冰机冷冻盐水温度升高原因分析

冰机冷冻盐水温度升高原因分析

党全忠

中沙（天津）石化有限公司 天津  300270 

摘 要：针对冰机V6440-1出水温度升高进行原因分析， 通过检查工艺流程，检查液位控制系统相关设备，最终找出根本原因为润滑油温度过低，部分液态丙烯转移到润滑油中，导致冷凝器中液态丙烯液位过低。

关键词：冷凝器；气液分离器；供液电磁阀；油温

1.流程简述

EO/EG装置共有8台冷冻机，其中四台为烟台冰轮生产制造，另外四台为基埃生产制造。EO/EG装置冷冻机的原理都是气体压缩冷凝，后减压蒸发吸热。冷冻机主要由螺杆压缩机、油分离器、冷凝器、蒸发器、经济器等设备组成。制冷剂和润滑油一起经螺杆压缩机压缩变成高温高压的气体，高压高温气体经过冷凝器变成高压液体，高压液态经过经济器变成高压低温液体，高压低温液体经过膨胀阀减压蒸发通过相变吸收蒸发器中冷冻盐水的热量，从而达到给冷冻盐水降温的目的。

图1、冰机流程简图

2.EO/EG装置烟台冰轮和基埃冷冻机对比分析

从上表可看出烟台冰轮和基埃冷冻机主要的区别是蒸发器的形式不同：

烟台冰轮冷冻机为：热虹吸式蒸发器            基埃冷冻机为：干式蒸发器

图2、热虹吸式蒸发器简图                       图3、干式蒸发器简图

热虹吸式蒸发器和干式蒸发器最大的区别：一是制冷剂经过蒸发器后的状态不同：前者是饱和的气液两相；后者是过热的气相。二是蒸发器的传热系数不同：前者较后者传热系数大。

3.冰机冷冻盐水温度升高原因分析

烟台冰轮生产的冰机V6440-1于2021年5月19日19:30启动，提供的冷冻盐水单独供C6221塔顶部冷却器E6220冷却，从启动开始到2021年5月23日 9:00左右，在此期间，V6440-1出水温度较稳定，最高为16.6℃，之后出现出水温度缓慢升高，最高为：25.2℃ ，在此期间此冷冻机的用户E6220管程出口温度升高，最高涨到35℃ 。

冷冻机V6440-1出水温度升高的可能原因主要有以下二种情况：

3.1  E6220热负荷升高，造成V6440-1热负荷随之升高

经调取ODS相关趋势，判断C6221整体热负荷未出现异常，排除E6220热负荷升高。

3.2  冷冻机自身制冷量下降

经现场检查，发现有以下两个现象：

一是PLC控制面板上显示的压缩机吸气压力波动较大，吸气压力介于4.3-6.3bar之间波动，吸气压力升高出水温度升高，吸气压力降低出水温度降低。正常冷冻机在手动操作模式下，吸气和排气压力应该是稳定状态。

图4、冷冻机吸气压力/排气压力/油温/出水温度

二是冷凝器玻璃板液位计显示的液位较低，且上下波动较大，较为频繁，吸气压力升高液位下降，吸气压力降低液位升高。

通过以上两个现象，分析可能的原因有：

3.2.1 气液分离器上的液位控制系统不灵敏。

拆解气液分离器液位控制系统相关零部件，包括膨胀阀、电磁阀、泄压管、液位浮球，一一检查都未曾发现问题。

3.2.2工艺系统存在问题

①  循环泵给蒸发器供液时流量波动，引起蒸发器的热负荷波动，造成吸气压力波动。经现场检查确认，循环泵出口压力正常。后又对循环泵进行切换至备泵，现场冰机吸气压力以及冷凝器液位仍波动较大，排除循环泵的问题。

②  冷凝器的管程冷却水流量波动，造成冷凝器冷负荷波动较大，从而导致丙烯在冷凝器中的冷凝量有所波动。后对冷凝器管程入口安装现场压力表，发现压力稳定，排除冷却水流量波动的问题。

3.2.3  冷凝器液位较低无法形成液封

首先说下气液分离器的液位控制原理。膨胀阀的开启度只受气液分离器的液位控制，液位降低时，浮球位置随之降低，浮球会通过连杆开大泄压管回路的细孔开度，膨胀阀阀芯下方和上方压差升高，膨胀阀阀芯开启度提高，高压液态丙烯经膨胀阀的流量增加，高压液相丙烯经减压后汽化，变成饱和态的丙烯，在气液分离器中进行气液分离，气液分离器中液位升高后，浮球位置随之升高，浮球会通过连杆减小泄压管回路的细孔开度，膨胀阀阀芯下方和上方压差降低，膨胀阀阀芯开启度减小。通过膨胀阀阀芯的开度变化来控制气液分离器的液位稳定。

   当冷凝器出现液位较低时，最低液位会低于冷凝器低点出口，届时会有未冷凝的气相丙烯进入到膨胀阀入口，高压的气相丙烯经膨胀阀后，相对于高压的液态丙烯经膨胀阀后对气液分离器的液位贡献较小，气液分离器的压力升高，冰机吸气压力升高，进而导致蒸发温度提高，液态丙烯吸收蒸发器壳程热量后汽化量降低，热虹吸循环量降低，从而造成蒸发器壳程的冷冻水出口温度升高，整体表现出冰机制冷能力下降。

那么究竟是什么原因造成冷凝器中液态丙烯量减少了呢？可能存在系统外漏，经现场气密排查，未发现泄漏。还有可能就是部分丙烯转移到别的地方，当油温较低时丙烯会更多地溶解到润滑油里，后调取DCS趋势发现吸气压力的波动和供油温度的降低时间上比较吻合。机组在运行之前因油冷器的冷却水进出截止阀堵塞，后将截止阀更换为闸阀，可能因为开度较大，造成油温过低。

图5、冰机油温/吸气/排气压力趋势图

从上图中可看出供油温度的降低会引起吸气压力的波动，在一定范围内，供油温度降低，丙烯在润滑油里的溶解度增大，部分丙烯转移到润滑油里，造成冷凝器液位降低，当低到没有液封时就会出现出口吸气压力升高，出水温度升高，制冷量下降的现象，找到原因后，通过关小油冷却器冷却水回水手阀提高供油温度45-50℃，吸气压力和排气压力便开始稳定，出水温度达到正常值。

还有一个现象应该可以证实油温较低低于40℃时，丙烯在润滑油里的溶解度较大。油温在40℃以下时油泵出口压力较高，且波动较大，油压差较大，机身喷油量加大，提高供油温度40℃以上后，油压差波动趋于正常。经过几天的现场观察和摸索，油温在45-50℃时油压差趋于稳定，正常油压差应控制在3bar左右。

图6、 油温未调整时油压差波动        图7、 油温调整后油压差波动

4.结语

①  制冷剂为丙烯的冷冻机组在加制冷剂时可适当调低供油温度，使制冷剂在保证冷凝器玻璃板满液位的情况下，还有部分丙烯溶解在润滑油里，这样机组正常运行时再将油温提高到正常温度45-50℃，能够相对提高系统中的制冷剂加入量。

②  通过称量制冷剂的加入量，保持加入量在合适范围内，乙二醇装置的V6440冰机系统一般充装量在120-150kg为宜。因为加入量太多，夏天冷却水和环境温度较高，排气压力高，冰机不能满负荷运行；加入量太少冰机正常满负荷运行时冷凝器液位较低，再加上部分丙烯溶解到润滑油里可能造成液位出现波动，最终会影响制冷效果。

③  建议冷冻机组供油温度设置低温报警40℃，高温报警50℃，控制油温在45-50℃稳定运行。防止因油温变化造成丙烯的部分转移；造成油压的波动，能量滑阀不好控制。