溴化锂制冷机组在石化尿素脱蜡系统中的应用与调试

徐启昌 许凤斌 张立好 王恩良（中国石油锦西石化分公司）

随着社会环保要求不断提升，国家实施最严格水资源管理制度，加强地下水动态监测，实行地下水取用水总量控制和水位控制[1]。石油化工企业生产装置（如尿素脱蜡工艺过程）依靠开采地下水作为夏季生产用冷冻水（7～13℃）逐渐变得不可行。溴化锂制冷机组在民用建筑方面被广泛应用在中央空调领域，技术相对成熟。但在石油化工生产系统中的应用尚未发现有文献介绍。石油化工企业的生产过程中产生大量的低压蒸汽、乏汽、凝结水等余热资源，这些可以为溴化锂制冷机组运行提供动力。利用企业内部余热，通过溴化锂制冷机组制得循环冷冻水，成为替代地下低温水的合理优选途径。因此，推广溴化锂制冷机组在石油化工装置应用具有很强的现实意义。

1 基本情况

1）某石油化工公司为了平衡厂内中压蒸汽管网压力，在循环水场设计安装了螺杆膨胀机驱动循环水泵，消耗富余的中压蒸汽（3.5 MPa），节约优质电能。同时产生低压蒸汽（0.5 MPa）可为溴化锂制冷机组提供动力，进一步回收利用余热。在此基础上，该公司设计安装了溴化锂制冷机组，为尿素脱蜡装置供应循环冷冻水（7～13℃），同时解决夏季循环冷冻水（7～13℃）短缺问题。

2）溴化锂制冷机组——尿素脱蜡工艺流程简介。尿素脱蜡装置是通过尿素络合法从柴油中提取正构烷烃生产工艺装置[2]，大庆原油直馏柴油馏分，通过尿素络合法，在络合反应温度30±1℃，分二次洗涤适宜条件下，可得到重质液体石蜡和低凝点的脱蜡油[3]。石化厂内普通循环水夏季（28～32℃）不能满足生产工艺需求。溴化锂机制冷组可为尿素脱蜡生产装置提供循环冷冻水（7～13℃），该机组利用低压蒸汽作为动力，生产出来的循环冷冻水（7～13℃）被送入冷水箱，经循环冷水泵加压后送到尿素脱蜡装置，换热升温后的循环冷冻水（15～32℃）回到溴化锂机组，再次冷却为7～13℃循环冷冻水送入冷水箱，如此周而复始循环换热，从而满足生产装置需求。溴化锂机组——尿素脱蜡工艺系统生产工艺流程，见图1。

图1 溴化锂机组——尿素脱蜡系统工艺流程

2 设备情况

2.1 溴化锂制冷机组简介

溴化锂制冷机组又称为溴化锂吸收式制冷机组，它是一种以蒸汽、热水、燃油、燃气和各种余热为动力热源，制取冷水的节能型制冷设备。具有耗电少，噪声低，运行平稳，能量调节范围广，自动化程度高，安装、维护和操作简单等特点，在利用地势能源与余热方面有显著的节能效果。另外，它还有对环境无污染，对大气臭氧层无损坏作用的独特优势[4]。因而，广泛应用于各种公共建筑中央空调系统中。

2.2 溴化锂制冷机组工艺特点

1）可利用生产工艺过程中的废（余）热制取冷冻水，节省了为获得低温冷水而需要消耗的电能等高品位能源[5]。

2）以水做制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，无臭、无毒，不存在像氨或氯里品等对环境的影响，属于绿色环保冷媒。

3）机组完全在真空状态运行，整个机组除了功率很小的屏蔽泵外，几乎没有运动部件，机组运行安全可靠，使用寿命长。

4）机组操作使用方便，自动化程度高，易于管理。

2.3 溴化锂制冷机组——尿素脱蜡工艺系统的特点

1）循环冷冻水需冷量小，仅为标准制冷机组的1/5。

2）受生产工艺操作影响，热负荷波动大。

3）受季节性环境温度变化影响，机组热负荷变化大，春秋与夏季环境温差在15～35℃波动。

机组技术特性和工艺、自然环境因素影响均不利于溴化锂机组稳定运行。该文所述的溴化锂制冷设备是松下制冷（大连）有限公司生产的FG-73H*2型制冷机组，制冷能力为1.5×1010（1200USRT）/台。该机组制冷能力是传统空调机组制冷能力的5.2倍，可将70 t/h流量的循环水由33℃降至7℃，是在国内首例应于石油化工循环冷却水系统中制备冷冻水温差超过15℃的设备。

3 溴化锂制冷机组初次问题及原因分析

3.1 初次调试运行情况

初次调试时溴化锂制冷机组无法稳定运行。冷水供水温度、蒸汽控制阀（蒸汽流量）波动较大，波动情况如图2所示。

1）尿素脱蜡装置温洗过程造成循环冷冻水（7～13℃）系统流量变化。因尿素脱蜡生产温洗操作时切断1流（共8流），操作过程造成循环冷冻水（7～13℃）流量波动，波动范围大概在70%～110%。此过程对制冷机组稳定运行产生较大影响。

图2 溴化锂机组运行记录

2）尿素脱蜡装置吹扫操作造成机组热负荷剧烈波动。尿素脱蜡系统每4～5天，需要进行一次吹扫，时间大概0.5 h。在此期间需要断掉循环冷冻水（7～13℃），机组需要无负荷运行，吹扫操作结束系统需要再次启动并重新稳定（影响时间约1 h）。

3）环境温度低导致机组热负荷低。由于调试时间是在当年的9月末至11月中旬，所以负荷低，制冷机组热负荷仅为正常热负荷的30%～40%，超低负荷不利于机组正常运行。

3.2 调试制冷机组技术方案

针对溴化锂制冷机组——尿素脱蜡工艺系统的运行特点和初次调试发现的问题，经过使用单位与溴化锂制冷机组生产厂家多次讨论研究，制定了详细的自控技术方案。

1）低负荷下热源输入优化。测量数据表明：该制冷机组平均负荷约30%～44%，循环冷冻水（7～13℃）系统平均负荷约37%。通过蒸汽最大输入量限制，解决了低负荷下热源过量输入造成的循环冷冻水（7～13℃）及蒸汽流量大幅波动问题。

2）循环冷却水温度调节优化对应方案。在春、秋季节，循环冷却水温度低于22℃时，调节循环水阀降低循环水流量（调节至60%开度），消除了低温循环冷却水造成的机组运行不稳定因素。

3）控制仪表PID参数调节优化。结合尿素脱蜡装置独特冷却工艺，现场整定仪表P、I、D参数，使制冷机组出口循环冷冻水（7～13℃）温度及蒸汽流量稳定，解决了P、I、D参数不合适造成的自动控制跟踪矫正过大问题。

4）循环冷却水出口温度宽范围调节优化。二次调试针对生产工艺特点，调整制冷机组对循环冷却水供水温度的范围限制，将供水温度设定范围扩大至20～35℃。

4 二次调试情况

1）二次调试在总结初次调试经验基础上，测试验证多个实施方案，实机运行后确定了最佳方案。调试后溴化锂制冷机组——尿素脱蜡工艺系统连续运行稳定可靠。制冷机组运行记录如图3和图4所示，实现系统稳定运行140 h，未出现制冷设备及循环系统故障，设备调试成功。

2）制冷机组运行稳定。制冷机组连续运行140 h一直稳定运行，其间尿素装置多次温洗操作没有对机组造成大的影响，没有出现异常警报。

3）供给尿素脱蜡装置用循环冷冻水温度稳定。循环冷冻水（7～13℃）供水温度波动很小，水箱出口温度基本稳定在11～12℃（10℃设定值）。

4）蒸汽压力、温度及流量稳定。机组再生室温度基本稳定在156～160℃（设定160℃），蒸汽压力基本稳定在0.4 MPa（设定0.4 MPa），波动很小，低压蒸汽减温减压装置工作状况良好。

5）低压蒸汽流量波动稳定，无冲击发生。在机组起动达到稳定运行后（刚起动时除外），负荷30%～50%范围内对应的蒸汽耗量为3800～4400kg/h，没有蒸汽流量激烈波动及冲击的情况发生。调试后运行数据统计结果见表1。

6）运行数据统计表明：在当前负荷下，溴化锂机组开机全厂增加能耗为0.54 kg/t（标油）。调试方案实施后，溴化锂制冷机组的冷量调节范围较宽，随着外界负荷变化，机组负荷调节范围可由10%～110%，且设备效率几乎不受影响，可很好的适应变负荷要求。

图3 制冷机组17 h运行记录

图4 制冷机组1 h运行记录

表1 溴化锂制冷机组——尿素脱蜡工艺系统运行数据统计

5 结论

使用蒸汽动力型溴化锂制冷机组为石油化工生产装置制备循环冷冻水（7～13℃）的过程，其中遇到的循环冻水流量、热负荷大幅波动对机组平稳运行干扰问题，季节性（春夏秋）外环境温度变化影响安全平稳运行问题，通过结合生产工艺实际况情的技术设计方案可以得到妥善解决。