氨制冷双级压缩控制实训考核装置
在制冷系统中,当冷凝温度t一定时,蒸发温度t越低,其循环的压比p/p越大,压缩机输气系数越小,单位制冷量的能耗也越高。
为提高制冷系统的能效,螺杆式氨单级蒸气压缩制冷循环压比一般不希望超过8[1]。当蒸发温度较低时,为了降低循环压比,可采用双级压缩制冷循环。常见的双级压缩制冷系统根据供液方式可分为一次节流系统和二次节流系统,根据低压级机组排气冷却方式,还可分为中间完全冷却系统和中间不完全冷却系统[2],该氨制冷双级压缩控制实训考核装置涉及二次节流中间不完全冷却双级压缩制冷系统,通过分析该系统调试时遇到的问题,提出解决方案。
1项目简介
本制冷系统应用于某氟化工项目,因工艺需要配置了一套盐水系统。用户用冷需求为:盐水载冷剂的供/回水温度-35/-30℃,供冷量为4600kW。为了满足节能需求,系统采用了双级压缩的制冷系统。具体配置为:高压级机组JZVLGA324共2台;低压级机组JZVLGA324D共5台;蒸发式冷凝器;热虹吸蒸发器模块;闪蒸中间冷却器;低压级共用满液式经济器。
该制冷系统的蒸发温度设计值为-40℃,冷凝温度设计值为37℃,该T况下的*大制冷量为4800kW,满足用户工艺需求。
2流程描述
该系统的流程见图1,高压级机组排出的高温高压氨气进入排气总管,然后进入蒸发式冷凝器,被冷凝成高压氨液,流经贮液器,经一次节流进入闪蒸中间冷却器,降温降压后的饱和氨液经过满液式经济器的管程,之后,过冷氨液被送往热虹吸蒸发器模块的气液分离器,气液分离后的氨液流入热虹吸式蒸发器管程,与盐水载冷剂换热后,氨气液混合物进入气液分离器,分离出的饱和氨气被低压级压缩机组吸入,压缩后送入高玉级压缩机组吸气总管;中间冷却器闪蒸出来的饱和氨气也被送到高压级压缩机组的吸气总管,
而满液式经济器壳程蒸发的泡和蒸气则进入低压级压缩机组的补气口。
中间冷却器、满液式经济器和热虹吸蒸发器模块的供液均采用PMFL+ EVM+SV4+AKS38液位控制供液方式。其中PMFL为供液控制主阀;EVM为电磁开关导阀,用于控制PMFL是否投入,使用;SV4为浮球液位控制导阀; AKS38为液位高保护。SV4安装在需要进行液位控制的容器上,通过设置SV4安装位置确定液位的控制高度。当液位下降时,SV4的浮球控制针阀开度增加,SV4通过压力信号驱动PMFL主阀,使PMFL主阀开度增加,增加供液量,反之减小供液量。
图1系统流程图
3现场问题
系统使用初期,由于产能的限制,用户的用冷需求较小,仅为1700 kW左右,系统未满负荷运行,运行过程中经常出现供液不稳定的现象,具体表现主要有以下几方面:
1,闪蒸中间冷却器压力不稳,且波动较大,波动范围150-350 kPa(G);
2,闪蒸中间冷却器液位控制不稳,严重时导致高压级吸气带液;
3,系统供冷量不稳定,无法满足用户的用冷需求。
4问题分析
4.1 中间冷却器压力不稳原因
中间冷却器内闪蒸气通过管线进高压级吸气总管,占高压级吸气量约15% ,决定中间压力高低的主要原因是低压级与高压级的能级大小,由于系统使用初期用户用冷负荷偏低,仅为设计负荷37%左右,用户不稳定的用冷负荷导致该系统中间压力波动大。
当用冷量负荷增加,低压级载荷增加,由于高压级能级对应的中间压力控制值为某一范围值,此时高压级不增载,中间压力在允许范围内升高;当用冷量负荷减小,低压级载荷减小,中间压力在允许范围内降低。
4.2 中间冷却器液位控制不稳原因
对于闪蒸中间冷却器,当容器内压力波动太快时,压力变化带来了非常严重的影响。
当出现第4.1节所描述的中间压力快速下降时,闪蒸中间冷却器内的液体急剧沸腾,产生大量闪蒸气体,由于大量气泡的存在,液相区的混合物密度急剧下降,导致液位升高,触发AKS38液位高保护动作,PMFI,供液主阀关闭,主供液切断后,占高压级吸气量约15%的节流闪蒸气部分也完全没有了,高压级吸气压力进一步降低,恶化了闪蒸中冷内部的沸腾情况。
沸腾的部分液体随闪蒸气进入高压级吸气,导致压缩机出现带液运行情况;
短暂的平衡打破又恢复后,SV4浮球液位控制器反馈液位偏低, PMFL供液主阀全开启仍不能保证液位能控制在设定位置,容易误判供液管线堵塞或阀件配置有问题。
4.3系统供冷量不稳定,无法满足用户的用冷需求
该系统由于采用二次供液,为蒸发器供液的液复来自闪蒸中间冷却器,低压侧虹吸蒸发器模块的PMFL,供液主阀前后压差较小,通流能力与闪蒸中间冷却器内的波动关系密切。
由于工艺负荷较低且波动较大,当用户需求冷量减少,低压级减载动作较快时,很容易出现第4.1节所描述的压力波动(压力下降)问题,同时也容易出现第4.2节所描述的液位波动问题。
系统配置的满液式经济器在系统使用初期因需求冷量较小并没有投用,由闪蒸中间冷却器提供到气液分离器的饱和氨液没有被经济器冷却而过冷,闪蒸中间冷却器内压力快速降低时,供液管内的液氨也出现了沸腾情况,*终导致虹吸蒸发器模块供·液管线上的PMFL,节流主阀不能正常工作,需将备用的手动旁通供液阀打开才能保证供液过程基本正常。
5 解决方法
综合以上分析,造成系统闪蒸中间冷却器内中间压力和液位波动,以及制冷系统供冷能力不足的主要原因是用户工艺负荷波动较大导致低压级负载快速降低,或中间压力高时触发高压级负载快速增加所致。如果能控制住中间压力的波动,即使用户工艺负荷出现较大波动,制冷系统也能稳定工作。
图2 改造后系统流程图
另外,闪蒸中间冷却器供出的饱和氨液直接供给虹吸蒸发器模块,低温的饱和氨液在管道中因保温漏热、流动阻力损失和液体需向高处输送的静压力变化的影响,管道内产生的闪蒸氨气也会使供液管线上的PMFL节流主阀通流能力下降,导致供液不足。因此,即使T艺用冷需求较小,也需要将满液式经济器投用,以保证PMFL节流主阀前的液体内无闪蒸气体。具体改造方案如图2
图中双点划线框中,在中间冷却器闪蒸气体出口处,设置ICS +CVP,CVP是压力导阀,ICS是流体控制阀。通过设置CVP压力导阀,控制ICS流体控制阀的开度,保证ICS入口压力(即闪蒸中间冷却器内的压力)稳定在300 kPa(G)。将满液式经济器投入使用,保证为热虹吸蒸发器模块供液的PMFL.主阀前的氨液处于过冷状态,防止PMFL主阀前出现闪蒸气体。
6.运行结果
用户按照以上要求实施改造后,即使用户T艺冷负荷出现较大波动,闪蒸中间冷却器的压力基本稳定,闪蒸中间冷却器压力波动小于10 kPa;所有PMFL,供液调节阀动作平稳,闪蒸中间冷却器、热虹吸蒸发器模块的气液分离器及满液式经济器液位稳定,系统供冷能力满足用户T艺需求,各项指标均达到设计要求。
7.结论
1,供液调节阀选型一般仅考虑纯液体的通流能力,如果液体中含有气体,会严重降低供液调节阀的通流能力。因此,供液调节阀前的液体*好具有一定的过冷度,或者采取其他措施确保阀前无闪蒸气体
2,对于设置闪蒸中间冷却器二次节流双级制·冷系统,基本恒定的中间压力十分重要,尤其是负荷波动的系统,因此需要在中间冷却器的闪蒸气体管线设置稳压机构,保证中间冷却器压力稳定
3,采用制冷剂直供方式为蒸发器(或蒸发器配用的气液分离器)供液,应保证节流阀前液体有足够的过冷度,防止阀前出现闪蒸气体,如果必要可在液体管线设置液体冷却器。
