螺杆式氨气制冷压缩机系统技术改造

高文增

（天津市大港区中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

螺杆式氨气制冷压缩机系统技术改造

高文增

（天津市大港区中国石油化工股份有限公司天津分公司，天津 300270）

分析了某1 Mt/a重整抽提装置的螺杆式氨气制冷压缩机系统在氨液分离器底部排液、蒸发器排污油系统、加氨口和补油放空泄压系统等方面存在的设计缺陷，在装置投产开车前进行了技术改造。改造后装置一次性开车成功，运行效果好。

制冷压缩机；氨气；氨液分离器；蒸发器；集油器

JJZVLG25TW-B螺杆式氨气制冷压缩机系统为中石化某公司炼油部1 Mt/a重整抽提装置生产高纯度氢气提供冷源。该制冷系统主要由氨气压缩机、电动机、润滑油系统、氨冷凝模块、控制系统等构成，其中氨气压缩机为单级单出轴螺杆式，主要由机体、转子、油活塞驱动滑阀等组成。系统制冷量调节范围为10%～100%的名义制冷量，在中控室和现场控制台可实现对系统的载荷手动控制，增载、减载操作均通过四通电磁阀来实现。

1 制冷系统概况

螺杆式氨气制冷压缩机基本参数见表1。

制冷系统工艺流程见图1。

氨液在蒸发器内吸收壳程的氢气热量后蒸发变成低压低温氨气，这部分氨气先经氨液分离器分离出氨液后，再通过压缩机入口过滤器过滤后进入压缩机压缩，排出的高压高温氨气在油分离器内分离出润滑油后，进入卧式冷凝器冷凝为氨液，氨液自流入贮氨器，然后沿氨液输送管线经蒸发器前的调节阀节流降压，再经蒸发器入口膨胀段进一步减压膨胀后，进入蒸发器内进行换热，往复循环。空气分离器用来分离、排出气路系统中的空气，集油器收集气路系统中的污油。

润滑油从油分离器进入油冷却器冷却到30℃左右，经过1台油粗过滤器和2台油精过滤器的过滤后，一部分润滑油喷入压缩机腔内，对压缩机起冷却、密封和润滑的作用，另一部分润滑油在四通电磁阀的调节下，控制能量系统的油活塞驱动滑阀的水平移动，实现对系统制冷量10%～100%的自由调节。这2部分润滑油随高压高温氨气一起排到油分离器中，经分离后循环使用。

表1 螺杆式氨气制冷压缩机基本参数Tab 1 Basic parameter of spiral type ammonia compression refrigerating machine

2 开车前的改造

2.1 氨液分离器底部排液问题

从蒸发器出来的氨气和氨液的混合气体进入氨液分离器后，原设计是分离出来的氨液集中在氨液分离器底部，经排出管线排出后并入蒸发器氨液入口调节阀的前面，考虑到蒸发器入口调节阀前的氨液输送管线内的压力接近氨气压缩机的出口压力1.3 MPa（正常工况），而氨液分离器内的压力应该是氨气压缩机的入口压力0.4 MPa（正常工况），小于蒸发器入口调节阀前的压力1.3 MPa，因此虽然现场安装时，氨液分离器的底部水平高度要高于蒸发器的入口氨液线大约3 m，不足以提供0.9 MPa的压力差使氨液分离器分离出来的氨液正常并流进入蒸发器内。相反，在0.9 MPa的压差作用下，氨液分离器底部的氨液不仅不能正常返回到蒸发器的入口管线内，反而本来要进入蒸发器E-205的氨液会逆流进入氨液分离器，造成整个系统流程混乱而不能正常运行。

而蒸发器氨液入口调节阀后面的压力接近蒸发器内部的压力，因此可以将氨液分离器分离出来的氨液经过底部排出管线抽出后并入蒸发器氨液入口调节阀的后面，再利用氨液分离器和蒸发器的实际高度差，使氨液自流进入蒸发器内。经过系统一段时间的正常运行发现经过改造氨液能够顺利自流进入蒸发器，达到预期的效果。

2.2 蒸发器的排污油线路改造

该制冷系统长周期运行后油分离器的分离效果会逐渐降低，润滑油不能够完全分离回收利用，没有分离的润滑油会被高压氨气带到卧式冷凝器，进而进入贮氨器和蒸发器内，在蒸发器底部的污油中含有大量的氨液。原设计蒸发器底部的污油直接排到污油系统，污油中含有的氨液势必造成环境污染。因此在制冷系统三查四定阶段，将蒸发器的底部的排污油管线改造到与集油器连接，污油先排入集油器，经过集油器底部的电加热器加热，使污油中的氨液变成氨气返回到系统中，分离出氨液的污油再排放到污油系统，这样原先蒸发器底部的污油中的废氨液便可回收利用，不仅降低了系统运行过程中氨液的损耗，而且保证了污油排到污油系统不造成环保超标。

但是由于集油器内部的压力与蒸发器的压力比较接近，蒸发器底部夹带氨液的污油不容易自如地流到集油器中，因此需要在集油器的顶部安全阀处增加跨线和泄压阀门，通过泄压阀门使集油器内的压力泄放到和火炬系统等压，即略微高于大气压，这样蒸发器底部的污油在蒸发器内部的0.4 MPa压力作用下，很容易进入集油器内进行气液分离。经过系统投产开车后一段时间的运行，发现改造成效明显，废污油的排放合格，氨液得到有效的再利用，减少氨液的损耗，降低了系统的物耗。参见图2。

图2 废污油系统流程Fig 2 Flow process of waste oil

2.3 集油器顶部氨气回收线改造

2.2节所述废污油进入集油器，经过底部电加热器加热后，污油中的氨液变成氨气，原先设计集油器内产生的可回收氨气由集油器的顶部管线直接进入压缩机的入口线，然后经过压缩机压缩后重新循环利用。考虑到用电加热器对污油加热时，会有部分氨液和氨气一起从集油器的顶部管线排到压缩机入口线，造成压缩机带液运转，压缩机运行时振动增大，容易引起设备故障，影响压缩机的使用寿命，因此将集油器的顶部排氨气管线由直接接到压缩机入口线改为接到压缩机入口前的氨液分离器上，这样回收利用的氨气中的氨液经过氨液分离器就被彻底地分离出去，消除了压缩机带液运转的隐患，对压缩机起到保护作用。

2.4 增加补油放空阀

制冷压缩机系统的油分离器内部有4个桶状滤网，起到分离氨气和润滑油的作用。在开停系统、系统压力波动大或者长周期运行过程中不断地有润滑油和氨气一起进入后面的氨冷凝模块，变成污油排放到系统外，因此要经常在油分离器油位降低时对系统进行补油操作。系统停止运行进行补油操作时，整个制冷系统的压力在1.0 MPa左右，此时进行补油，既费力又不安全，容易造成润滑油受压外泄，引起不必要的麻烦。

现在油分离器的安全阀处增加1个旁路和旁路放空阀，由放空阀可以很方便的将系统的压力泄放到低压火炬系统的压力，即略微高于大气压，这样既实现密闭泄压不污染大气，又轻松泄掉系统残余的压力，大大降低补油操作的难度。

2.5 制冷系统加氨口改造

制冷系统的加氨口原先设计为2个DN 20 mm的阀门，考虑到系统需要氨液的体积流量在18 m3左右，DN 20 mm的加氨口远远不能够满足现场对加氨速度的要求，并且2个加氨口成V型排布，在2个加氨口同时加氨时容易形成2股氨液的自相堵流，进一步影响氨液顺畅地流入系统。

经过分析，决定放弃原先的2个加氨口，而是在贮氨器出口管线上开1个马鞍口，增加1段公称直径50 mm的管线和一个DN 50mm的闸阀作为加氨口（参见图1），同时对马鞍口焊缝处进行热处理，防止焊缝处长期氨腐蚀泄漏。在整套制冷系统开车前用改造后的加氨口进行加氨操作，氨液流速快、流通顺畅、平稳，完全满足了现场对加氨的要求。

3 小结

上述技术改造都是在吸取同行同类系统多年的操作经验，并和厂家沟通交流达成一致意见的基础上实施的。经过半年多的运行，以上5处小改造均成功有效，不仅使该螺杆式氨气制冷压缩机系统能够顺利的一次投产开车成功，为重整抽提装置提供及时稳定的冷源，而且降低了整套系统的日常维护工作量，同时能够使污油中的氨液得到充分有效的回收再利用，节约了运行成本。

Technology Improvement of Screw Ammonia Refrigerating Compressor

Gao Wenzeng
（China Petroleum and Chemical Corporation Tianjin Branch,Tianjin 300270）

The paper analyzed the drawbacks of 1 Mt/a extraction plant of screw ammonia refrigerating in terms of the bottom unload ammonia liquid separator,evaporator oil extraction system and the design defects in ammonification,oil make-up,evacuation and decompression.By the technology improvement after facility checkout,the equipment have arrived prospective effect and trial run successfully in one-off.

refrigerating compressor;ammonia;ammonia liquid separator;evaporator;collecting oil

TQ 025.3

B DOI10.3969/j.issn.1006-6829.2010.05.0014

2010-08-03