影响制冷机组制冷量的因素及措施

杨顺迎

(洛阳石化聚丙烯有限责任公司，河南洛阳 471012)

1 概述

制冷机组C911是聚丙烯装置的一台大型关键机组，压缩机型号为:VRXTE120-ED9Dds，它由电机、双螺杆压缩机、油气分离器、蒸发器、冷凝器、膨胀阀和润滑油系统等组成。它以氟里昂R22为制冷剂，以40%的乙二醇溶液为冷载体，为聚合工段和催化剂工段提供冷冻盐水。

近年来，通过对聚合装置进行的一系列扩能改造，使装置的生产能力由原设计的5.6万t/a逐步提高到了目前的9万t/a。随着生产负荷的不断提高，聚合工段的制冷量需求也大幅提高，导致C911的工作负荷也相应的不断提升，曾多次出现制冷量不能满足生产需求的情况，严重影响了催化剂工段的预聚合及催化剂的贮存和聚合工段深冷丙烯的供给，成为制约装置高负荷平稳运行的瓶颈。

2 制冷机组的工作原理

氟利昂气体经压缩机压缩后，通过油气分离器将其中的油分离出来，较纯的氟利昂气进入冷凝器中冷凝成液体，该液体氟利昂通过膨胀阀TCV912、TCV913以等焓膨胀，压力由＞1 000 kPa降为≤335 kPa，膨胀后的饱和蒸气(约-4.5℃)进入蒸发器中和冷冻乙二醇溶液进行热量交换，氟利昂蒸气再次汽化为过热蒸气(此时压力降至200 kPa左右)，乙二醇溶液由于被取走热量而降温到0℃以下，过热氟利昂蒸气进入压缩机中进行下一轮循环。其制冷循环示意图如图1所示。

图1 制冷循环示意图

3 影响制冷机组制冷量的原因分析

3.1 制冷机组本身的影响

制冷机组中冷凝器和蒸发器内油垢、水垢或污垢结的太多将大大降低其热交换能力，它一方面导致冷凝温度过高，在压—焓图上，可以看到降低冷凝温度对提高单位质量制冷量是很明显的，同时它降低了排气压力，减小了轴功率;另一方面冷载体不能在蒸发器内吸收相应的制冷量，从而导致制冷量的损失。此外，如果冷凝器或蒸发器的束管出现内漏不但会影响制冷机组的正常运行，严重时还会导致设备的损坏。

R22系统过滤器如果出现堵塞将导致压缩机的实际吸气量降低，R22实际循环量减少，从而导致制冷量的降低。2008年8月份，在装置正常生产过程中发现冷载体温度一直偏高(-1℃左右，正常温度为-3℃)，同时压缩机一直显示满负荷运行，但是电流显示并不高，表明实际压缩量并不是很大，通过对相关参数的确认和分析，判断为压缩机入口过滤器堵塞，后打开检查发现堵塞的确很严重，过滤网已被抽变形，经过清理入口管路、更换过滤器后，制冷机组的工况出现了明显的好转。

3.2 冷载体温度的影响

C911的负荷与冷载体乙二醇溶液温度、后路用户用量有很大关系，同时环境温度对这两个因素有着直接的影响。当冷载体温度较高时，为了获得较大的制冷量，C911的负荷就会自动地不断提高，长时间的满负荷或超负荷运行势必造成压缩机的振动、联轴器的扭矩等增大，从而造成设备的磨损加快和轴承使用寿命缩短;若后路用户用量波动较大时，会造成冷载体温度波动较大，从而引起压缩机的负荷大幅波动，导致负荷调节机构频繁动作而出现故障。

3.3 制冷剂的影响

若制冷剂充装太少，蒸发器内没有足够的液态制冷剂，蒸发压力过低，吸气过热，制冷量会降低;若充装太多液态制冷剂沉淀在冷凝器底部，影响冷凝器内热交换，使冷凝压力、冷凝温度升高，又会妨碍制冷量的提高。若制冷剂不纯也会导致制冷机制冷量的降低。如若系统内空气含量较大会导致单位质量制冷剂的制冷量明显下降;若制冷剂中水含量超标还会导致管路系统内生锈堵塞过滤网。

3.4 负荷调节系统的影响

我装置制冷机组的负荷调节系统有两部分组成。一部分是通过油压由配油阀(三位四通阀)执行的，其工作过程是润滑油分三路进入压缩机中，其中一路经三位四通阀分配后作用压缩机底部的卸载滑阀，使之平行于轴线移动，改变着转子外壳底部中开孔的大小，实际上是加长或缩短了转子的压缩区域，从底部孔中旁路掉的压缩气体被送回到吸入侧，完成压缩机的负荷调节;另一部分有电磁阀进行调节以控制制冷剂在冷循环中的流量，当压缩机负荷大于5%时，旁路阀XCV914首先关闭，此时蒸发器进料阀XCV912打开，当负荷＞50%时，蒸发器进料阀XCV912、XCV913全部打开。由以上工作过程可以看出:当配油阀或电磁阀出现故障时将影响制冷机组的正常运行，从而导致制冷量降低。

3.5 润滑油系统的影响

螺杆压缩机耗油很大，要求机油(润滑油)无水、无杂质、运动黏度适宜。机油在我装置的制冷机组中起着冷却、密封、消音、润滑、冲洗和调节负荷等作用。油的密封直接影响制冷机的输气系数，决定着压缩机的压缩功能，同时油压的正常与否又直接影响着压缩机的负荷调节。对螺杆压缩机来说，制冷剂与油在机头中混合，混合物从机头排出要经过油气分离器进行分离，分离出来的制冷剂进入冷凝器，而油经过油泵、油冷器、过滤器回到机头，这就完成了一个制冷剂循环和油循环，油循环一定要顺利，参能保证制冷剂的正常运转。

4 采取的相关措施

4.1 避免换热器结垢和管束内漏

一方面每次检修时对冷凝器和蒸发器应进行彻底高压清洗和化学清洗，并对管束进行厚度检查，发现缺陷及时进行处理;另一方面协调相关单位降低循环水硬度，减少杂质含量，避免钙镁离子在冷却器中形成腐蚀层，降低换热效率，同时冷载体乙二醇溶液在配制过程中严格按操作规程使用洁净的软化水。针对R22系统的过滤器结合制冷机组的运行参数定期进行清理。

4.2 避免冷载体回水温度波动过大

措施如下:根据季节和环境温度的不同，适时调整膨胀阀开度。针对冷载体用户用量波动过大对制冷机组的影响。进行了如下优化冷载体用户的措施:D208气相丙烯冷却器E218的作用是冷凝D208中的不凝气。高负荷下，通过E218的冷载体量越多越好。但是量大必然导致制冷机组负荷过大。而催化剂预聚合罐D101不预聚合时，可以不需要冷载体维持其低温环境。为此，在预聚合时，通过E218的乙二醇溶液量保持在2 t/h，不预聚合时，可以适当提高其量，减少丙烯浪费，降低丙烯单耗。

冲洗丙烯冷却器 E219是为了保证进入D201的深冷丙烯温度(≤5℃)而设计的换热器，改造前进入换热器的温度40℃以上，乙二醇溶液的用量较大。经过分析，可以在E219前加一换热器E219B，用冷却水先撤走一部分热量，同时尽可能提高其流量。这样就降低了E219的冷却负荷，进而降低了制冷机组的负荷，避免了制冷机组的长周期、高负荷运行，此项目已实施并取得了良好的效果。

4.3 严格按照要求充装制冷剂

针对制冷剂的充装量我们严格按照要求进行充装，并在冷凝器的玻璃板液面计上标清上下限，当液位低时及时进行充装。

为了降低制冷机组系统内的空气含量，在机组进行大修后初次充装制冷剂时，对系统进行抽真空处理。为避免R22中水含量过高，定期对R22进行采样分析，当水含量超标时对分子筛进行再生或更换。通过采取以上措施，确保了蒸发器的制冷效果良好。

4.4 完善复合调节系统

针对制冷机组的负荷调节系统，一方面加大配油阀、膨胀阀和相关电磁阀的维护保养力度，并保证备件的完好，同时对影响阀门动作的相关参数进行调整，以避免其频繁动作;另一方面加强制冷机组润滑油和仪表风系统的检查，确保负荷调节系统动力源的正常。

4.5 保证冷机油指标合格

针对润滑油系统我们定期对冷冻机油进行采样分析，保证各项指标合格;对油过滤器根据压差情况及时进行清理或更换，从而保证润滑油压和油循环系统的顺利进行;根据季节和实际温度的变化及时投用和停用油箱电加热器以保证油温的平稳控制。

5 结束语

通过以上分析和相关措施的实施，我装置制冷机组的运行工况得到了明显的改善，机组运行平稳。在夏季压缩机负荷一般维持在50%-70%左右，即使在最高气温和最大用量的情况下不用开膨胀阀付线也能满足生产的需求;冬季压缩机负荷一般维持在30%-50%左右。完全能满足装置扩能后的高负荷运行。

［1］聂伏虎.如何提高螺杆式冷冻机的制冷量［J］.啤酒科技，2003，(8):46.