天然气处理厂丙烷制冷系统节能改造

摘要：多数天然气处理厂都应用了丙烷制冷系统，但是该系统在运行过程中存在高能耗、低能效等问题。这一问题主要是由多种因素造成的，例如电机问题、经济器问题都会加大系统能耗。为了降低系统能耗，应当对系统进行节能改造，科学选择改造方案，从而关键词：天然气；丙烷制冷系统；节能前言：天然气处理厂在人们的生活中发挥着重要作用，但是传统的丙烷制冷系统加大了处理厂的能耗，不仅降低了处理厂的经济效益，也造成了资源浪费。因此，天然气处理厂应针对系统高能耗的成因对系统进行节能改造，减少资源浪费。丙烷制冷系统即丙烷压缩循环制冷单元，主要是由满液蒸发器、压缩机以及蒸发式空冷器共同构成的，可以通过提供冷量的方式降低天然气的温度，将原料天然气的温度降低至-25℃以下，从而通过低温分离的方式实现天然气脱油脱水【1】。在制冷过程中，压缩机会对丙烷蒸发器处理形成的蒸汽进行压缩，之后将蒸汽输送至油分离器当中，分离蒸汽中的润滑油，再将蒸汽输送至蒸发式冷凝器中，将蒸汽转变为丙烷液体，将液体输送至满液蒸发器的底部，进行冷却处理，最后经过换热形成低压丙烷蒸汽。丙烷制冷系统中有两台压缩机，其中一台是主用压缩机，一台是备用压缩机，压缩机2.影响丙烷制冷系统能耗的因素丙烷制冷系统能耗较高是由多种因素造成的，其中就包括电机因素。若天然气处理厂选择的电机存在选型过大、负载过低等问题就会加大系统能耗。首先，若电机选型过大就中，轴功率将会加大，能耗就会加大。从系统运行情况来看，当压缩机的负载率在70-90%这个范围内时，压缩机的制冷效率最高【2】。但是，当压缩机的负载率处于10-20%这个范围内时，电机的轴功率就会加大。此外，若压缩机长期处于低负荷运行状态中将会影响到压缩机的机械性能，继而加大系统能耗。在丙烷制冷系统当中，经济器可以通过制冷剂的蒸发吸热对输送至蒸发器的制冷剂进行二次降温，有利于降低系统能耗。但是，经济器的应用对资金与技术等各个方面都有较高的要求，所以部分天然气处理厂并没有应用经济器。丙烷制冷系统当中应用了冷凝撬块，其冷却介质是水与空气。同时，冷凝撬块的应用需要风机、水泵的支持。但是天然气处理厂并没有对冷凝水进行软化，所以水箱当中很容易出现水垢，不仅会影响到热交换效果，也会加大系统能耗。3.丙烷制冷系统节能改造从丙烷运行现状来看，电机负载低、压缩机能耗高、冷凝系统能耗高是造成系统能耗高的主要原因。因此，为了降低系统能耗，应当对系统进行节能改造。设计人员需科学设置改造方案，并从中选出最佳方案。例如，设计人员需要从更换压缩机主机撬块、增加辅机柜、加装变频器、更换电机等方案中选出最佳方案。更换压缩机主机撬块指的是拆除现有的压缩机撬块，并将其转变为小型主机撬块；增加辅机柜指的是在现有的设施上增加一台辅机柜，实现辅机柜与主机的通信，并将压缩机系统的控制模式转变为压力控制模式；加装变频器即在现有的压缩机电机上加装变频器；更换电机指的是更换现有的电机，通过利用功率低、转速低的电机降低能耗。从技术、经济等角度来看，更换电机这一方案最符在对丙烷制冷系统进行节能改造时，设计人员需要综合分析改造的可行性。首先，设计人员应明确节能原理。在不改变电机输出功率的情况下，若想提升电机的负载率就需要降低电机的额定功率。其次，设计人员需要利用软件核算丙烷压缩机的制冷量。例如，若天然气的流量为600*104m3/d，压力为4.6MPa，满液蒸发器的制冷温度为6℃,且出口天然气的温度为-18℃,便可以计算出与丙烷压缩机的制冷量为800kW【3】。此外，设计人员需综合分析节能改造的可行性。在电机转速变低与马达转速改变的情况下，压缩机的滑阀位置会变大，滑阀阻力与驱动动力之间的协调性更强，所以通过降低电机转速的方式提高电机负载率、达到节能目的的可行性较强。第一，机组效率性能的对比分析。在更换电机之后，丙烷制冷系统的额定最大制冷量由1672kW降低为了1031kW，提升了压缩机的性能（具体性能曲线如图一所示）。制冷效率指的是系统制冷量与输入功率的比值。在工况相同的情况下，比值越大证明系统的制冷效率越高，节能性越好。在降低电机转速后，丙烷制冷系统的制冷效率有所提升。图一：改造前后丙烷制冷系统的效率性能第二，机组运行情况的对比分析。在进行节能改造之后，需要根据系统工艺运行参数以及丙烷电机与压缩机之间的匹配性分析系统运行情况。从实际情况来看，在进行节能改之间，符合工艺运行要求。其次，在进行节能改造之后，电机运行功率有所下降，压缩机的滑阀开度与电机运行效率较为匹配，有效提升了丙烷制冷系统的运行效率。第三，经济效益评价。在进行节能改造之后，丙烷制冷系统在半年内节约了4kW·的电量，节约了80万元左右。同时，根据天然气负荷稳定的数据模拟情况来看，更换电机后，电机负载率、压缩机的滑阀开度以及螺杆压缩机的工作效率都得到了大幅度提