1冷箱积液产生的原因
冷箱正常的循环是冷剂汽化后将会不断向上流动，当液态冷剂过多时就不能有效及时汽化，气体冷剂无法及时将液态冷剂带出冷箱就会造成液体堆积，冷剂通道液体堆积造成气相冷剂不能顺利流通过冷箱,恶性循环造成液态堆积越来越多最终循环被破坏。
2冷箱积液的危害
冷箱积液的主要危害是在冷箱积液时，冷剂节流阀J-TH1流通能力减小，大量气相冷剂流经冷剂压缩机防喘振管线打回流无法通过冷箱循环，另外由于液态冷剂持续进入冷箱中使得冷箱无法建立合理的温降梯度，最终导致冷箱无法实现对天然气的降温和液化的功能，不能产出合格LNG产品。另外由于冷箱积液过多时混合冷剂出冷箱的温度会降低，当其温度降至冷剂压缩机入口温度联锁值以下时，将触发压缩机紧急停车，致使装置生产中断。
3冷箱积液的现象及原因分析
天然气液化装置处于一个稳定的循环过程时，此时液化工段的各项参数相对是稳定的，只会在很小幅度内波动。当逐步发展到冷箱积液时，液化工段各个主要检测点将会发生明显变化，在此处进行罗列；3.1液位变化由于液化工段是个封闭式循环系统，因此系统内的冷剂总量是固定的（除了正在向循环系统添加冷剂外），V-01、V-02、V-03的液位是相对稳定的，V-01是离心式压缩机的吸入缓冲罐，运行中一般情况保持液位为0。当冷箱积液逐渐增加时，可以看出V-02的液位控制阀逐渐关小直到关闭为止，液位不断下降。V-03的液位会出现逐渐降低的趋势，直到低低液位联锁停泵。V-01会逐渐出现液位并不断上升直到液位高高联锁停止冷剂压缩机。这种情况是由于冷箱积液时，流出冷箱的重冷剂（丙烷、异戊烷）逐渐减少，被级间冷却器冷凝出来的液态冷剂会不断减少，而输送到冷箱内的液态冷剂保持不变，这样V-02、V-03的液位将会逐渐减低，液态冷剂都存在冷箱当中，同时随时间进展部分重冷剂被带出冷箱并以液态形式存在V-01中。3.2压力变化冷箱正常运行时冷剂压缩机的进出口压力基本保持为一条微微波动直线。当冷箱逐渐有积液倾向时，我们会发现冷剂压缩机的一段入口压力和流量以及压缩机二级出口压力呈现周期性的波动，类似段塞流。同时伴随着防喘振的频繁动作。这种情况发生的原因是起初流经冷箱的气相冷剂比液态冷剂多，并保持在稳定的比例，气态冷剂可以轻松的将液态冷剂推动向上运行，当气相冷剂与液态冷剂相当时，气态冷剂需要克服液态冷剂的重力方能带动液态冷剂运行，当两者处于临界点时就会形成类似段塞流，造成流量周期性波动引发压力的周期性波动。防喘振阀是根据流量进行调节的，因此阀门也在周期性频繁动作。当冷箱积液继续严重时，发现冷剂压缩机一段吸入压力不断减小，冷剂压缩机二段出口压力不断上升，上升到一定高点后压缩机的进出口压力开始随着防喘振阀动作而调整并最终随着防喘振阀调整稳定后压力稳定下来。同时伴随冷剂压缩机的防喘振阀的余量会不断减少，然后防喘振阀逐渐开大并调整，直到压缩机段间入口流量稳定。这种情况的发生原因是随着冷箱中积聚的液态冷剂过多时，液体会逐渐堵塞冷剂通道造成气相冷剂无法顺利通过冷箱，气态冷剂无法循环进而堆积在压缩机出口所以压力会上升，流出冷箱的冷剂减少造成冷剂压缩机吸入量减少，流出冷箱的冷剂温度较低，所以吸入压力下降。由于冷箱通道堵塞造成压缩机段间流量不足，防喘振阀门自动开大以维持压缩机的稳定流量运行。上述情况的前提是冷剂压缩机的转速保持不变。3.3冷箱的温度及梯度变化当冷箱运行时冷箱内部各温度点的趋势近乎是一条直线。当冷箱逐渐向积液发展时，冷箱底部低温端温度逐渐大幅升温，冷箱上部高温端逐渐大幅降温，中部温度不会大幅变化，冷箱的温度逐渐趋于一致，各点间温差很小。出现这种现象的原因是由于液态冷剂主要是丙烷和异戊烷，而这两种冷剂的沸点高不易汽化，在运行中起到制冷剂和载冷剂的作用，载冷剂的作用即在重冷剂温度低于沸点时难以汽化，其主要功能是将冷箱底部氮气、甲烷产生的低温能量向上带。到了冷箱上部时温度达到重冷剂的沸点，体现制冷剂的功能开始汽化吸收热量。当冷箱积液过多时由于气相冷剂无法流入冷箱即无法通过J-TH1产生低温能量，液态冷剂源源不断的流入冷箱吸收冷量，天然气也不断流过冷箱吸收冷量，使得冷箱底部温度快速上升，J-TH1的温差缩小，阀前后温度快速上升。另外由于重冷剂量堆积大，蓄能大，冷量不断向上传递，由于沸点高难以在冷箱中上部汽化，造成冷箱上部的冷量过剩温度不断降低。中部温度变化较小，整体看就是各个点温度向中部收敛。3.4冷箱冷剂流道压差的变化当冷箱开始出现积液时，冷箱低压冷剂流道的压差将会开始上升，主要是因为流道中液体堆积，静液柱压力增大，导致压差计检测的压差上升。
4冷箱积液的排除方法
通过上述四种现象判断冷箱出现积液后，可采取如下方法进行处理。4.1减少液态冷剂并增加热负荷冷箱积液时逐渐减少甚至停止液态冷剂向冷箱的输送，减少液态冷剂在冷箱中的堆积，同时增加天然气的流量以增加冷箱的热负荷，加快液态冷剂的汽化逐渐流出冷箱。4.2增大气相冷剂开大冷剂节流阀J/TH1或者通过使用旁路让更多高压的气态冷剂流入冷箱，高压的冷剂可以有效的克服液态冷剂重力的影响将液态冷剂推出冷箱。4.3打开加热线使用冷剂压缩机机一级出口的高温冷剂加热线汽化V01的液体，将重冷剂丙烷、异戊烷通过循环冷凝重新回到V02/V03中。4.4处理成功的现象冷箱积液排除成功的现象：冷剂节流阀J/TH1前段及后段段间压差下降到正常水平、冷箱内部各点温度开始扩散建立有效温度梯度、同时V-01的液位持续下降至最低点，V02/V03的液位开始上升并逐渐趋向正常操作范围、冷剂压缩机各点参数逐渐趋向稳定并恢复到正常操作范围。
5冷箱积液排除的注意事项
5.1压缩机入口压力处理冷箱积液时要严密注意压缩机的入口压力，避免压缩机一段入口压力大幅波动造成压缩机联锁停机。主要原因是积液过程中冷剂压缩机入口压力下降有利于液态冷剂的汽化，同时由于天然气依旧不断流过冷箱使液态冷剂汽化并流出温度较低的重冷剂，甚至还可能是液态冷剂逐渐溢出冷箱，造成冷剂压缩机吸入口内出现大量的丙烷和异戊烷，这些重冷剂相对于轻冷剂（气态冷剂）氮气、甲烷、乙烯质量大得多，压缩机流量计检测到流量突然增大，防喘振阀自动将快速关小以保持一段入口流量稳定，这样造成一段入口压力急剧下降，二段出口压力也跟着下降。可以通过手动调节压缩机一段入口防喘振阀解决。5.2温度变化速率处理冷箱积液过多时要严格按照厂家给出的操作指标，控制冷箱内部的温度变化速率，避免由于温变速率过大产生的热应力损坏冷箱。冷箱各点的温度变化速率为小于30℃/h，同一层面温度差小于28℃，最高温度不得超过66℃。5.3LNG储罐压力由于冷箱积液过多的处理过程中冷箱温度会上升，但是LNG的液化过程并没有停止，生产的LNG密度低、温度高，与储罐中的LNG相差较大。此时要严密注意LNG储存罐的压力，尤其要防止常压的LNG存储罐发生分层甚至涡旋[3]与超压，尽快的将LNG的进液方式调整为上进液，将放空压力设定值调低。另外保险的做法可以将生产出温度高、密度低的LNG放空而不进入储罐中。5.4天然气中重烃含量由于冷箱积液时冷箱中部温度会很低，但是在解决冷箱积液过多的过程中会减少重冷剂的量，中部温度则会上升，此时要严密注意冷箱天然气通道压差以及色谱分析所显示的重烃含量，防止重烃类物质未脱除干净便进入冷箱下部造成堵塞冷箱的天然气通道[4]。
6结语
冷箱（板翅式换热器）容易积液是PRICO液化装置中特有的异常工况，常常在操作不当时出现，可通过文中描述的几种现象的出现迅速做出正确判断并做出有效处理，但在处置中需要小心谨慎，避免造成二次故障工况的出现如冷箱天然气侧冰堵、大罐分层涡旋、压缩机液击等。
作者：郑智伟 袁清 吴锐 单位：中海石油广东液化天然气有限公司
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