乌鲁木齐某石化油气冷凝回收装置稳定运行的保障措施

王建辉，李满欣，魏娟

（广东申菱环境系统股份有限公司，佛山 528314）

该设备使用地位于乌鲁木齐市某地，此套油气低温冷凝回收装置主要为其原料处原油储罐的装卸及存储过程的油气排放做冷凝回收减排处理。当地历年气象条件极端最低气温值为-41.5℃，最冷月平均气温为-14.8℃。其中，为保证冷凝设备在冬季室外低温下能正常开机及保持设备长期稳定节能地运行，本文针对室外低温启动问题和节能运行过程中的难点及保障措施做了分析及解决方案。

1 冷凝设备的主要技术要求

安装环境：露天安装

适应环境温度：-41℃～+40℃，相对湿度：20%～80%

当地历年气象条件极端最低气温值为-41.5℃，最冷月平均气温为-14.8℃。

实际查表当地冬季空调室外空气设计参数表温度为-28.2℃，相对湿度79%［1］。

处理能力为300Nm3/h油气，年开工时数8400小时，在25～110%的操作弹性下，设备平稳运行。制冷设备各级排放口温度：一级：0℃，二级：-30℃，三级：-75℃。

2 冷凝设备设计的主要难点

从技术要求分析，其一，解决室外低温及减低维持设备运行的能耗；其二，解决低温下设备外置冷凝器制冷系统的启动困难问题；其三，解决系统的回油问题；其四，解决设备的快速进入额定状态并稳定运行问题。

2.1 传统低温下节能措施为被动式部件保温与主动式整体加热

除冷凝器及散热风扇外，结合设备各配件在所能承受的温度，均不低于-20℃，供热系统确保环境温度在-15℃以上即可，以控制能量消耗。设备外部安装聚氨酯发泡面板，内部设计暖气片，冬季时对框架内供暖，以保证停机、待机时机组各零部件能保持在可运转范围内。机组运行时，利用压缩机及排气管的散热对内部进行加温，将内部温度维持在5℃左右，充分利用散热源。非低温环境时机组则通过两侧的通风扇进行强制对流通风散热。

2.2 压缩机高低压差及膨胀阀供液压差的建立

因冷凝器长时间处于低温环境下，冷凝器内温度低于蒸发器温度，系统启动时，由于压缩机排气至冷凝器后压力很难上升，膨胀阀前后压差过小，不能够稳定开启膨胀阀，导致蒸发器供液不足，无法正常换热，系统不能正常循环，从而使压缩机因低压保护停机，更甚使电机冷却不良（吸气量过小）而损毁压缩机。

对于螺杆压缩机，其高低压差也是其容调阀动作及润滑油路的动力，必须在运转期间保证足够的压力差来驱动冷冻油参与运转。

系统通过冷凝压力控制散热风机启停做第一级冷凝压力控制措施；即在温度过低的情况导致冷凝压力过低时，冷凝风机停止运行来减弱换热效果，保障冷凝压力下致过低。而在更低环境温度下，冷凝温度将低于10℃，偏离压缩机允许范围，膨胀阀两侧压降也偏离设计范围。

结合风冷冷凝器的结构特点，控制制冷剂通道，减小进入冷凝器流路数从而减小换热面积，以此方式作为第二级的冷凝压力控制措施；长时间处于-28℃以下环境中，造成冷媒大量的外迁时，还需通过冷凝压力调节阀组（KVR+NRD）对主流路流量的控制形成第三级冷凝压力控制措施［2］；三级冷凝压力控制如图（一）所示。

另外，长时间在-28℃温度环境条件下，为使系统启动时立即建立正常循环，在膨胀阀上并联小通径电磁阀，通过环境温度、回气压力及启动信号综合考虑来旁通部分制冷剂，以短时循环排气来建立正常循环，启动系统，快速建立正常压差［3］。如图（二）所示。

2.3 系统回油

制冷系统中，冷冻油通常靠冷媒带动到电机轴承等需要润滑处［4］。在室内外低温且是变进风工况条件下，一是蒸发器处冷冻油粘度变大，流动性变弱容易滞留；二是冷凝器提供较大过冷，所需流通冷媒量减小，或是负荷减小（25～110%变化）压缩机减载运行等，进一步减低蒸发器管内制冷剂流速及冷冻油循环难度加大。因此增加储油罐，首先确保运行时及时补充冷冻油，补充冷凝油，保障启动运行；其次，在系统压力容器易存油部分抬高位置设计及增加引流管，利用电磁阀控制通断采用重力及压力差回油；再者，将压缩机高压排气引出部分至蒸发器入口，采用脉冲式控制方式，保障蒸发器内制冷剂的流速，实现循环回油的效果，但此方式将稍微增加设备功耗。

2.4 正常运行

2.4.1 高低压力差建立

制冷系统在低温环境下长时间运转，必须确保系统高低压力差的建立。系统运行冷凝温度变化范围较宽，从30℃冷凝温度到-28℃，蒸发温度均为-35℃，需对冷凝压力做调节。系统运行过程中，三级冷凝压力控制同样发挥作用，主要体现在停止冷凝风机前提下，改变冷凝器换热面积及通过过冷制冷剂影响冷凝器传热效率相结合的方式，实现冷凝压力稳定的调节，确保冷凝压力在压缩机要求范围图之内，同时也保证了膨胀阀供液压差的要求。

2.4.2 装车时快速达到额定处理条件

油气低温冷凝回收装置需要时时处理，因处理储罐小呼吸挥发出来的油气，机组接近待机。通过监控蒸发器出口处的温度进行各相关系统的预启动，结合蒸发器制冷剂出口温度作为延时待机信号。这样可以维持蒸发器内的冷场，即尽可能使蒸发器内温度接近运行温度，以余冷处理低进风负荷。同时也可保持系统间断性工作，避免长时间冷凝器处于-28℃下导致制冷剂向未外部迁移。同时因系统的运行维持了聚氨酯发泡面板箱内的热量损耗，使仪表设备等在工作温度范围内。另外在运行过程中，在完成对备用通道的融霜之后，设备也会对备用通道进行预冷却，保证满负荷切换过程中的设备对油气处理的稳定。

2.4.3 长远距离控制信号衰减及干扰问题

由于控制元件及触摸屏对低温的适用性较差，PLC柜及触摸控制屏外拉至控制室与业主其它设备装置放置。布线距离约为260米。因此控制电缆采用带屏蔽层铠装式专用电缆IA-ZADJYJPV22、ZA-DJYJPV22，采用埋地敷设的方式，避免低温下电缆护层因脆性在受到外力作用下破损及外部电磁干扰。

2.5 插图与表格

图1 三级冷凝压力控制

图2 启动快速建立循环

3 结语

以该石化原料处原油储罐的装卸及存储过程的油气回收装置稳定运行为研究对象，指出露天安装的冷凝处理装置解决在-28℃室外环境下制冷系统的节能保温、启动及安全稳定运行问题。通过利用少量采暖水及机组自身散热在保温外箱的保护下节能运行的前提设计下，采用相关冷凝压力控制措施、回油措施，保障压缩机压差、膨胀阀供液压差及油循环的正常，解决低温环境下风冷式油气回收装置的启动运行问题。为低温下露天运行风冷机组提供了参考。