CN110044132B - 一种丙烯满液式制冷***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种丙烯满液式制冷***的控制方法，利用充分利用丙烯的特性，设计构建了基于丙烯作为冷媒的制冷***，并由此设计循环管路控制方法，通过丙烯气态、液态的不同状态的循环变化，实现制冷操作，使得整个以丙烯作为冷媒的制冷***拥有如下优点：1.制冷剂OBD值为0对臭氧层完全无任何破坏；2.单位质量流量制冷量大；3.热力学性能较好；4.可获取最低‑60℃蒸发温度；5.丙烯作为MTO装置附属产品容易提取成本相对较低；6、***共用冷媒***部分负荷效率更高；如此本发明所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，在保证制冷效果的同时，能够充分提高冷媒的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种丙烯满液式制冷***的控制方法，属于制冷***控制技术领域。
背景技术
甲醇制烯烃技术-MTO作为目前制取乙烯、丙烯一项关键技术，目前应用较为广泛，并且国内甲醇制烯烃项目也日益增多。甲醇制烯烃项目其中一个关键工艺点，即为丙烯的一次冷却液化工序，而作为丙烯冷却工艺中必不可少的关键设备冷冻机组来说，其承担着将50℃丙烯一次冷却到-38℃，其中普通冷冻机组冷媒很难满足冷却量大、温差大等工艺特点要求。而丙烯作为甲醇制烯烃生产装置中重要的产物，其也是一种新型的冷冻机组冷媒，丙烯R1270A作为制冷剂有着许多优点：1.制冷剂OBD值为0对臭氧层完全无任何破坏；2.单位质量流量制冷量大；3.热力学性能较好；4.可获取最低-60℃蒸发温度；5.丙烯作为MTO装置附属产品容易提取成本相对较低；6、***共用冷媒***部分负荷效率更高；因此，若能以丙烯作为冷媒，设计设备实现制冷，将大大提高制冷技术的应用效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种丙烯满液式制冷***的控制方法，基于丙烯作为冷媒实现制冷，在保证制冷效果的同时，能够充分提高冷媒的利用率。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种丙烯满液式制冷***，丙烯满液式制冷***基于丙烯作为冷媒实现制冷，丙烯满液式制冷***包括控制模块、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器、第一液位传感器、温度传感器、以及至少一台压缩机组件；其中，各台压缩机组件的输出端分别通过气体管路对接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端通过供液管路对接冷媒节流装置的输入端，冷媒节流装置的输出端通过供液管路、经蒸发器电子膨胀阀对接蒸发器的输入端，第一液位传感器设于蒸发器中，实现对蒸发器中冷媒液位的检测，温度传感器设于蒸发器的输出端，蒸发器的输出端通过气体管路分别对接各台压缩机组件的输入端；丙烯冷媒依次经过压缩机组件、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器后，再回到压缩机组件，通过丙烯冷媒的循环实现制冷；
控制模块分别对接各台压缩机组件，实现对各台压缩机组件吸气压力的采集、以及数据输送；控制模块分别对接冷媒节流装置、第一液位传感器、蒸发器电子膨胀阀，控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，实现对蒸发器电子膨胀阀的控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量；控制模块对接温度传感器，检测获得蒸发器输出端的温度；
所述控制方法实时执行如下步骤，以丙烯作为冷媒实现制冷控制；
步骤A.所述控制模块控制蒸发器电子膨胀阀、闪发器电子膨胀阀开启，即实现蒸发器、闪发器工作，并进入步骤B；
步骤B.控制模块获得蒸发器输出端的当前温度Te，并根据蒸发器预设目标温度Ts、预设蒸发器加减载温差Td，按如下操作：
若Te>Ts+Td，则进入步骤C；
若Ts≤Te≤Ts+Td，则进入步骤F；
若Te<Ts，则进入步骤H；
若Te<Ts-Td，则进入步骤J；
步骤C.判断是否存在未启动的压缩机组件，是则针对未启动的各压缩机组件，任意选择其中一台压缩机组件，更新作为当前压缩机组件进行启动，并以预设初始工作功率进行工作，然后进入步骤D；否则不做任何进一步操作，并进入步骤D；
步骤D.判断Te是否呈下降趋势，是则待Te≤Ts+Td，返回步骤B；否则进入步骤E；
步骤E.控制模块判断当前压缩机组件的当前负荷是否为满载状态，是则返回步骤C，否则按预设阶段上升功率值，提高当前压缩机组件的工作功率，并返回步骤D；
步骤F.控制模块针对正在运行、且最大运行时长压缩机组件，判断判断该压缩机组件的当前负荷是否不高于预设负荷下限阈值，是则控制该压缩机组件停机，并返回步骤B；否则进入步骤G；
步骤G.控制模块按预设阶段降低功率值，降低当前压缩机组件的工作功率，即针对该压缩机组件进行减载，降低该压缩机组件的工作功率，并返回步骤B；
步骤H.控制模块根据Te，比对丙烯冷媒热力学曲线，换算获得目标吸气压力，并分别发送至各台正在运行的压缩机组件，然后进入步骤I；
步骤I.各台正在运行压缩机组件的控制器分别接收目标吸气压力，并结合其压缩机当前吸气压力，自行降低工作功率值，即针对该压缩机组件进行减载，然后返回步骤B；
步骤J.判断是否存在正在运行的压缩机组件，是则控制模块控制所有正在运行的压缩机组件停机，然后返回步骤B；否则不做任何进一步操作，并返回步骤B；
执行上述步骤的同时，控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，实现对蒸发器电子膨胀阀的控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量，满足预设蒸发器冷媒供液量要求；
同时控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，实现对闪发器电子膨胀阀的控制，进而控制闪发器的冷媒供液量，满足预设闪发器冷媒供液量要求。
作为本发明的一种优选技术方案：所述控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对蒸发器电子膨胀阀进行控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量，满足预设蒸发器冷媒供液量要求；
控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对闪发器电子膨胀阀进行控制，进而控制闪发器的冷媒供液量，满足预设闪发器冷媒供液量要求。
作为本发明的一种优选技术方案：所述预设负荷下限阈值为10％。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括闪发器和第二液位传感器，所述冷凝器的输出端通过供液管路、经闪发器电子膨胀阀对接闪发器的供液输入端，闪发器的输出端对接所述冷媒节流装置的输入端，第二液位传感器设于闪发器中，所述控制模块分别对接第二液位传感器、闪发器电子膨胀阀，控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，实现对闪发器电子膨胀阀的控制，进而控制闪发器的冷媒供液量；同时，各台压缩机组件的排气端分别通过气体管路对接闪发器的进气端。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括与所述控制模块相连接的燃烧排放装置，所述各台压缩机组件上的关键泄漏点分别通过气体管路对接燃烧排放装置的输入端。
本发明所述一种丙烯满液式制冷***的控制方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，利用充分利用丙烯的特性，设计构建了基于丙烯作为冷媒的制冷***，并由此设计循环管路控制方法，通过丙烯气态、液态的不同状态的循环变化，实现制冷操作，使得整个以丙烯作为冷媒的制冷***拥有如下优点：1.制冷剂OBD值为0对臭氧层完全无任何破坏；2.单位质量流量制冷量大；3.热力学性能较好；4.可获取最低-60℃蒸发温度；5.丙烯作为MTO装置附属产品容易提取成本相对较低；6、***共用冷媒***部分负荷效率更高；如此本发明所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，在保证制冷效果的同时，能够充分提高冷媒的利用率。
附图说明
图1是本发明设计丙烯满液式制冷***的模块架构示意图；
图2是本发明设计丙烯满液式制冷***的控制架构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种丙烯满液式制冷***，基于丙烯作为冷媒实现制冷，实际应用当中，如图2所示，具体包括控制模块、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器、第一液位传感器、温度传感器、闪发器、第二液位传感器、燃烧排放装置、以及至少一台压缩机组件。
其中，如图1所示，各台压缩机组件的输出端分别通过气体管路对接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端通过供液管路、经闪发器电子膨胀阀对接闪发器的供液输入端，第二液位传感器设于闪发器中，实现对闪发器中冷媒液位的检测，闪发器的输出端对接冷媒节流装置的输入端，冷媒节流装置的输出端通过供液管路、经蒸发器电子膨胀阀对接蒸发器的输入端，第一液位传感器设于蒸发器中，实现对蒸发器中冷媒液位的检测，温度传感器设于蒸发器的输出端，蒸发器的输出端通过气体管路分别对接各台压缩机组件的输入端；丙烯冷媒依次经过压缩机组件、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器后，再回到压缩机组件，通过丙烯冷媒的循环实现制冷。
控制模块分别对接各台压缩机组件，实现对各台压缩机组件吸气压力的采集、以及数据输送；控制模块分别对接冷媒节流装置、第一液位传感器、蒸发器电子膨胀阀、第二液位传感器、闪发器电子膨胀阀、燃烧排放装置；实际应用中，控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，实现对闪发器电子膨胀阀的控制，进而控制闪发器的冷媒供液量；同时，各台压缩机组件的排气端分别通过气体管路对接闪发器的进气端；并且控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，实现对蒸发器电子膨胀阀的控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量；控制模块对接温度传感器，检测获得蒸发器输出端的温度；不仅如此，实际应用中各台压缩机组件上的关键泄漏点、分别通过气体管路对接燃烧排放装置的输入端。
基于上述所设计丙烯满液式制冷***，本发明具体设计了基于此***的控制方法，实际应用当中，如图1和图2所示，具体实时执行如下步骤，以丙烯作为冷媒实现制冷控制。
步骤A.所述控制模块控制蒸发器电子膨胀阀、闪发器电子膨胀阀开启，即实现蒸发器、闪发器工作，并进入步骤B。
步骤B.控制模块获得蒸发器输出端的当前温度Te，并根据蒸发器预设目标温度Ts、预设蒸发器加减载温差Td，按如下操作：
若Te>Ts+Td，则进入步骤C；
若Ts≤Te≤Ts+Td，则进入步骤F；
若Te<Ts，则进入步骤H；
若Te<Ts-Td，则进入步骤J。
步骤C.判断是否存在未启动的压缩机组件，是则针对未启动的各压缩机组件，任意选择其中一台压缩机组件，更新作为当前压缩机组件进行启动，并以预设初始工作功率进行工作，然后进入步骤D；否则不做任何进一步操作，并进入步骤D。
步骤D.判断Te是否呈下降趋势，是则待Te≤Ts+Td，返回步骤B；否则进入步骤E。
步骤E.控制模块判断当前压缩机组件的当前负荷是否为满载状态，是则返回步骤C，否则按预设阶段上升功率值，提高当前压缩机组件的工作功率，并返回步骤D。
步骤F.控制模块针对正在运行、且最大运行时长压缩机组件，判断判断该压缩机组件的当前负荷是否不高于预设负荷下限阈值，是则控制该压缩机组件停机，并返回步骤B；否则进入步骤G。实际应用当中，预设负荷下限阈值具体选择10％。
步骤G.控制模块按预设阶段降低功率值，降低当前压缩机组件的工作功率，即针对该压缩机组件进行减载，降低该压缩机组件的工作功率，并返回步骤B。
步骤H.控制模块根据Te，比对丙烯冷媒热力学曲线，换算获得目标吸气压力，并分别发送至各台正在运行的压缩机组件，然后进入步骤I。
步骤I.各台正在运行压缩机组件的控制器分别接收目标吸气压力，并结合其压缩机当前吸气压力，自行降低工作功率值，即针对该压缩机组件进行减载，然后返回步骤B。
步骤J.判断是否存在正在运行的压缩机组件，是则控制模块控制所有正在运行的压缩机组件停机，然后返回步骤B；否则不做任何进一步操作，并返回步骤B。
执行上述步骤的同时，控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对蒸发器电子膨胀阀进行控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量，满足预设蒸发器冷媒供液量要求；同时控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对闪发器电子膨胀阀进行控制，进而控制闪发器的冷媒供液量，满足预设闪发器冷媒供液量要求。
将上述所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，应用于实际当中，选择3个压缩机组件，其中，1#压缩机组件为200Kw制冷量丙烯压缩机；2#压缩机组件、3#压缩机组件均为800Kw制冷量丙烯制冷压缩机；实际工作操作当中，当***制热热源较小时启动1#压缩机组件；当负荷逐步增大时再启动2#压缩机组件、3#压缩机组件；由此具有如下优点。
1、可通过压缩机组件的启停、以及压缩机组件的容量控制，适应不同的热负荷要求，达到精确控制工艺点，并且减少压缩机组件在低负荷区间运行时间，延长压缩机组运行寿命；提升压缩机组能效比。
2、所设计制冷***，即其中采用共用蒸发器，相对于独立蒸发器在部分符合下可利用蒸发器换热面积更大，压缩机蒸发温度更高，同样规格的压缩机组可产生更大制冷量。
3、所设计制冷***中，冷凝器采用共用冷媒***，在部分负荷下有利于获得更低的冷凝压力，有利于减少压缩机能耗提高***综合能效比COP。
4、所设计制冷***中，闪发器通过闪发节流后进入压缩机组中间补气可有利于低温工况压缩机排气量提升，可提供更低蒸发压力，以及通过中间补气可提供更高效率。
5、所设计制冷***中，闪发器液位传感器采用模糊PID进行自整定控制。
6、所设计制冷***中，蒸发器液位根据蒸发器液位传感器测量值进行模糊PID自整定调节。
7、所设计制冷***中，燃烧装置为将***个关键泄漏点排放丙烯气体收集后集中排放到火炬进行燃烧，避免产生***等安全事故。
实际应用当中，1#压缩机组件、2#压缩机组件、3#压缩机组件为并联、且相互独立***，可独立启停关闭不受相互影响；并且其中冷凝器、蒸发器、闪发器、冷媒节流装置为***共用装置，启动任意一台压缩机组件，上述装置都需要投入使用。***原理为：1#压缩机组件、2#压缩机组件、3#压缩机组件压缩丙烯制冷剂气体后进入冷凝器，冷凝器冷却后进入闪发器进行二次深度冷却，冷却后进入冷媒节流装置，节流后进入蒸发器进行换热蒸发，蒸发后的丙烯制冷剂气体进入制冷压缩机。
上述技术方案所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，利用充分利用丙烯的特性，设计构建了基于丙烯作为冷媒的制冷***，并由此设计循环管路控制方法，通过丙烯气态、液态的不同状态的循环变化，实现制冷操作，使得整个以丙烯作为冷媒的制冷***拥有如下优点：1.制冷剂OBD值为0对臭氧层完全无任何破坏；2.单位质量流量制冷量大；3.热力学性能较好；4.可获取最低-60℃蒸发温度；5.丙烯作为MTO装置附属产品容易提取成本相对较低；6、***共用冷媒***部分负荷效率更高；如此本发明所设计丙烯满液式制冷***的控制方法，在保证制冷效果的同时，能够充分提高冷媒的利用率。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (5)
1.一种丙烯满液式制冷***的控制方法，其特征在于：丙烯满液式制冷***基于丙烯作为冷媒实现制冷，丙烯满液式制冷***包括控制模块、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器、第一液位传感器、温度传感器、以及至少一台压缩机组件；其中，各台压缩机组件的输出端分别通过气体管路对接冷凝器的输入端，冷凝器的输出端通过供液管路对接冷媒节流装置的输入端，冷媒节流装置的输出端通过供液管路、经蒸发器电子膨胀阀对接蒸发器的输入端，第一液位传感器设于蒸发器中，实现对蒸发器中冷媒液位的检测，温度传感器设于蒸发器的输出端，蒸发器的输出端通过气体管路分别对接各台压缩机组件的输入端；丙烯冷媒依次经过压缩机组件、冷凝器、冷媒节流装置、蒸发器后，再回到压缩机组件，通过丙烯冷媒的循环实现制冷；
控制模块分别对接各台压缩机组件，实现对各台压缩机组件吸气压力的采集、以及数据输送；控制模块分别对接冷媒节流装置、第一液位传感器、蒸发器电子膨胀阀，控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，实现对蒸发器电子膨胀阀的控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量；控制模块对接温度传感器，检测获得蒸发器输出端的温度；
所述控制方法实时执行如下步骤，以丙烯作为冷媒实现制冷控制；
步骤A.所述控制模块控制蒸发器电子膨胀阀、闪发器电子膨胀阀开启，即实现蒸发器、闪发器工作，并进入步骤B；
步骤B.控制模块获得蒸发器输出端的当前温度Te，并根据蒸发器预设目标温度Ts、预设蒸发器加减载温差Td，按如下操作：
若Te>Ts+Td，则进入步骤C；
若Ts≤Te≤Ts+Td，则进入步骤F；
若Te<Ts，则进入步骤H；
若Te<Ts-Td，则进入步骤J；
步骤C.判断是否存在未启动的压缩机组件，是则针对未启动的各压缩机组件，任意选择其中一台压缩机组件，更新作为当前压缩机组件进行启动，并以预设初始工作功率进行工作，然后进入步骤D；否则不做任何进一步操作，并进入步骤D；
步骤D.判断Te是否呈下降趋势，是则待Te≤Ts+Td，返回步骤B；否则进入步骤E；
步骤E.控制模块判断当前压缩机组件的当前负荷是否为满载状态，是则返回步骤C，否则按预设阶段上升功率值，提高当前压缩机组件的工作功率，并返回步骤D；
步骤F.控制模块针对正在运行、且最大运行时长压缩机组件，判断判断该压缩机组件的当前负荷是否不高于预设负荷下限阈值，是则控制该压缩机组件停机，并返回步骤B；否则进入步骤G；
步骤G.控制模块按预设阶段降低功率值，降低当前压缩机组件的工作功率，即针对该压缩机组件进行减载，降低该压缩机组件的工作功率，并返回步骤B；
步骤H.控制模块根据Te，比对丙烯冷媒热力学曲线，换算获得目标吸气压力，并分别发送至各台正在运行的压缩机组件，然后进入步骤I；
步骤I.各台正在运行压缩机组件的控制器分别接收目标吸气压力，并结合其压缩机当前吸气压力，自行降低工作功率值，即针对该压缩机组件进行减载，然后返回步骤B；
步骤J.判断是否存在正在运行的压缩机组件，是则控制模块控制所有正在运行的压缩机组件停机，然后返回步骤B；否则不做任何进一步操作，并返回步骤B；
执行上述步骤的同时，控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，实现对蒸发器电子膨胀阀的控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量，满足预设蒸发器冷媒供液量要求；同时控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，实现对闪发器电子膨胀阀的控制，进而控制闪发器的冷媒供液量，满足预设闪发器冷媒供液量要求。
2.根据权利要求1所述一种丙烯满液式制冷***的控制方法，其特征在于：所述控制模块根据由第一液位传感器所获蒸发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对蒸发器电子膨胀阀进行控制，进而控制蒸发器的冷媒供液量，满足预设蒸发器冷媒供液量要求；
控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，采用模糊PID控制法，针对闪发器电子膨胀阀进行控制，进而控制闪发器的冷媒供液量，满足预设闪发器冷媒供液量要求。
3.根据权利要求1所述一种丙烯满液式制冷***的控制方法，其特征在于：所述预设负荷下限阈值为10％。
4.根据权利要求1所述一种丙烯满液式制冷***的控制方法，其特征在于：还包括闪发器和第二液位传感器，所述冷凝器的输出端通过供液管路、经闪发器电子膨胀阀对接闪发器的供液输入端，闪发器的输出端对接所述冷媒节流装置的输入端，第二液位传感器设于闪发器中，所述控制模块分别对接第二液位传感器、闪发器电子膨胀阀，控制模块根据由第二液位传感器所获闪发器中冷媒液位，实现对闪发器电子膨胀阀的控制，进而控制闪发器的冷媒供液量；同时，各台压缩机组件的排气端分别通过气体管路对接闪发器的进气端。
5.根据权利要求1或4所述一种丙烯满液式制冷***的控制方法，其特征在于：还包括与所述控制模块相连接的燃烧排放装置，所述各台压缩机组件上的关键泄漏点分别通过气体管路对接燃烧排放装置的输入端。
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