障，設(shè)備調(diào)試成功。

2）制冷機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。制冷機(jī)組連續(xù)運(yùn)行140h一直穩(wěn)定運(yùn)行，其間尿素裝置多次溫洗操作沒有對(duì)機(jī)組造成大的影響，沒有出現(xiàn)異常警報(bào)。

3）供給尿素脫蠟裝置用循環(huán)冷凍水溫度穩(wěn)定。循環(huán)冷凍水（7～13℃）供水溫度波動(dòng)很小，水箱出口溫度基本穩(wěn)定在11～12℃（10℃設(shè)定值）。

4）蒸汽壓力、溫度及流量穩(wěn)定。機(jī)組再生室溫度基本穩(wěn)定在156～160℃（設(shè)定160℃），蒸汽壓力基本穩(wěn)定在0.4MPa（設(shè)定0.4MPa），波動(dòng)很小，低壓蒸汽減溫減壓裝置工作狀況良好。

5）低壓蒸汽流量波動(dòng)穩(wěn)定，無沖擊發(fā)生。在機(jī)組起動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行后（剛起動(dòng)時(shí)除外），負(fù)荷30%～50%范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的蒸汽耗量為3800～4400kg/h，沒有蒸汽流量激烈波動(dòng)及沖擊的情況發(fā)生。調(diào)試后運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

6）運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明：在當(dāng)前負(fù)荷下，溴化鋰機(jī)組開機(jī)全廠增加能耗為0.54kg/t（標(biāo)油）。調(diào)試方案實(shí)施后，溴化鋰制冷機(jī)組的冷量調(diào)節(jié)范圍較寬，隨著外界負(fù)荷變化，機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍可由10%～110%，且設(shè)備效率幾乎不受影響，可很好的適應(yīng)變負(fù)荷要求。

圖3 制冷機(jī)組17h運(yùn)行記錄

圖4 制冷機(jī)組1h運(yùn)行記錄

表1 溴化鋰制冷機(jī)組——尿素脫蠟工藝系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)論

使用蒸汽動(dòng)力型溴化鋰制冷機(jī)組為石油化工生產(chǎn)裝置制備循環(huán)冷凍水（7～13℃）的過程，其中遇到的循環(huán)凍水流量、熱負(fù)荷大幅波動(dòng)對(duì)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行干擾問題，季節(jié)性（春夏秋）外環(huán)境溫度變化影響安全平穩(wěn)運(yùn)行問題，通過結(jié)合生產(chǎn)工藝實(shí)際況情的技術(shù)設(shè)計(jì)方案可以得到妥善解決。