顺丁橡胶装置热泵做功的研究与系统改造

李俊日，舒正伟,2

（1.中国石油四川石化有限责任公司，四川 成都 611930；2.成都理工大学 材料与化学化工学院，四川 成都 610059）

1 背景介绍

四川石化顺丁橡胶装置于2008年始建，2010年3月开始对装置热泵设计核算并完成订货采购，2013年对热泵设备进行抽真空，并且完成热泵内部溶液与冷剂水的添加，以及机组与DCS的通讯、联锁调校等。2014年3月，顺丁橡胶装置开工，同时投用热泵，对热泵进行调试。起初阶段，投用热泵后，热泵不做功，经过厂家多次调试仍无效果，因此需要对热泵做功进行详细研究。

四川石化顺丁橡胶装置采用溴化锂吸收式热泵，回收利用低温热源（汽提气）的热能，制取所需要的工艺用高温热媒（热水），实现从低温向高温输送热能的设备。热泵主要由蒸发器、吸收器、发生器、冷凝器、热交换器组成。

2 研究内容

通过对热泵机组内部参数检查，通过分析数据，确定参数设置是否符合现场实际要求。检查进入热泵的热水流量、汽提气流量、循环水流量、汽提气温度差、汽提气组成等是否符合达到设计要求。与设计要求比对实际生产负荷，核算做功能效比。通过对热泵机组内部参数检查，通过分析数据，确定参数设置是否符合现场实际要求；检查进入热泵的热水流量、汽提气流量、循环水流量、汽提气温度差、汽提气组成等是否符合达到设计要求；检查热泵真空度是否稳定，以及真空度是否满足工作要求；检查热泵内部溴化锂浓度是否为最佳工作点；检查热泵所有仪表点，排查是否为仪表指示问题；检查热泵外部管路系统，排查是否为外部工艺管线问题；与设计要求比对实际生产负荷，核算做功能效比。热泵技术经济指标见表1。

经过反复实践和讨论，热泵存在三点问题：首先，先天性不足，原厂机组封头的设计不合理，尤其是在机组的热水线未全部供应的情况下，吸收器、蒸发器各自温差的原因，导致因膨胀程度不同而热应力变化幅度不同，从而导致在负荷变化的情况下容易泄漏；其次，由于原厂机组在旁路管线上仅有一个电磁阀，一旦出现故障，阀门无法与内部溶液隔离，同时由于系统是真空状态，一旦打开就会进入大量空气，破坏了机组运行时必须的真空状态，并且进入大量空气，溴化锂的特性导致在含有氧气的情况下，对金属的腐蚀程度很大；最后，由于原厂机组在热泵汽提气入口分配管线上没有分配阀门，导致热源供给发生器与蒸发器不合理。通过现场机组反应出的问题，以及从机组的上述结构、机理等内容，分析出机组不做功的原因，并实施改造。

表1 热泵技术经济指标

3 实验内容及成果

实验主要改造内容包含：在热泵旁路管线上增设保护阀，彻底解决单一阀门不严导致机组溶液正常运行时走旁路，严重降低机组做功能效比。有效的防止了由于电磁阀不动作，无法切除更换的设计缺陷；在热泵的汽提气进口管路，增设气相蝶阀，解决了汽提气分配不均匀，导致机组热量分布不均，从而解决做功效果差问题以及容易结晶的危险。具体步骤为：对系统进行抽真空；向系统内加入溴化锂、冷剂水；调节机组内溶液浓度为56%；对机组原来自带的仪表温度原件进行改造，更换为插入式可伸缩式探头，使得测量数值更准确；对机组旁路管线的电磁阀检查，确认阀门存在问题，改换为开关灵活，隔断性良好的新型电磁阀；在旁路管线上增设直角切断角阀，避免了电磁阀门故障，与机组切断不了，无法更换的情况；在热泵汽提气入口分配管线上增设蝶阀，可以按照实际工况要求，合理分配气相至发生器与蒸发器；系统内部设置参数更新，使得机组标定能力更精确。

通过对热泵的一系列检查、校验、排查，逐一解决问题，最终使得热泵投用后，满足正常生产要求。避免了由于热泵自身设计缺陷，溶液容易走旁路而造成热泵真空度高、做功不稳定效果差、温升小的问题。通过温度测量原件改型，彻底解决了温度探头构造与机组匹配度差，导致测量误差大的问题。机组正常运行数据见表2。

表2 机组正常运行数据表

从数据可以看出热泵系统改造后，已经能够满足生产需要。随着单线喷胶量的增加，蒸汽吨耗降低，基本达到单线4吨/小时产量，即可达到最省蒸汽的单线负荷。另外投用热泵后比投用热泵前蒸汽消耗约减少0．18吨/吨，按蒸汽260元/吨，投用热泵后吨胶成本可降低38．5元/吨，年产15万吨橡胶计算，可省577．5万元。实现了公司的挖潜增效节能降耗的要求。

4 主要创新点

在热泵旁路管线上，增设保护阀，彻底解决单一阀门不严，导致机组溶液正常运行时走旁路，严重降低机组做功能效比。有效的防止了由于电磁阀不动作，无法切除更换的设计缺陷。在热泵的汽提气进口管路，增设气相蝶阀，解决了汽提气分配不均匀导致机组热量分布不均问题，从而解决做功效果差问题以及容易结晶的危险。