丙烷制冷系統(tǒng)簡述

丙烷制冷系統(tǒng)簡述丙烷制冷系統(tǒng)通常用于天然氣冷卻處理。利用丙烷氣化時(shí)的吸熱效應(yīng)產(chǎn)生冷量來冷卻天然氣。主要包括丙烷壓縮機(jī)、丙烷緩沖罐、丙烷吸入罐，丙烷蒸發(fā)器和丙烷后冷器。重要系統(tǒng)組件：螺桿壓縮機(jī)，油泵，微處理控制盤，高壓接受器，空冷式冷凝器，浸沒式冷卻器，緩沖罐，液態(tài)丙烷。流程描述：丙烷緩沖罐來的液體丙烷（1.15MPa、30℃），經(jīng)經(jīng)濟(jì)器換熱后溫度降至8℃，再進(jìn)一步節(jié)流降溫至0.35MPa、-10℃。與天然氣換熱后，丙烷液蒸發(fā)為氣態(tài)丙烷（蒸發(fā)溫度為-10℃），丙進(jìn)入丙烷吸入罐。經(jīng)吸入罐分離出夾帶的液滴后，進(jìn)入丙烷壓縮機(jī)壓縮至1.2MPa，經(jīng)丙烷后冷器冷凝成液相丙烷（1.15MPa、30℃）后返回丙烷緩沖罐。制冷原理：在制冷過程中，獲得低溫的方法通常是用高壓常溫的流體進(jìn)行絕熱膨脹來實(shí)現(xiàn)的，丙烷壓縮制冷法由四個(gè)基本過程所組成：壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā)。壓縮-外界對(duì)工質(zhì)作功，提高工質(zhì)的壓力和溫度；冷凝-氣態(tài)工質(zhì)冷卻冷凝成液態(tài)工質(zhì)，并在高溫下向冷卻介質(zhì)排熱；膨脹-高壓液態(tài)工質(zhì)在節(jié)流閥中通過節(jié)流膨脹降壓至蒸發(fā)壓力，由于壓力降低，相應(yīng)的沸點(diǎn)就降低，當(dāng)液體沸點(diǎn)低于當(dāng)時(shí)溫度時(shí)，一部分液態(tài)工質(zhì)就要蒸發(fā)，從而吸收熱量，但由于膨脹過程發(fā)生很快，節(jié)流閥周圍外界來不及供熱，這部分熱量只好從本身降低內(nèi)能來供給，所以節(jié)流后溫度下降了，膨脹成為低溫氣液混合物；蒸發(fā)-低溫液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入換熱器從制冷對(duì)象吸熱，同時(shí)自身蒸發(fā)為氣態(tài)工質(zhì)，從而達(dá)到制冷的目的。丙烷吸入罐：作用：分離出氣相丙烷中夾帶的液滴，防止液擊。注意：丙烷吸入罐液位達(dá)到90%時(shí)，聯(lián)鎖停機(jī)。丙烷系統(tǒng)統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，丙烷吸入罐液位達(dá)到80%時(shí)，應(yīng)立即手動(dòng)停機(jī)。丙烷壓縮機(jī)：丙烷壓縮機(jī)為螺桿式，與活塞式相比，特點(diǎn)：重量輕、體積??；無質(zhì)量慣性力，動(dòng)平衡性能好；可采用噴油冷卻，排溫低，單級(jí)壓比高；無余隙容積，容積效率高。能量調(diào)節(jié)控制方式：滑閥，滑塊。兩者均為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，滑閥實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的加載和卸載，滑塊來增加或降低壓縮機(jī)的容積比。運(yùn)行中，一般采取控制滑閥實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)?？刂七壿嫞喝肟趬毫刂苹y，進(jìn)出口壓差控制滑塊。滑閥的作用是改變?cè)傺h(huán)量，滑閥開度越大，丙烷氣返回吸入口再循環(huán)的量越少?；瑝K的作用：通過改變?nèi)莘e改變壓縮比，從而影響排量。經(jīng)濟(jì)器：經(jīng)濟(jì)器屬于自立式換熱器，同一介質(zhì)通過外部控制手段建立溫差，完成熱交換過程。即丙烷緩沖罐出來的液態(tài)丙烷分流一部分通過節(jié)流降溫，使兩者建立溫差，進(jìn)行熱交換過程。從而達(dá)到外輸丙烷進(jìn)一步液化的目的。經(jīng)濟(jì)器投用條件：壓縮機(jī)負(fù)載達(dá)到85%時(shí)，經(jīng)濟(jì)器支路電磁閥得電，經(jīng)濟(jì)器投用。油分離器：作用：1、丙烷和油分離；2、儲(chǔ)油。壓縮后的丙烷氣與潤滑油大部分在儲(chǔ)油箱中實(shí)現(xiàn)分離，部分未實(shí)現(xiàn)分離的油霧被排出儲(chǔ)油箱，經(jīng)過3個(gè)凝聚過濾器，使油霧凝結(jié)成液滴，實(shí)現(xiàn)分離。凝聚過濾器底部觀察孔，在正常運(yùn)行期間，應(yīng)無液位顯示。油分離器上配置3個(gè)500W的油加熱器，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)，加熱器自動(dòng)停止工作。加熱器只在機(jī)組不運(yùn)行時(shí)才通電。油冷卻器：油冷卻方式為噴液冷卻；平均0-3%制冷劑流量用于噴液冷卻；油冷卻支路調(diào)節(jié)閥通過對(duì)油溫的監(jiān)測來確定噴液量。該支路電磁閥在油溫達(dá)到50℃時(shí)，得電開啟。壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)：潤滑系統(tǒng)的作用：1.為軸承和機(jī)械軸封潤滑；2.提供原動(dòng)力，使卸載器活塞移動(dòng)；3.為平衡活塞提供潤滑油，延長軸承使用壽命；4.冷卻壓縮機(jī)；5.降低壓縮機(jī)燥聲、減輕震動(dòng)。6.在轉(zhuǎn)子之間形成油封，防止轉(zhuǎn)子接觸和氣體旁通。工作的油回路：①一級(jí)油分離器→粗過濾器→油泵（兩臺(tái)）→經(jīng)過溫控器三通管→空冷器→精過濾器（濾油器）→丙烷壓縮機(jī)（混合）→一級(jí)油分離器。②一級(jí)油分離器→二級(jí)油分離器（聚結(jié)器）→組合針閥→丙烷壓縮機(jī)→一級(jí)油分離器。③一級(jí)油分離器→二級(jí)油分離器→冷凝器→高壓緩沖罐→經(jīng)濟(jì)器→蒸發(fā)器→集油罐→丙烷壓縮機(jī)→一級(jí)油分離器。潤滑過程：壓縮機(jī)軸承、軸封、和排量控制器所使用的機(jī)油由一個(gè)油泵提供。來自分離器的機(jī)油通過一個(gè)過濾器輸送到泵進(jìn)氣口，機(jī)油在泵進(jìn)氣口經(jīng)過一個(gè)濾油器、泵送到潤滑油分配器，在輸送給壓縮機(jī)。注入油通過氣體正壓差供應(yīng)給壓縮機(jī)。注入油在經(jīng)過過濾器過濾后、泵吸入前從泵送油中分離。差壓調(diào)節(jié)器用于通過使過量進(jìn)油返回到分油器來控制到軸承、密封和排量控制器的油壓。該調(diào)節(jié)器基準(zhǔn)位置位于壓縮機(jī)附近，以將壓縮機(jī)油壓的管路損失降低到最低限度。如果使用外部油冷卻，則泵在通過濾油器泵送機(jī)油之前通過冷卻器來控制機(jī)油。油路系統(tǒng)：雙油路：雙油路由雙油泵、雙濾油器和一個(gè)潤滑油空冷器構(gòu)成。該微處理器監(jiān)測油泵，如果油壓降低或油泵啟動(dòng)器停機(jī)，它會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第二個(gè)油泵。該濾油器傳輸是手動(dòng)的。一次只需要一個(gè)濾油器。只關(guān)閉不使用濾油器的入口閥。不要將兩個(gè)閥都關(guān)閉。操作時(shí)，使兩個(gè)濾油器上的出口閥都打開。只有當(dāng)更換濾油器濾芯時(shí)才將兩個(gè)隔離閥都關(guān)閉。如果兩個(gè)隔離閥都保持關(guān)閉，可能造成濾油器殼體內(nèi)產(chǎn)生很高的壓力。在油路系統(tǒng)中有個(gè)壓力調(diào)節(jié)閥，潤滑油的供油壓力可以通過壓力調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)，壓力調(diào)節(jié)閥初步設(shè)定在旋轉(zhuǎn)1/4圈時(shí)打開。如需增大油壓差（油溫），順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥；如需減小油壓差（油溫），逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥。油分離器雖然能分離約99%的油。還是有一些油仍然進(jìn)入系統(tǒng)中，最終在系統(tǒng)的低溫側(cè)濃縮。此處，制冷劑的蒸發(fā)使油留下。這部分油在不能從系統(tǒng)中清除的情況下濃度會(huì)增加。時(shí)間久了，這部分油便可能累積到足以影響換熱器的容量、干擾閥操作等的程度。當(dāng)自動(dòng)泄油閥打開時(shí)，低溫液/油混合物進(jìn)入油蒸餾器。當(dāng)自動(dòng)泄油閥關(guān)閉時(shí)，一體式加熱恒溫器啟動(dòng)加熱器。制冷劑蒸發(fā)并通過平衡管返回到蒸發(fā)器緩沖罐。一旦加熱器達(dá)到設(shè)定溫度（通常100°F/38℃），加熱器關(guān)閉。此時(shí)，累積的油必須從油罐中排出。這部分油排出，然后返回到壓縮機(jī)內(nèi)。兩種返回方法是：熱氣和泵回?！盁釟狻狈ㄊ褂酶邏簹鈴?qiáng)制油返回壓縮機(jī)進(jìn)氣口?！氨没亍狈ㄊ褂帽脤⒂洼敾氐綁嚎s機(jī)進(jìn)氣口，并使用一個(gè)液位開關(guān)循環(huán)泵出。該系統(tǒng)使用的“熱氣”法。對(duì)于“熱氣”返回系統(tǒng)來說，加熱器關(guān)閉，卸油及平衡管自動(dòng)閥關(guān)閉，熱氣和回油電磁閥打開。熱氣壓力將把油壓回到壓縮機(jī)中。調(diào)整熱氣管線中的手動(dòng)膨脹閥，使油在蒸餾器中無湍流的情況下返回，從而防止油降低到最低液位以下。設(shè)定油蒸餾器控制盤上的計(jì)時(shí)器，使回油大約在油位達(dá)到加熱器頂部時(shí)停止。出口接管延伸到油蒸餾器中，以防止暴露加熱器元件。一旦計(jì)時(shí)器循環(huán)結(jié)束，熱氣和回油電磁閥便關(guān)閉，平衡管和泄油閥打開。此時(shí)，油蒸餾器會(huì)進(jìn)行正常的循環(huán)操作，直到下一次轉(zhuǎn)油開始為止。液位控制閥：蒸發(fā)器丙烷液位是通過液位控制閥控制的，液位控制閥是通過PID控制（即是比例積分微分控制，其中P（proportional）代表比例，主要調(diào)節(jié)控制速度；I（Integral）代表積分，主要調(diào)節(jié)積累變化量；D（derivative）代表微分，主要減小控制振蕩），根據(jù)液位計(jì)給出的液位信號(hào)對(duì)液位控制閥開度進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)進(jìn)液量，保持液位。控制過程：通過液位控制閥上的兩個(gè)表盤顯示的壓力值之比，由壓力值的百分比傳遞給控制盤，控制盤給出一個(gè)信號(hào)給液位控制盤的位移傳感器，由位移傳感器來控制滑閥的開度百分比。大致開度也可以從閥的標(biāo)尺上看到。丙烷蒸發(fā)器液位計(jì)是利用雷達(dá)探頭（上下兩個(gè)探頭）探測到蒸發(fā)器液位，將液位轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的4~20mA的電流信號(hào)傳送到控制盤，控制盤根據(jù)液位計(jì)給出的信號(hào)對(duì)液位控制閥發(fā)出信號(hào)，相應(yīng)地增大或減小液位控制閥的開度，控制液位。蒸發(fā)器液位開關(guān)用于報(bào)警，當(dāng)液位達(dá)到報(bào)警值時(shí)，液位開關(guān)壓降增大到220V，對(duì)應(yīng)的輸入模塊壓降為10V，控制盤就會(huì)控制報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警。在冬天很容易出現(xiàn)蒸發(fā)器假高液位報(bào)警信號(hào)，這是由于冬天的時(shí)候溫度很低，氣態(tài)丙烷在液位計(jì)中低壓的情況下，很容易變?yōu)橐簯B(tài)丙烷附著在上探頭上，引起假液位報(bào)警。出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的時(shí)候一定要核對(duì)現(xiàn)場真實(shí)液位與控制盤中的液位是否相符。熱氣旁通：當(dāng)冷卻器處于低負(fù)荷條件時(shí)，壓縮機(jī)可能抽空，或因?yàn)榈瓦M(jìn)氣壓力或低的工藝溫度而停機(jī)。為防止這種情形發(fā)生，提供一個(gè)熱氣旁通閥來為壓縮機(jī)提供假負(fù)荷。該閥使排放氣體進(jìn)入冷卻器。這部分氣體使冷卻器內(nèi)的液體蒸發(fā)，同時(shí)降低到與液體相同的溫度。系統(tǒng)操作：制冷劑氣體從分油器通過單流閥排入冷凝器中。氣體冷凝，高壓液體制冷劑通過四條4英寸的液體管線及6英寸的匯管流到高壓接收器內(nèi)。制冷劑液體從高壓接收器流到再冷卻器的殼程側(cè)，在此被再冷卻，然后通過一個(gè)空氣操作的液體控制閥流到浸沒式冷卻器內(nèi)。制冷劑通過閥時(shí)，部分液體就閃蒸為氣體，把剩余的液體冷卻到同冷卻器殼程壓力相適應(yīng)的溫度。閃蒸氣在流經(jīng)一個(gè)進(jìn)口捕集器后，被吸入壓縮機(jī)的入口。此時(shí)，流經(jīng)冷卻器管程的工藝天然氣就會(huì)蒸發(fā)更多的制冷劑，這部分氣體也被吸人壓縮機(jī)入口。壓縮機(jī)出口的排放氣體排到冷凝器內(nèi)，該循環(huán)完成。液位變送器把一個(gè)信號(hào)傳送給控制盤內(nèi)的液位控制器，該控制器給液位控制閥發(fā)送一個(gè)信號(hào)，是它保持冷卻器內(nèi)的液位，把工藝負(fù)荷冷卻到所需的狀態(tài)。及當(dāng)液位上升時(shí)關(guān)閉閥，液位下降時(shí)打開閥。油蒸餾器操作：分油器從壓縮機(jī)的排氣中回收大約99%的油。不過，一些油仍然進(jìn)入系統(tǒng)中，最終在系統(tǒng)的低溫側(cè)濃縮。此處，制冷劑的蒸發(fā)使油留下。這部分油在不能從系統(tǒng)中清除的情況下濃度會(huì)增加。時(shí)間久了，這部分油便可能累積到足以影響換熱器的容量、干擾閥操作等。當(dāng)自動(dòng)排油閥打開時(shí)，低溫液/油混合物進(jìn)入油蒸餾器。當(dāng)自動(dòng)排油閥關(guān)閉時(shí)，一體式加熱恒溫器啟動(dòng)加熱器。制冷劑蒸發(fā)并通過平衡管返回到緩沖罐。一旦加熱器達(dá)到設(shè)定溫度，加熱器關(guān)閉。此時(shí)，加熱器關(guān)閉，排油及平衡自動(dòng)閥關(guān)閉，熱氣及回油電磁閥開。熱氣壓力將油推回壓縮機(jī)內(nèi)。調(diào)整熱氣管線上的手動(dòng)膨脹閥，使回油不在蒸餾器內(nèi)產(chǎn)生湍流，從而防止油降低到最低液位以下。經(jīng)濟(jì)器操作：經(jīng)濟(jì)器口位于壓縮機(jī)進(jìn)氣及排氣之間的一個(gè)中壓點(diǎn)上，提供液體再冷卻需要的中壓。進(jìn)入該口的氣流不影響壓縮機(jī)的進(jìn)氣能力。供給蒸發(fā)器的液體的再冷卻使制冷循環(huán)熱力效率提高。液體再冷卻是通過一個(gè)恒溫膨脹閥使高壓液體膨脹、并經(jīng)過管殼式換熱器的管程在中壓下蒸發(fā)。此制冷劑的蒸發(fā)產(chǎn)生制冷效應(yīng)，用于冷卻經(jīng)過換熱器的殼程的高壓液體。將供給的這部分液體閃蒸成中壓也會(huì)提高熱力效率。電氣儀表、高壓啟動(dòng)控制系統(tǒng)：丙烷壓縮機(jī)制冷劑的充加：當(dāng)丙烷系統(tǒng)中需要補(bǔ)充丙烷時(shí)，可利用丙烷儲(chǔ)管與蒸發(fā)器之間的管線利用丙烷自身的壓力向蒸發(fā)器補(bǔ)充丙烷。注意：制冷劑的充加要在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行。丙烷制冷系統(tǒng)投用的目的：目的：減小井口背壓，延長生產(chǎn)井采氣周期。目的不是為了控制露點(diǎn)，只是露點(diǎn)控制的一種手段。啟機(jī)注意事項(xiàng)：丙烷吸入罐無液位顯示，避免液相丙烷進(jìn)入壓縮機(jī)形成液擊；油加熱器工作正常，啟機(jī)前油溫保持在15℃，避免由于油溫過低造成分離效果差引起不良潤滑；確認(rèn)丙烷壓縮機(jī)進(jìn)出口壓差小于345kpa，避免由于壓差過大造成電機(jī)過載停機(jī)；啟機(jī)前首先進(jìn)行預(yù)潤滑，觀察油壓，必須待油壓高于排壓后方可停止?jié)櫥粏C(jī)前，滑閥開度必須小于10%，并處于手動(dòng)狀態(tài)；系統(tǒng)投用注意事項(xiàng)：投用時(shí)，丙烷增發(fā)器液相調(diào)節(jié)閥手動(dòng)設(shè)定20%；觀察丙烷蒸發(fā)器液位達(dá)到20%時(shí)，緩慢增加滑閥開度，同時(shí)根據(jù)露點(diǎn)情況，逐步增加丙烷系統(tǒng)負(fù)荷；丙烷系統(tǒng)前期運(yùn)行時(shí)，應(yīng)避免丙烷壓縮機(jī)滑閥“手動(dòng)-自動(dòng)”切換，避免滑閥開度波動(dòng)過大造成積液。運(yùn)行中參數(shù)的控制：丙烷制冷系統(tǒng)是利用丙烷氣化時(shí)的吸熱效應(yīng)產(chǎn)生冷量來冷卻天然氣，以達(dá)到合格的露點(diǎn)。那么丙烷蒸發(fā)器管程介質(zhì)天然氣的氣量、溫度及殼程介質(zhì)液相丙烷的液位、蒸汽壓力等的變化都會(huì)影響到露點(diǎn)。而液相丙烷的液位、蒸汽壓力同時(shí)又會(huì)因丙烷壓縮機(jī)滑閥的開度、入口壓力、后冷器的冷卻效果及丙烷蒸發(fā)器的液位調(diào)節(jié)閥設(shè)定而改變。丙烷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，露點(diǎn)溫度過低，調(diào)整措施：減小滑閥開度：使丙烷氣返回入口的再循環(huán)量增加，提高壓縮機(jī)入口壓力，使丙烷蒸發(fā)器丙烷蒸汽壓力提高，從而提高丙烷飽和蒸汽溫度達(dá)到提高露點(diǎn)的效果。降低J-T閥設(shè)定：可以適當(dāng)降低J-T閥壓力，通過降低壓比，來提高進(jìn)入丙烷蒸發(fā)器天然氣溫度，達(dá)到提高露點(diǎn)的效果。提高空冷器后溫度：同樣可以通過扇葉調(diào)整或者切換旁路等手段提高空冷器后溫度。丙烷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，露點(diǎn)溫度過高。同露點(diǎn)溫度過低相反，可以通過增加滑閥的開度或者提高丙烷后冷卻冷卻效果進(jìn)行調(diào)整。不建議對(duì)J-T閥進(jìn)行提高設(shè)定調(diào)整。故障停機(jī)后操作：中控室操作崗：遠(yuǎn)程打開空冷器5臺(tái)風(fēng)扇；打開空冷器前甲醇注點(diǎn)ROV，關(guān)閉管殼換熱器甲醇注點(diǎn)ROV；打開丙烷蒸發(fā)器旁通電動(dòng)球閥MOV-03119；關(guān)閉丙烷蒸發(fā)器氣相進(jìn)口電動(dòng)球閥MOV-03195；如露點(diǎn)未達(dá)到生產(chǎn)要求，根據(jù)各采氣井油壓情況，適當(dāng)提高J-T閥設(shè)定壓力；露點(diǎn)達(dá)到生產(chǎn)要求后，合理調(diào)整風(fēng)扇運(yùn)行數(shù)量或通知現(xiàn)場操作人員調(diào)整翅片開度以保證合適的露點(diǎn)。同時(shí)注意觀察空冷器前后壓差；遠(yuǎn)程停運(yùn)丙烷壓縮機(jī)后冷器；現(xiàn)場操作崗：現(xiàn)場關(guān)閉丙烷增發(fā)器丙烷氣相出口球閥；現(xiàn)場確認(rèn)空冷器前甲醇注點(diǎn)ROV打開，管殼換熱器；甲醇注點(diǎn)ROV關(guān)閉；現(xiàn)場確認(rèn)丙烷蒸發(fā)器旁通電動(dòng)球閥MOV-03119開啟，丙烷蒸發(fā)器氣相進(jìn)口電動(dòng)球閥MOV-03195關(guān)閉。壓縮機(jī)常見故障及產(chǎn)生的原因：1.入口分離器液位高產(chǎn)生的原因：①入口壓力設(shè)定過低導(dǎo)致入口溫度過低在分離器產(chǎn)生積液；②蒸發(fā)器液位高。2.蒸發(fā)器液位高：產(chǎn)生的原因：①假液位。氣