摘 要:介紹了20世紀(jì)后期制冷技術(shù)革命性的進(jìn)步，及其對(duì)冷凝法油氣回收技術(shù)發(fā)展的推進(jìn)作用，分析了冷凝法油氣回收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和對(duì)生產(chǎn)廠家的要求。

關(guān)鍵詞:制冷技術(shù),油氣回收,冷凝法

《儲(chǔ)油庫大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB20950-2007）對(duì)“油氣回收處理裝置”的定義是：“通過吸附、吸收、冷凝、膜分離等方法將發(fā)油過程產(chǎn)生的油氣進(jìn)行回收處理的裝置”。冷凝方法是諸多油氣回收處理技術(shù)中的一種。

2 0世紀(jì)中后期，我國(guó)曾引進(jìn)了日本C H I T O S E & CO,MARUZEN Eineering Incorporation公司的溶液吸收油氣回收處理裝置、美國(guó)McGILL公司的活性炭吸附油氣回收處理裝置、美國(guó)EDWARDS公司冷凝法油氣回收處理裝置。三種不同工藝的裝置，運(yùn)用結(jié)果大相庭徑。 80年代，原商業(yè)部中國(guó)石油公司（現(xiàn)在的中石化銷售公司）從國(guó)外引進(jìn)了冷凝法、吸收法、吸附法的油氣回收處理裝置各一套，分別在天津、上海、太原的油庫使用。但由于多種原因，未能推廣普及。只有冷凝法的裝置在1998年9月由天津調(diào)撥到鎮(zhèn)海煉油廠，至今運(yùn)行使用情況很好。

1 制冷技術(shù)在20世紀(jì)后期取得革命性進(jìn)步

2007年在北京舉行的第22屆國(guó)際制冷大會(huì)上的《制冷學(xué)科研究與發(fā)展報(bào)告》指出，“制冷技術(shù)是20世紀(jì)對(duì)人類社會(huì)影響最大的科學(xué)技術(shù)成就之一”。2000年，美國(guó)工程院歷時(shí)半年，組織30多家美國(guó)職業(yè)工程協(xié)會(huì)，以“改變?nèi)祟惿罘绞�、推�?dòng)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展、提高人類生活質(zhì)量”為標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)選了20世紀(jì)影響最大的20項(xiàng)工程技術(shù)成就。結(jié)果，制冷技術(shù)排名第10位，排在了高速公路、航天技術(shù)、因特網(wǎng)、核技術(shù)等前面。制冷技術(shù)不但使“空調(diào)制冷技術(shù)成為人們的健康、運(yùn)輸、食品保鮮的不可缺少的設(shè)施。人們可以在地球上最冷和最熱的地方工作和生活”，而且推動(dòng)了許多尖端科學(xué)技術(shù)的研究和發(fā)明。

制冷技術(shù)在20世紀(jì)后期的革命性發(fā)展，可從以下方面來認(rèn)知。

1.1 制冷壓縮機(jī)的革新提高了能效比，性能系數(shù)上升到1.5左右

制冷壓縮機(jī)可稱為制冷系統(tǒng)的心臟，對(duì)制冷技術(shù)的發(fā)展有決定性的作用。制冷壓縮機(jī)由電動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)兩部分組成。其革新的主要措施有改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)、選用優(yōu)質(zhì)材料、提高加工精度。

（1）電動(dòng)機(jī)的改進(jìn)

選用特低鐵損和高磁通新型硅鋼片做電機(jī)鐵芯，加大沖片橫截面，退火處理定子沖片，自扣工藝組合轉(zhuǎn)子，定子線圈采用手工下線并提高滿槽率，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)子定子之間的氣隙。

（2）壓縮機(jī)的改進(jìn)

引入有限元法計(jì)算機(jī)模擬輔助設(shè)計(jì)，采取零件優(yōu)化、加工優(yōu)化、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化等多項(xiàng)工藝措施，加強(qiáng)硬度、減小摩擦系數(shù)，滑動(dòng)部件間隙精確到幾微米。采用高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)和變頻技術(shù)使壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度從1440r/min提高到3000r/min，或變頻調(diào)速到10,000r/min。提高壓縮機(jī)排量、縮小壓縮機(jī)體積、降低壓縮機(jī)運(yùn)行工況電耗，從而提高壓縮制冷效率。50匹比澤爾活塞式半封閉壓縮機(jī)只有長(zhǎng)795mm、寬452mm、高445mm，體積減小一半多。能耗的減少如比澤爾S6F-30.2Y壓縮機(jī),在制冷溫度為-50℃時(shí)（用R404A,制冷量17.42kW)，電機(jī)名義功率 22kW，實(shí)際運(yùn)行功率13.42kW，實(shí)際運(yùn)行功率比名義功率小8.58kW。壓縮機(jī)性能系數(shù)COP普遍得到提升，有的從不足1.0上升到1.5～1.7。

1.2 新型制冷劑提高了制冷劑單位質(zhì)量制冷量，滿足環(huán)保節(jié)能要求

制冷劑按組成成分可分為單一制冷劑和混合制冷劑。新型環(huán)保制冷劑屬于混合制冷劑。單一制冷劑只含一種化合物，其熱物理性能參數(shù)恒定不變；混合制冷劑是由兩種或兩種以上的制冷劑組成的混合物，混合比例可改變其熱物理性能參數(shù)�；旌现评鋭┯址譃楣卜谢旌现评鋭┖头枪卜谢旌现评鋭�。共沸混合制冷劑如R500、 R502、R503、R507等；非共沸混合制冷劑如R404A、 R407A、R407B、R407C、R410A、R410C等。使用非共沸混合制冷劑，能顯著降低制冷系統(tǒng)的能耗，如： R22/R114（50/50）非共沸混合制冷劑取代R22，制冷系數(shù)提高25%。再如：使用比澤爾4G-30.2壓縮機(jī)的制冷溫度為-5℃時(shí)，使用R22的制冷量為60kW，使用R404A的制冷量為66.5kW。同樣的設(shè)備、同樣的能耗，制冷量增加6.5kW，提高約11%。新型環(huán)保制冷劑以其環(huán)保性、可靠性、節(jié)能性和替代現(xiàn)有制冷劑方便的特點(diǎn)，已得到廣泛認(rèn)可。

1.3 智能、穩(wěn)定、安全、可靠的自控技術(shù)實(shí)現(xiàn)了操作的升級(jí)換代

制冷工藝屬于熱工技術(shù)，系統(tǒng)內(nèi)冷凝和蒸發(fā)的配置在不同壓力和溫度等條件下運(yùn)行，與地理、氣候、壓縮機(jī)和制冷劑的選型、裝置系統(tǒng)的制造質(zhì)量等因素都有密切關(guān)系，其動(dòng)態(tài)變量和受控點(diǎn)較多，需要在嚴(yán)密監(jiān)控和頻繁調(diào)節(jié)的狀態(tài)下運(yùn)行。過去由于受機(jī)械工業(yè)技術(shù)水平的局限，壓縮機(jī)溫度、壓力等的調(diào)節(jié)器件自動(dòng)化程度不高，在較長(zhǎng)的歷史階段，裝置的狀態(tài)調(diào)試和運(yùn)行調(diào)節(jié)比較繁瑣，要求操作人員具有較高的技能和豐富經(jīng)驗(yàn)。因此給人留下“冷凝法油氣回收處理裝置操作太麻煩”的印象。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，廣泛應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化控制器件，冷凝法油氣回收處理裝置的自動(dòng)化程度已達(dá)到相當(dāng)高的水平。具體表現(xiàn)為：

（1）高性能自控器件的應(yīng)用，完善了穩(wěn)定工作狀態(tài)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。如：溫度控制器、壓力控制器、電子噴液器、安全保護(hù)監(jiān)控，數(shù)據(jù)檢測(cè)及變送、數(shù)據(jù)傳輸及調(diào)節(jié)，從檢測(cè)到判斷直至發(fā)出控制指令，完全實(shí)現(xiàn)智能化自控。

（2）PLC技術(shù)能夠自動(dòng)做好程序控制，實(shí)現(xiàn)無人值守、運(yùn)行參數(shù)傳輸、遠(yuǎn)程控制。

（3）變頻器控制技術(shù)可有效提高壓縮機(jī)能效系數(shù)，變頻調(diào)速高達(dá)1萬r/min。改變壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高壓縮機(jī)排量進(jìn)而提高制冷效率，屬于技術(shù)含量較高的產(chǎn)品。智能、穩(wěn)定、安全、可靠的自動(dòng)化控制技術(shù)，將復(fù)雜技術(shù)簡(jiǎn)單化，解除了人的繁重勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了冷凝法油氣回收處理裝置的操作和運(yùn)行管理的升級(jí)換代。

2 冷凝法在油氣回收技術(shù)工藝中的優(yōu)勢(shì)

冷凝法油氣回收處理的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，得益于近三十年來制冷技術(shù)的進(jìn)步。

2.1 冷凝技術(shù)工藝最適合石油產(chǎn)品的性質(zhì)

原油是由分子大小和化學(xué)結(jié)構(gòu)不同的烴類和非烴類組成的復(fù)雜混合物，從原油中提煉成品油的基本工藝是蒸餾。蒸餾時(shí)將原油的液體混合物加熱，讓輕組分氣化并將其導(dǎo)出進(jìn)行冷凝，使其輕重組分得到分離。無論是兩段氣化流程（常壓蒸餾和減壓蒸餾）還是三段氣化流程（包括原油初餾、常壓蒸餾和減壓蒸餾），都是依據(jù)石油的熱性質(zhì)，按照不同氣化溫度進(jìn)行分段切割。從原油加工最基本的方法“加熱蒸餾”到油氣處理的冷凝法“去熱凝結(jié)”，都經(jīng)過“受熱氣化—降溫液化”的工序，冷凝法油氣回收技術(shù)原理則是在成品油儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)，重復(fù)著“氣化—液化”的過程，使油蒸氣發(fā)生相變，從氣態(tài)回到液態(tài)，完成對(duì)油氣的回收處理。所以，冷凝法處理油氣的技術(shù)原理與原油加工的技術(shù)原理是一致的，對(duì)于油氣的熱性質(zhì)、遷移特性來說，最適合采用冷凝法處理。

2.2 冷凝法回收汽油的餾分優(yōu)于汽油原指標(biāo)

冷凝法工藝的特點(diǎn)是簡(jiǎn)明直接、不需二次工藝處理，回收的汽油不會(huì)混入其他雜質(zhì)成分，餾分優(yōu)于原汽油指標(biāo)。吸附法、膜法等工藝的油氣回收處理技術(shù)，采用噴淋吸收的二次工藝處理富集和提濃的油氣，難免會(huì)影響回收汽油的餾分指標(biāo)。表1為原汽油餾分與回收汽油餾分的比較（當(dāng)?shù)卮髿鈮海?02.33kPa）。

2.3 冷凝法油氣回收處理的單位能耗最低

隨著制冷技術(shù)革命性的進(jìn)步，壓縮機(jī)新型產(chǎn)品體積縮小、排量提高、能耗減少，新型制冷劑增加了單位質(zhì)量制冷量，提高了制冷系統(tǒng)能效比，降低了冷凝法處理每立方米油氣的配置功率指標(biāo)（見表2）。

從表2可見，冷凝法處理油氣的單位能耗為0.225～ 0.27kW·h/m3。特別要說明的是：因?yàn)橹评鋲嚎s機(jī)的實(shí)際運(yùn)行功率只是配置功率的85%～90%，實(shí)際的工況能耗比表2中的數(shù)據(jù)還要低。冷凝法與其他方法的單位能耗（kW·h/m3）比較見表3。

3 發(fā)揮制冷技術(shù)優(yōu)勢(shì)推進(jìn)冷凝法油氣回收技術(shù)的發(fā)展

在四種油氣回收技術(shù)方法中，冷凝法的安全防爆技術(shù)措施要求提高、凝結(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作的技術(shù)難度增大。冷凝法處于油氣回收技術(shù)的高端。

3.1 冷凝法裝置的安全防爆技術(shù)措施要求提高

油氣回收處理裝置的應(yīng)用場(chǎng)合是煉油廠、石油成品油庫、加油站等，屬于具有可燃可爆氣體的危險(xiǎn)環(huán)境。因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須執(zhí)行國(guó)家防火防爆規(guī)范，裝置制造必須符合防火防爆的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備出廠必須通過國(guó)家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢測(cè)合格并頒發(fā)《防爆合格證》。

冷凝法油氣回收處理裝置在低溫狀態(tài)下處理油氣，油氣通過的凝結(jié)器是非電構(gòu)件，工藝本身具有較高安全系數(shù)。但冷凝法油氣回收工藝與其他的油氣回收技術(shù)工藝的明顯差別是采用的電氣原件非常多。一臺(tái)三級(jí)降溫的冷凝法油氣回收處理裝置，采用數(shù)千只零部件，大的如制冷壓縮機(jī)，小的如溫度探頭。如果對(duì)每一個(gè)元件都要求防爆，不但成本劇增，而且有的元件從技術(shù)上就很難做到防爆（如大屏幕觸摸屏）。采用正壓房間防爆方式，對(duì)上千個(gè)電氣元件集中防爆，是成熟的防爆技術(shù)。但正壓房間內(nèi)機(jī)組多，控制柜多層結(jié)構(gòu)，強(qiáng)電弱電線纜重疊，儀表種類繁雜，因此要保證強(qiáng)電弱電線纜及各類儀表分箱分道、保證機(jī)房?jī)?nèi)正壓均衡、防止監(jiān)測(cè)可燃?xì)怏w濃度和正壓壓力出現(xiàn)“死角”等，都比其他技術(shù)工藝的裝置要求更高。要以防爆電氣標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)繩，以煉油廠及儲(chǔ)油庫系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生過的教訓(xùn)為經(jīng)驗(yàn)，完善設(shè)計(jì)、嚴(yán)格制作，確保防爆安全的可靠性。

3.2 凝結(jié)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制作的技術(shù)難度增大

冷凝法的基本原理是對(duì)油氣進(jìn)行降溫，使油氣從氣相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合�。油庫向火車油罐、汽車油罐、油輪油艙灌裝油品時(shí)，置換出來的油氣源源不斷地輸送入油氣回收處理裝置內(nèi)。這些油氣不可能囤積存留在在油氣回收處理裝置內(nèi)，像空調(diào)房間那樣關(guān)窗閉門慢慢降溫。要保證發(fā)油的流轉(zhuǎn)速度，油氣處理的過程與發(fā)油灌裝油品的過程必須做到兩個(gè)同時(shí)，即：發(fā)油鶴管開始發(fā)油的同時(shí)啟動(dòng)對(duì)油氣的冷凝處理，發(fā)油灌裝結(jié)束的同時(shí)完成對(duì)油氣的降溫處理。要精確計(jì)算和設(shè)計(jì)冷凝油氣的換熱器（冷箱）結(jié)構(gòu)，以及符合氣液相平衡特性和油氣遷移特性的油氣流轉(zhuǎn)路徑，保證油氣相變有足夠的換熱負(fù)荷，流轉(zhuǎn)過程不會(huì)對(duì)發(fā)油系統(tǒng)管道產(chǎn)生阻力。

3.3 發(fā)揮制冷技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加快冷凝法油氣回收技術(shù)的進(jìn)展

冷凝法油氣回收處理裝置的制造，涉及電氣自動(dòng)化、結(jié)構(gòu)、儀表、焊接、制冷、精加工等多個(gè)工種技術(shù)。在生產(chǎn)流程中，不乏細(xì)節(jié)決定成敗的案例。油氣回收設(shè)備廠家應(yīng)加大研發(fā)投入，努力提高企業(yè)素質(zhì)，在油氣回收處理裝置生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)中做到質(zhì)量控制、型式檢測(cè)、整機(jī)技術(shù)指標(biāo)考核等手段齊全，設(shè)計(jì)制造出更完美的冷凝法油氣回收處理裝置，以向用戶提供質(zhì)量?jī)?yōu)異的油氣回收產(chǎn)品。

（本文作者來自江蘇中川通大環(huán)保設(shè)備制造有限公司）

  使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”