LNG混合制冷工艺(MRC),压缩机系统的吸排气压力以及各级制冷段的性能与系统压力

压缩机系统的吸排气压力以及各级制冷段的性能与系统压力密切相关。以下是固定冷剂循环量前提下,生产压力变化对系统的影响分析:


  1. 压缩机吸排气压力的影响

• 生产压力升高:

◦ 排气压力:若系统后端(如冷箱或换热器)阻力增加或下游压力设定值提高,压缩机排气压力需相应升高以满足工艺需求。这会导致压缩机压比(排气压力/吸气压力)增大,功耗上升,效率可能下降。

◦ 吸气压力:若高压段(如三级出口)分离不充分或冷剂冷凝效率降低,可能导致低压段(如一级入口)气相冷剂密度增加,吸气压力暂时升高,但长期可能因系统不平衡而波动。

• 生产压力降低:

◦ 排气压力:下游需求压力降低时,压缩机排气压力下降,压比减小,功耗降低,但可能影响冷剂在换热器中的冷凝效果(如丙烷/乙烯蒸发温度不足)。

◦ 吸气压力:若高压段分离效率提高或冷剂蒸发量减少(如冷负荷降低),低压段吸气压力可能下降,导致压缩机容积流量不足,甚至喘振风险。


  1. 对各制冷段的影响

• 一级制冷段(低压段,如甲烷/氮气主导):

◦ 压力升高会提高甲烷的蒸发温度,可能降低低温换热效果;压力过低则可能导致氮气无法充分液化,影响冷剂配比。

• 二级制冷段(中压段,如乙烯/丙烷主导):

◦ 压力升高会提高乙烯的冷凝温度,增强中温段换热效率,但若过高可能导致丙烷蒸发不足,冷量分配失衡。

• 三级制冷段(高压段,如丙烷/异戊烷主导):

◦ 压力升高有利于异戊烷的冷凝,但若末级分离器(气液分离)压力过高,可能导致液相冷剂夹带气体,降低分离效果,增加压缩机回流负荷。


  1. 缓冲罐与分离器的作用

• 缓冲罐(一、二、三级):

◦ 稳定压缩机进出口压力波动,避免脉动对叶轮的冲击。压力升高时,缓冲罐可暂时储存多余气相冷剂;压力降低时释放储存气体,维持流量稳定。

• 末级分离器:

◦ 高压下分离不彻底(如气液夹带)会导致液相冷剂(如丙烷/异戊烷)进入下游节流阀,蒸发不充分,降低制冷效率;压力过低则可能使气相冷剂(如甲烷)未充分分离,增加压缩机循环量。


  1. 冷剂配比与相平衡

• 固定循环量下的压力影响:

◦ 压力变化会改变冷剂的露点/泡点温度。例如:

▪ 甲烷在高压下更易液化,但若压力过高,可能导致其在低温段蒸发不足。

▪ 异戊烷在低压下难以冷凝,影响高温段冷量供应。

◦ 氮气作为非凝气体,压力升高可能导致其溶解度变化,影响换热器传热效率。


  1. 系统稳定性风险

• 高压风险:

◦ 压缩机压比过大,轴温升高,机械应力增加。

◦ 冷剂在换热器中过度冷凝,节流后闪蒸率下降,冷量分配失衡。

• 低压风险:

◦ 压缩机喘振(尤其多级压缩时流量不足)。

◦ 冷剂蒸发不完全,换热器出现“干涸”,冷端温度波动。


总结建议

• 优化控制策略:通过调节压缩机转速、级间冷却温度或末级分离器压力设定值,平衡各级制冷段的压力需求。

• 监测关键参数:重点关注末级分离器的气液分离效率、各级缓冲罐液位及压缩机压比变化。

• 冷剂配比调整:若压力长期偏离设计值,需重新评估冷剂组分比例(如减少氮气以降低高压段分压)。

通过动态调整系统压力与冷剂相态匹配,可在固定循环量下维持MRC工艺的高效稳定运行。

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