丙烷制冷系统简述

丙烷制冷系统通常用于天然气冷却处理。

利用丙烷气化时的吸热效应产生冷量来冷却天然气。主要包括丙烷压缩机、丙烷缓冲罐、丙烷吸入罐，丙烷蒸发器和丙烷后冷器。

重要系统组件：螺杆压缩机，油泵，微处理控制盘，高压接受器，空冷式冷凝器，浸没式冷却器，缓冲罐，液态丙烷。

流程描述：丙烷缓冲罐来的液体丙烷（1.15MPa、30℃），经经济器换热后温度降至8℃，再进一步节流降温至0.35MPa、-10℃。与天然气换热后，丙烷液蒸发为气态丙烷（蒸发温度为-10℃），丙进入丙烷吸入罐。经吸入罐分离出夹带的液滴后，进入丙烷压缩机压缩至1.2MPa，经丙烷后冷器冷凝成液相丙烷（1.15MPa、30℃）后返回丙烷缓冲罐。

制冷原理：在制冷过程中，获得低温的方法通常是用高压常温的流体进行绝热膨胀来实现的，丙烷压缩制冷法由四个基本过程所组成：压缩→冷凝→膨胀→蒸发。

压缩-外界对工质作功，提高工质的压力和温度；

冷凝-气态工质冷却冷凝成液态工质，并在高温下向冷却介质排热；

膨胀-高压液态工质在节流阀中通过节流膨胀降压至蒸发压力，由于压力降低，相应的沸点就降低，当液体沸点低于当时温度时，一部分液态工质就要蒸发，从而吸收热量，但由于膨胀过程发生很快，节流阀周围外界来不及供热，这部分热量只好从本身降低内能来供给，所以节流后温度下降了，膨胀成为低温气液混合物；

蒸发-低温液态工质进入换热器从制冷对象吸热，同时自身蒸发为气态工质，从而达到制冷的目的。

丙烷吸入罐：

作用：分离出气相丙烷中夹带的液滴，防止液击。

注意：丙烷吸入罐液位达到90%时，联锁停机。

丙烷系统统运行时，丙烷吸入罐液位达到80%时，应立即手动停机。

丙烷压缩机：

丙烷压缩机为螺杆式，与活塞式相比，特点：

重量轻、体积小；无质量惯性力，动平衡性能好；

可采用喷油冷却，排温低，单级压比高；无余隙容积，容积效率高。

能量调节控制方式：滑阀，滑块。

两者均为液压系统驱动，滑阀实现压缩机的加载和卸载，滑块来增加或降低压缩机的容积比。运行中，一般采取控制滑阀实现能量调节。

控制逻辑：入口压力控制滑阀，进出口压差控制滑块。

滑阀控制简图：

滑阀的作用是改变再循环量，滑阀开度越大，丙烷气返回吸入口再循环的量越少。

滑块：

作用：通过改变容积改变压缩比，从而影响排量。

经济器： 经济器属于自立式换热器，同一介质通过外部控制手段建立温差，完成热交换过程。即丙烷缓冲罐出来的液态丙烷分流一部分通过节流降温，使两者建立温差，进行热交换过程。从而达到外输丙烷进一步液化的目的。

经济器投用条件：压缩机负载达到85%时，经济器支路电磁阀得电，经济器投用。

油分离器：

作用：1、丙烷和油分离；2、储油。

压缩后的丙烷气与润滑油大部分在储油箱中实现分离，部分未实现分离的油雾被排出储油箱，经过3个凝聚过滤器，使油雾凝结成液滴，实现分离。

凝聚过滤器底部观察孔，在正常运行期间，应无液位显示。

油分离器上配置3个500KW的油加热器，当温度达到50℃时，加热器自动停止工作。加热器只在机组不运行时才通电。

油冷却器：

油冷却方式为喷液冷却；

平均 0-3% 制冷剂流量用于喷液冷却；

油冷却支路调节阀通过对油温的监测来确定喷液量。该支路电磁阀在油温达到50 ℃时，得电开启。

压缩机润滑系统：

润滑系统的作用：

1. 为轴承和机械轴封润滑；

2. 提供原动力，使卸载器活塞移动；

3. 为平衡活塞提供润滑油，延长轴承使用寿命；

4. 冷却压缩机；

5. 降低压缩机燥声、减轻震动。

6. 在转子之间形成油封，防止转子接触和气体旁通。

工作的油回路：

①一级油分离器→粗过滤器→油泵（两台）→经过温控器三通管→空冷器→精过滤器（滤油器）→丙烷压缩机（混合）→一级油分离器。

②一级油分离器→二级油分离器（聚结器）→组合针阀→丙烷压缩机→一级油分离器。

③一级油分离器→二级油分离器→冷凝器→高压缓冲罐→经济器→蒸发器→集油罐→丙烷压缩机→一级油分离器。

润滑过程：

压缩机轴承、轴封、和排量控制器所使用的机油由一个油泵提供。来自分离器的机油通过一个过滤器输送到泵进气口，机油在泵进气口经过一个滤油器、泵送到润滑油分配器，在输送给压缩机。注入油通过气体正压差供应给压缩机。注入油在经过过滤器过滤后、泵吸入前从泵送油中分离。差压调节器用于通过使过量进油返回到分油器来控制到轴承、密封和排量控制器的油压。该调节器基准位置位于压缩机附近，以将压缩机油压的管路损失降低到最低限度。如果使用外部油冷却，则泵在通过滤油器泵送机油之前通过冷却器来控制机油。

油路系统：

双油路：双油路由双油泵、双滤油器和一个润滑油空冷器构成。该微处理器监测油泵，如果油压降低或油泵启动器停机，它会自动启动第二个油泵。该滤油器传输是手动的。一次只需要一个滤油器。只关闭不使用滤油器的入口阀。不要将两个阀都关闭。操作时，使两个滤油器上的出口阀都打开。只有当更换滤油器滤芯时才将两个隔离阀都关闭。如果两个隔离阀都保持关闭，可能造成滤油器壳体内产生很高的压力。

在油路系统中有个压力调节阀，润滑油的供油压力可以通过压力调节阀来调节，压力调节阀初步设定在旋转1/4圈时打开。如需增大油压差（油温），顺时针旋转调节阀；如需减小油压差（油温），逆时针旋转调节阀。

油分离器虽然能分离约99%的油。还是有一些油仍然进入系统中，最终在系统的低温侧浓缩。此处，制冷剂的蒸发使油留下。这部分油在不能从系统中清除的情况下浓度会增加。时间久了，这部分油便可能累积到足以影响换热器的容量、干扰阀操作等的程度。

当自动泄油阀打开时，低温液/油混合物进入油蒸馏器。当自动泄油阀关闭时，一体式加热恒温器启动加热器。制冷剂蒸发并通过平衡管返回到蒸发器缓冲罐。一旦加热器达到设定温度（通常100°F/38℃），加热器关闭。此时，累积的油必须从油罐中排出。这部分油排出，然后返回到压缩机内。两种返回方法是：热气和泵回。“热气”法使用高压气强制油返回压缩机进气口。“泵回”法使用泵将油输回到压缩机进气口，并使用一个液位开关循环泵出。该系统使用的“热气”法。

对于“热气”返回系统来说，加热器关闭，卸油及平衡管自动阀关闭，热气和回油电磁阀打开。热气压力将把油压回到压缩机中。调整热气管线中的手动膨胀阀，使油在蒸馏器中无湍流的情况下返回，从而防止油降低到最低液位以下。设定油蒸馏器控制盘上的计时器，使回油大约在油位达到加热器顶部时停止。出口接管延伸到油蒸馏器中，以防止暴露加热器元件。一旦计时器循环结束，热气和回油电磁阀便关闭，平衡管和泄油阀打开。此时，油蒸馏器会进行正常的循环操作，直到下一次转油开始为止。

液位控制阀：

蒸发器丙烷液位是通过液位控制阀控制的，液位控制阀是通过PID控制（即是比例积分微分控制，其中P（proportional）代表比例，主要调节控制速度；I（Integral）代表积分，主要调节积累变化量；D（derivative ）代表微分，主要减小控制振荡），根据液位计给出的液位信号对液位控制阀开度进行控制，从而调节进液量，保持液位。

控制过程：通过液位控制阀上的两个表盘显示的压力值之比，由压力值的百分比传递给控制盘，控制盘给出一个信号给液位控制盘的位移传感器，由位移传感器来控制滑阀的开度百分比。大致开度也可以从阀的标尺上看到。

丙烷蒸发器液位计是利用雷达探头（上下两个探头）探测到蒸发器液位，将液位转化为相应的4~20mA的电流信号传送到控制盘，控制盘根据液位计给出的信号对液位控制阀发出信号，相应地增大或减小液位控制阀的开度，控制液位。

蒸发器液位开关用于报警，当液位达到报警值时，液位开关压降增大到220V，对应的输入模块压降为10V，控制盘就会控制报警模块发出报警。

在冬天很容易出现蒸发器假高液位报警信号，这是由于冬天的时候温度很低，气态丙烷在液位计中低压的情况下，很容易变为液态丙烷附着在上探头上，引起假液位报警。出现报警信号的时候一定要核对现场真实液位与控制盘中的液位是否相符。

热气旁通：

当冷却器处于低负荷条件时，压缩机可能抽空，或因为低进气压力或低的工艺温度而停机。为防止这种情形发生，提供一个热气旁通阀来为压缩机提供假负荷。该阀使排放气体进入冷却器。这部分气体使冷却器内的液体蒸发，同时降低到与液体相同的温度。

系统操作：

制冷剂气体从分油器通过单流阀排入冷凝器中。气体冷凝，高压液体制冷剂通过四条4英寸的液体管线及6英寸的汇管流到高压接收器内。

制冷剂液体从高压接收器流到再冷却器的壳程侧，在此被再冷却，然后通过一个空气操作的液体控制阀流到浸没式冷却器内。制冷剂通过阀时，部分液体就闪蒸为气体，把剩余的液体冷却到同冷却器壳程压力相适应的温度。闪蒸气在流经一个进口捕集器后，被吸入压缩机的入口。此时，流经冷却器管程的工艺天然气就会蒸发更多的制冷剂，这部分气体也被吸人压缩机入口。压缩机出口的排放气体排到冷凝器内，该循环完成。

液位变送器把一个信号传送给控制盘内的液位控制器，该控制器给液位控制阀发送一个信号，是它保持冷却器内的液位，把工艺负荷冷却到所需的状态。及当液位上升时关闭阀，液位下降时打开阀。

油蒸馏器操作：

分油器从压缩机的排气中回收大约99%的油。不过，一些油仍然进入系统中，最终在系统的低温侧浓缩。此处，制冷剂的蒸发使油留下。这部分油在不能从系统中清除的情况下浓度会增加。时间久了，这部分油便可能累积到足以影响换热器的容量、干扰阀操作等。

当自动排油阀打开时，低温液/油混合物进入油蒸馏器。当自动排油阀关闭时，一体式加热恒温器启动加热器。制冷剂蒸发并通过平衡管返回到缓冲罐。一旦加热器达到设定温度，加热器关闭。此时，加热器关闭，排油及平衡自动阀关闭，热气及回油电磁阀开。热气压力将油推回压缩机内。调整热气管线上的手动膨胀阀，使回油不在蒸馏器内产生湍流，从而防止油降低到最低液位以下。

经济器操作：

经济器口位于压缩机进气及排气之间的一个中压点上，提供液体再冷却需要的中压。进入该口的气流不影响压缩机的进气能力。

供给蒸发器的液体的再冷却使制冷循环热力效率提高。液体再冷却是通过一个恒温膨胀阀使高压液体膨胀、并经过管壳式换热器的管程在中压下蒸发。此制冷剂的蒸发产生制冷效应，用于冷却经过换热器的壳程的高压液体。将供给的这部分液体闪蒸成中压也会提高热力效率。

电气仪表、高压启动控制系统：

丙烷压缩机制冷剂的充加：

当丙烷系统中需要补充丙烷时，可利用丙烷储管与蒸发器之间的管线利用丙烷自身的压力向蒸发器补充丙烷。

注意：制冷剂的充加要在停机状态下进行。

丙烷制冷系统投用的目的：

目的：减小井口背压，延长生产井采气周期。

目的不是为了控制露点，只是露点控制的一种手段。

启机注意事项：

丙烷吸入罐无液位显示，避免液相丙烷进入压缩机形成液击；

油加热器工作正常，启机前油温保持在15℃，避免由于油温过低造成分离效果差引起不良润滑；

确认丙烷压缩机进出口压差小于345kpa，避免由于压差过大造成电机过载停机；

启机前首先进行预润滑，观察油压，必须待油压高于排压后方可停止润滑；

启机前，滑阀开度必须小于10%，并处于手动状态；

系统投用注意事项：

投用时，丙烷增发器液相调节阀手动设定20%；

观察丙烷蒸发器液位达到20%时，缓慢增加滑阀开度，同时根据露点情况，逐步增加丙烷系统负荷；

丙烷系统前期运行时，应避免丙烷压缩机滑阀“手动-自动”切换，避免滑阀开度波动过大造成积液。

运行中参数的控制：

丙烷制冷系统是利用丙烷气化时的吸热效应产生冷量来冷却天然气，以达到合格的露点。那么丙烷蒸发器管程介质天然气的气量、温度及壳程介质液相丙烷的液位、蒸汽压力等的变化都会影响到露点。

而液相丙烷的液位、蒸汽压力同时又会因丙烷压缩机滑阀的开度、入口压力、后冷器的冷却效果及丙烷蒸发器的液位调节阀设定而改变。

丙烷系统运行时，露点温度过低，调整措施：

减小滑阀开度：使丙烷气返回入口的再循环量增加，提高压缩机入口压力，使丙烷蒸发器丙烷蒸汽压力提高，从而提高丙烷饱和蒸汽温度达到提高露点的效果。

降低J-T阀设定：可以适当降低J-T阀压力，通过降低压比，来提高进入丙烷蒸发器天然气温度，达到提高露点的效果。

提高空冷器后温度：同样可以通过扇叶调整或者切换旁路等手段提高空冷器后温度。

丙烷系统运行时，露点温度过高。

同露点温度过低相反，可以通过增加滑阀的开度或者提高丙烷后冷却冷却效果进行调整。

不建议对J-T阀进行提高设定调整。

故障停机后操作：

中控室操作岗：

远程打开空冷器5台风扇；

打开空冷器前甲醇注点ROV，关闭管壳换热器甲醇注点ROV；

打开丙烷蒸发器旁通电动球阀MOV-03119；

关闭丙烷蒸发器气相进口电动球阀MOV-03195；

如露点未达到生产要求，根据各采气井油压情况，适当提高J-T阀设定压力；

露点达到生产要求后，合理调整风扇运行数量或通知现场操作人员调整翅片开度以保证合适的露点。同时注意观察空冷器前后压差；远程停运丙烷压缩机后冷器；

现场操作岗：

现场关闭丙烷增发器丙烷气相出口球阀；

现场确认空冷器前甲醇注点ROV打开，管壳换热器；甲醇注点ROV关闭；

现场确认丙烷蒸发器旁通电动球阀MOV-03119开启，丙烷蒸发器气相进口电动球阀MOV-03195关闭。

压缩机常见故障及产生的原因：

1. 入口分离器液位高

产生的原因：①入口压力设定过低导致入口温度过低在分离器产生积液；

② 蒸发器液位高。

2. 蒸发器液位高：

产生的原因：①假液位。气态丙烷在液位计中低压的情况下变为液态丙烷附着在探头上，引起假液位高报警。

② 旁通阀渗漏。

③ 液位控制阀仪表风气管线有冻堵，导致液位控制阀开关不正常

3. 压缩机入口进气压力低

产生的原因：丙烷蒸发器蒸发量不够。

4. 压缩机出现异响

产生的原因：有液态丙烷进入压缩机机体。

丙烷压缩机尚存在以下缺陷：

（1）制冷剂气体周期性地高速通过吸、排气孔口，通过缝隙的泄漏等原因，使压缩机有很大噪声，需要采取消音减噪措施。

（2）螺旋形转子的空间曲面的加工精度要求高，需用专用设备和刀具来加工，造价高。

（3）由于间隙密封和转子刚度等的限制，目前螺杆式压缩机还不能像往复式压缩机那样达到较高的终了压力。