天然氣處理廠丙烷制冷系統(tǒng)節(jié)能改造

摘要：多數(shù)天然氣處理廠都應(yīng)用了丙烷制冷系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)在運行過程中存在高能耗、低能效等問題。這一問題主要是由多種因素造成的，例如電機(jī)問題、經(jīng)濟(jì)器問題都會加大系統(tǒng)能耗。為了降低系統(tǒng)能耗，應(yīng)當(dāng)對系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，科學(xué)選擇改造方案，從而關(guān)鍵詞：天然氣；丙烷制冷系統(tǒng)；節(jié)能前言：天然氣處理廠在人們的生活中發(fā)揮著重要作用，但是傳統(tǒng)的丙烷制冷系統(tǒng)加大了處理廠的能耗，不僅降低了處理廠的經(jīng)濟(jì)效益，也造成了資源浪費。因此，天然氣處理廠應(yīng)針對系統(tǒng)高能耗的成因?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，減少資源浪費。丙烷制冷系統(tǒng)即丙烷壓縮循環(huán)制冷單元，主要是由滿液蒸發(fā)器、壓縮機(jī)以及蒸發(fā)式空冷器共同構(gòu)成的，可以通過提供冷量的方式降低天然氣的溫度，將原料天然氣的溫度降低至-25℃以下，從而通過低溫分離的方式實現(xiàn)天然氣脫油脫水【1】。在制冷過程中，壓縮機(jī)會對丙烷蒸發(fā)器處理形成的蒸汽進(jìn)行壓縮，之后將蒸汽輸送至油分離器當(dāng)中，分離蒸汽中的潤滑油，再將蒸汽輸送至蒸發(fā)式冷凝器中，將蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)楸橐后w，將液體輸送至滿液蒸發(fā)器的底部，進(jìn)行冷卻處理，最后經(jīng)過換熱形成低壓丙烷蒸汽。丙烷制冷系統(tǒng)中有兩臺壓縮機(jī)，其中一臺是主用壓縮機(jī)，一臺是備用壓縮機(jī)，壓縮機(jī)2.影響丙烷制冷系統(tǒng)能耗的因素丙烷制冷系統(tǒng)能耗較高是由多種因素造成的，其中就包括電機(jī)因素。若天然氣處理廠選擇的電機(jī)存在選型過大、負(fù)載過低等問題就會加大系統(tǒng)能耗。首先，若電機(jī)選型過大就中，軸功率將會加大，能耗就會加大。從系統(tǒng)運行情況來看，當(dāng)壓縮機(jī)的負(fù)載率在70-90%這個范圍內(nèi)時，壓縮機(jī)的制冷效率最高【2】。但是，當(dāng)壓縮機(jī)的負(fù)載率處于10-20%這個范圍內(nèi)時，電機(jī)的軸功率就會加大。此外，若壓縮機(jī)長期處于低負(fù)荷運行狀態(tài)中將會影響到壓縮機(jī)的機(jī)械性能，繼而加大系統(tǒng)能耗。在丙烷制冷系統(tǒng)當(dāng)中，經(jīng)濟(jì)器可以通過制冷劑的蒸發(fā)吸熱對輸送至蒸發(fā)器的制冷劑進(jìn)行二次降溫，有利于降低系統(tǒng)能耗。但是，經(jīng)濟(jì)器的應(yīng)用對資金與技術(shù)等各個方面都有較高的要求，所以部分天然氣處理廠并沒有應(yīng)用經(jīng)濟(jì)器。丙烷制冷系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用了冷凝撬塊，其冷卻介質(zhì)是水與空氣。同時，冷凝撬塊的應(yīng)用需要風(fēng)機(jī)、水泵的支持。但是天然氣處理廠并沒有對冷凝水進(jìn)行軟化，所以水箱當(dāng)中很容易出現(xiàn)水垢，不僅會影響到熱交換效果，也會加大系統(tǒng)能耗。3.丙烷制冷系統(tǒng)節(jié)能改造從丙烷運行現(xiàn)狀來看，電機(jī)負(fù)載低、壓縮機(jī)能耗高、冷凝系統(tǒng)能耗高是造成系統(tǒng)能耗高的主要原因。因此，為了降低系統(tǒng)能耗，應(yīng)當(dāng)對系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。設(shè)計人員需科學(xué)設(shè)置改造方案，并從中選出最佳方案。例如，設(shè)計人員需要從更換壓縮機(jī)主機(jī)撬塊、增加輔機(jī)柜、加裝變頻器、更換電機(jī)等方案中選出最佳方案。更換壓縮機(jī)主機(jī)撬塊指的是拆除現(xiàn)有的壓縮機(jī)撬塊，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾⌒椭鳈C(jī)撬塊；增加輔機(jī)柜指的是在現(xiàn)有的設(shè)施上增加一臺輔機(jī)柜，實現(xiàn)輔機(jī)柜與主機(jī)的通信，并將壓縮機(jī)系統(tǒng)的控制模式轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫刂颇Ｊ剑患友b變頻器即在現(xiàn)有的壓縮機(jī)電機(jī)上加裝變頻器；更換電機(jī)指的是更換現(xiàn)有的電機(jī)，通過利用功率低、轉(zhuǎn)速低的電機(jī)降低能耗。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度來看，更換電機(jī)這一方案最符在對丙烷制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造時，設(shè)計人員需要綜合分析改造的可行性。首先，設(shè)計人員應(yīng)明確節(jié)能原理。在不改變電機(jī)輸出功率的情況下，若想提升電機(jī)的負(fù)載率就需要降低電機(jī)的額定功率。其次，設(shè)計人員需要利用軟件核算丙烷壓縮機(jī)的制冷量。例如，若天然氣的流量為600*104m3/d，壓力為4.6MPa，滿液蒸發(fā)器的制冷溫度為6℃,且出口天然氣的溫度為-18℃,便可以計算出與丙烷壓縮機(jī)的制冷量為800kW【3】。此外，設(shè)計人員需綜合分析節(jié)能改造的可行性。在電機(jī)轉(zhuǎn)速變低與馬達(dá)轉(zhuǎn)速改變的情況下，壓縮機(jī)的滑閥位置會變大，滑閥阻力與驅(qū)動動力之間的協(xié)調(diào)性更強(qiáng)，所以通過降低電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式提高電機(jī)負(fù)載率、達(dá)到節(jié)能目的的可行性較強(qiáng)。第一，機(jī)組效率性能的對比分析。在更換電機(jī)之后，丙烷制冷系統(tǒng)的額定最大制冷量由1672kW降低為了1031kW，提升了壓縮機(jī)的性能（具體性能曲線如圖一所示）。制冷效率指的是系統(tǒng)制冷量與輸入功率的比值。在工況相同的情況下，比值越大證明系統(tǒng)的制冷效率越高，節(jié)能性越好。在降低電機(jī)轉(zhuǎn)速后，丙烷制冷系統(tǒng)的制冷效率有所提升。圖一：改造前后丙烷制冷系統(tǒng)的效率性能第二，機(jī)組運行情況的對比分析。在進(jìn)行節(jié)能改造之后，需要根據(jù)系統(tǒng)工藝運行參數(shù)以及丙烷電機(jī)與壓縮機(jī)之間的匹配性分析系統(tǒng)運行情況。從實際情況來看，在進(jìn)行節(jié)能改之間，符合工藝運行要求。其次，在進(jìn)行節(jié)能改造之后，電機(jī)運行功率有所下降，壓縮機(jī)的滑閥開度與電機(jī)運行效率較為匹配，有效提升了丙烷制冷系統(tǒng)的運行效率。第三，經(jīng)濟(jì)效益評價。在進(jìn)行節(jié)能改造之后，丙烷制冷系統(tǒng)在半年內(nèi)節(jié)約了4kW·的電量，節(jié)約了80萬元左右。同時，根據(jù)天然氣負(fù)荷穩(wěn)定的數(shù)據(jù)模擬情況來看，更換電機(jī)后，電機(jī)負(fù)載率、壓縮機(jī)的滑閥開度以及螺桿壓縮機(jī)的工作效率都得到了大幅度提