减少丙烯压缩制冷系统丙烯损失的措施

王妍

（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350）

摘要：丙烯作为一种无毒无腐蚀性的制冷剂，与氨相比能够提供较低的制冷温度（-40℃），具有较好的工艺稳定性，且不需要氨储罐、氨火炬等专用辅助设施，配套系统投资更低。因此，丙烯压缩制冷工艺被广泛采用。

关键词：丙烯压缩制冷；原理；措施

1.丙烯压缩制冷的基本原理

丙烯制冷利用液态丙烯气化时的吸热效应实现，属于液体气化制冷，包括蒸发、压缩、冷凝、节流四个过程。图1压缩制冷压焓图显示了丙烯压缩制冷的基本原理。

图1丙烯压缩制冷压焓图

点1表示丙烯进入压缩机的状态，对应于蒸发温度的饱和蒸汽。

点2表示丙烯出压缩机时的状态，也就是进冷凝器时的状态。过程线1-2表示丙烯蒸汽在压缩机中的等熵压缩过程，压力由蒸发压力升高到冷凝压力。由于压缩过程中外界对丙烯作功，温度升高，因此点2表示过热蒸汽状态。点3表示丙烯出冷凝器时的状态，它是与冷凝温度所对应的饱和液体。过程线2-2-3表示制冷剂在冷凝器内的冷却（2-2’）和冷凝（2’-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸汽首先将在等压下冷却成饱和蒸汽（点2’），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。

点4表示丙烯出节流阀时的状态，即进入蒸发器时的状态。过程线3-4表示丙烯在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，丙烯的压力由冷凝压力降到蒸发压力，温度由冷凝温度降到蒸发温度，并进入两相区。节流过程是一个不可逆过程，节流前后制冷剂的焓值不变。

2.丙烯压缩制冷系统工艺流程

某甲醇项目冷冻站丙烯压缩制冷装置使用汽轮机驱动离心式压缩机，以丙烯为介质，通过压缩、用水冷凝、节流降压蒸发以达到制冷效果，提供冷量给低温甲醇洗系统中各丙烯冷却器，补偿系统冷量损失。该装置的核心设备为汽轮机拖动的离心式压缩机，压缩机一段入口设计气量为37556m3/h(标态)、压力0．02MPa(表压)、温度-40℃、出口压力1.8MPa。丙烯气一部分作为制冷剂给交换气制冷，另一部分回收低温甲醇洗尾气冷量，然后液相丙烯进入丙烯闪蒸槽，丙烯闪蒸槽内的液相丙烯一部分进入低温甲醇洗各深冷器作制冷剂，另一部分进入丙烯分离器以维持丙烯分离器液位，经过低温甲醇洗各深冷器制冷后的气相丙烯同样进入丙烯分离器，丙烯分离器和丙烯闪蒸槽内的气相丙烯分别作为压缩机的一段、二段入口气进入丙烯压缩机，经压缩机加压后进入丙烯冷凝器，冷凝的液相丙烯进入丙烯贮槽，从而形成一个闭路循环。

3.丙烯压缩制冷参数设置

压缩机操作参数的选择

压缩机组是离心式丙烯制冷系统核心设备，其工艺参数的正确选取对整个制冷系统的稳定运行有重要作用。通常需要确定的压缩机工艺参数有压缩机入口的温度、压力及排气压力。配套酸性气体脱除装置的冷量温度多为-40℃，其饱和气相压力为0.04MPa，考虑气相丙烯经管道输入至制冷系统时的温升及压力损失，丙烯制冷系统的界区温度定为-38℃，压力为0.039MPa。压缩机出口高温丙烯气通常采用循环冷却水冷却，而循环水管网回水设计温度多为40℃，那么此高温气体冷凝极限温度应为42℃，其对应饱和蒸汽压为1.629MPa。

4.丙烯消耗的原因分析

丙烯制冷压缩机的一段入口温度和二段出口压力是主要控制指标，影响该指标的因素除了压缩机转速和冷凝器冷凝效果外，还有系统中的氮气含量。冷冻站系统原始开车前或退丙烯检修后开车，必须先进行气密性试验、氮气置换。按常规设计，氮气置换合格后，系统引入丙烯，丙烯的引入一般采用7.0MPa中压氮气压入系统丙烯储罐和闪蒸罐。这一系列过程使得系统中充入了大量的氮气，丙烯压缩机开车后，氮气作为不凝气存在，在向低温甲醇洗系统供冷量前，应将氮气排放掉，保证丙烯纯度达到99.2%(体积分数)以上，故损失了大量的丙烯原料，还严重污染了环境。另外，按原设计，丙烯压缩机开车前，一级密封气也是用0.4MPa氮气作为气源，通过增压泵加压后供一级密封气，一级密封气大部分进入压缩机丙烯气体侧，并从出口排出进入系统，这也使氮气进入丙烯介质。

5.减少丙烯损失的措施

(1)在丙烯制冷压缩机出口增加抽真空泵。冷冻站系统开车前、氮气气密性试验完成并置换合格后，启动真空泵对系统抽真空处理，将系统大部分氮气放空，减少系统氮气量，也就节省了排放不凝气的时间，减少了损失的丙烯气。

(2)增加丙烯充装压缩机。在系统原始开车前或运行一段时间后，需要补充丙烯液。引入丙烯的过程，不再采用7.0MPa中压氮气给丙烯罐车加压将丙烯液压入丙烯储罐的方法，而是先利用丙烯罐车自身压力将丙烯液压入处于真空状态的丙烯储罐，然后逐步引入后系统;待冷冻站的系统压力升高至与丙烯罐车的压力持平后，再启动丙烯充装压缩机，将储罐中丙烯气抽出加压后送往丙烯罐车，在丙烯储罐和罐车之间形成压差，从而将丙烯液压入丙烯储罐中。丙烯充装压缩机入口管道、出口管道和罐车出口至丙烯储罐的丙烯液管道都可使用临时软管;丙烯充装结束后，将软管保存，以备下次使用。

(3)增加不凝气分离器回收不凝气中夹带的丙烯。不凝气分离器利用从丙烯储罐底部抽出的小股丙烯液作为冷源，进入不凝气分离器的壳程，将丙烯气体换热器、丙烯冷却器、丙烯储罐产生的不凝气中的丙烯冷凝下来，然后进入丙烯储罐再次利用，将所含氮气等不凝气通过火炬放空，壳程出口闪蒸后的丙烯气进入闪蒸罐。

(4)丙烯压缩机一级密封气直接用压缩机出口的丙烯气体作为密封介质，在压力不足的情况下，启动增压泵提压供给，避免氮气进入机体丙烯气体侧。

6.运行效果

冷冻站系统开车前通过启动真空泵进行系统抽真空，丙烯充装压缩机进行丙烯充装，丙烯气体作为一级密封气，避免大量氮气进入系统，节省了压缩机开车后需排放大量含丙烯气、氮气的不凝气体以保证丙烯纯度的时间，起到了减少丙烯损失和节省开车时间的作用。该装置冷冻站自2014年7月系统开车以来，不凝气的累计排放时间不足0.5h，且管径为Ф254mm的放空管线阀门开度不到5%。比其他公司丙烯压缩机开车后要排放不凝气时间约2h来说，大大降低了丙烯的消耗;另外，不凝气分离器也较好地冷凝回收了不凝气中的丙烯。该装置目前运行稳定，丙烯消耗只有一级密封气放空的丙烯量，约为2m3/h(标态)。

结语

以上几项技改措施实施后，年减少丙烯损失约15t，则年可节约费用15万元。另外，每次节省开车时间约2h，还可减少不凝气中丙烯介质排放而造成的环境污染，避免发生安全事故。

参考文献：

[1]孟令凯.丙烯压缩制冷与氨压缩制冷的对比[J].大氮肥,2015,38(04):284-286.

[2]刘亚鹏.丙烯制冷系统方案选择与设计分析[J].化工管理,2018(18):14+24.