预冷机组工况异常分析及改进措施

预冷机组工况异常分析及改进措施

骆静蓉   李刚   柴树勇

兰州石化公司公用工程一部供水与空分区域  甘肃省兰州市  730000

摘要：预冷机组是空分装置核心设备，本文针对预冷机组出口温度不达标超标和机头结霜的问题，从操作、调整方面提出“三关一调”操作法，经过运行验证，预冷机组各项运行参数达标，工况稳定，为预冷机组的平稳操作调节提供了操作依据，为研究预冷机组长周期稳定运行管控措施提供借鉴。

关键词：预冷机组；操作调整；长周期运行

一、前言

制氮装置预冷机组主要工艺作用是将压缩机出口的空气由40℃冷却至10℃以下，并将游离态的冷凝水析出，确保进入纯化器的空气满足进一步净化要求。本装置预冷机组在运行中出现冷媒高压异常、出口温度长期超标和机头结霜等异常，通过综合分析判断，提出“三关一调”操作法，确保了预冷机组稳定运行。

二、预冷机组运行原理

根据预冷机组工作原理，可将其流程详细分解如下：液态制冷剂从干燥过滤桶过滤微量润滑油后进入膨胀阀，经膨胀阀节流后，降低压力和温度，低温低压制冷剂进入蒸发器，在蒸发器中与空气换热，空气由于制冷剂气化潜热吸收热量被深度降温，由40℃降低至＜10℃，而制冷剂吸收热量后被完全气化，气化后的制冷剂由螺杆式压缩机增压，高温高压的气态制冷剂在冷凝器中与循环水换热，被液化，液化后的制冷进入干燥过滤桶进行下一个制冷循环。

图1预冷机组工艺流程图

三、预冷机组运行过程中异常工况及原因分析

1、膨胀阀开度过大，导致进入蒸发器的液态氟利昂过多，过冷氟利昂在蒸发器内不能够完全蒸发，使蒸发器内部形成局部热交换面积减少，加工空气与冷媒热交换不充分，降温效果变差；开度过大，导致膨胀阀自身微调作用缺失，失去自调节作用。

2、两个膨胀阀开度不均匀，导致进入蒸发器内部液态氟利昂分液喷嘴不均衡，分配至毛细管的过多液态氟利昂无法完全蒸发，使蒸发器局部热交换面积减少，加工空气与冷媒热交换不充分，降温效果变差；

3、热气旁通阀开度过大，形成压缩机入口与出口之间形成短路，压缩后的高温氟利昂气体使膨胀阀后的低压低温氟利昂液体部分气化，冷量减少导致出口风温升高。

4、预冷机组压缩机机头部位结冰严重，由于液态氟利昂在蒸发器内蒸发不充分，过剩的冷量进入冷媒压缩机入口造成机头温度过低，持续恶化造成机头严重结霜。

图2 调整前预冷机组机头结霜情况图

四、实施“三关一调”操作法及效果验证

1、冷凝器水阀开度过大，实施“一关”：关小冷凝器上水阀门至微开，提高冷凝器出口液态氟利昂温度，同时观察冷媒高压压力至1.25-1.3MPa，根据其相应压力下所对应的氟利昂冷凝温度，同时监测冷凝器出口氟利昂管线温度，保证冷凝器出口液态氟利昂过冷度越低越好。

2、热气旁通阀开度过大，实施“二关”：缓慢关闭热气旁通阀，减少蒸发器内高温气态氟利昂的串入蒸发器入口，降低氟利昂冷量损失。对热气旁通阀的调整可定义为建立热气旁通阀的制冷循环，在预冷机组运行过程中打开热气旁通阀门，可以将压缩机排出的高温高压气态制冷剂经热气旁通阀直接旁通至压缩机吸气管，可增大压缩机的吸气过热度，消除压缩机进气温度过低导致的机头积霜，将该操作反应至预冷机组压焓图如下：

图3 开启热气旁通阀后的制冷循环图压焓（lgP-h）图

与上文中的图3：理想状态下的单级蒸汽压缩式制冷循环的压焓图（lgP-h）对比，开启热气旁通阀后的制冷循环图变为：通过热气旁通阀在压缩机排气管上旁通出部分高压气态制冷剂（状态2），通过热气旁通降压至蒸发压力点（P0），在压焓图中的状态点为5，并与膨胀阀出口的制冷剂4混合为状态6，再进入蒸发器中蒸发。（假设热气旁通阀开度下的旁通率为a）

在状态6点比焓值为：h6=ah2+（1-a）h4

状态6点的单位制冷量为：Q0b=h1-h6=（h1-h4）-a（h2-h4）

其中Q0= h1-h4, 因此Q0>Q0b,

从函数关系式推倒中可以得出，开启热气旁通阀对预冷机组机头化霜是以降低单位制冷量为代价进行的，因此对热气旁通阀的开启调整应为小幅度多次缓慢打开，防止破环整体的制冷循环，造成预冷机组出口温度大幅度波动。

3、膨胀阀开度过大或两个膨胀阀开度不均匀，实施“三关”：逐渐关小两组膨胀阀开度，观察空气出口温度出现上升趋势后，保持膨胀阀开度不变，机组暂时不做调节，通过长时间运行（48-72小时）消耗蒸发器中过多、过冷氟利昂，恢复蒸发器换热状态，实现液态氟利昂在蒸发器内全部蒸发。

4、“一调”：通过观察蒸发器出口压力（冷媒低压）所对应的蒸发温度与机组出口风温之间的差值即热交换温度损失，一般热交换损失温度范围为7-13℃，通过微调膨胀阀开度，调节进蒸发器氟利昂量，进一步降低预冷机组出口温度和机头结霜情况。

通过采用“三关一调”操作法进行调整，预冷机组各运行参数达标，出口温度在8.3℃～9.5℃运行见表1，消除预冷机组出口长期不达标的现象和预冷机组机头结霜的隐患，机组运行平稳。

表1 实施后预冷机组运行参数指标对照表

   图4 实施后预冷机组出口温度趋势图                       图5 实施后预冷机组机头结霜情况图

经过实施“三关一调”操作法，目前预冷机组组运行平稳，冷媒高压压力1.31MPa，冷媒低压压力0.36MPa，出口温度8.5-10℃之间波动，若发生以下情况，可根据实际开展以下操作：

出口温度超10℃以上，首先对换热器上水阀门进行微开，降低预冷机组入口风温，观察出口温度有无变化。

五、结论

按照预冷机组“三关一调”操作法进行调整，经过2个月的运行，预冷机组出口温度在8.3℃～9.5℃运行，且预冷机组机头无结霜，为预冷机组安全平稳长周期运行提供了有力保障。

参考文献

[1]毛邵融 《现代空分设备技术与操作原理》【M】 杭州  杭州出版社 2012

[2] 王彬;王炳忠;胡新生;《压缩空气预冷机组典型故障分析与排除》【M】 北京  冶金工业出版社 2021