车间冷却设施的探讨剖析

　　四川石油管理局天然气研究院油化车间自 1988年建成使用以来， 为全院的油化产品的研制、生产起了重要作用。近年来， 由于新产品的不断研制成功， 对油化车间的功能提出了更多的要求。例如： 车间在承担CT1- 6、CT1- 9 的试制任务时， 经常出现产品在生产过程中发生冲釜、反相等情况， 导致产品报废， 严重时甚至被迫停产； 产品原料也常因为环境温度偏高而发生自聚， 导致报废。出现这些问题的主要原因是车间的冰水冷却系统不能满足反应冷却的需要以及没有冷藏设施。

　　现有的冰水冷却系统的工作原理见， 冰块放入盛有自来水的罐内， 待冰溶化后， 用循环泵将冰水送入反应釜夹套对反应进行冷却， 并从夹套返回冰水罐。

　　其缺点主要有：（ 1） 冰的溶化不易控制， 无法在需要冷却时提供*低的水温， 很难达到理想的效果， 产品报废率高；（ 2） 由于冰的运输、贮藏困难且冰溶化需要时间，在完成了一次冷却后， 无法在短时间内进行二次冷却，也就不能实现连续的生产， 限制了产量；（ 3） 工人劳动强度高， 需要把几百千克的冰块从车上卸下， 并用铁锤将冰击成小块， 然后搬放到近两米高的罐内；（ 4） 生产成本高： 冰的购买和运输费用、产品的报废直接导致成本大幅提高。

　　针对以上的难题， 我们着手对油化车间的冰水冷却系统进行了彻底地改造， 新改造的低温冷却循环装置已成功地应运于实际生产中。

　　1技术路线和基本情况

　　1. 1方案的确定

　　为了使低温冷却循环装置达到预期的目的， 同时尽量地减少投资， 方案确定用两台氟里昂压缩机来作为冷源， 将冷水罐内的盐水温度降至- 5 ， 并通过盐水温度来控制压缩机起停， 温度恒定在- 5 附近， 从而形成冷储备。这样做的优点是：（ 1） 减少了投资， 利用了两台闲置氟里昂压缩机，仅管该压缩机制冷量小， 但采用此方案能满足要求； 节约了采购大型氨压缩机的昂贵费用。

　　（ 2） 保证了需要时有恒定的冷量， 由于冷水罐内贮存有恒定的低温盐水， 使对反应的冷却能达到理想的效果。冷水罐内的冷盐水被分别送入冷库的换热器（ 风机盘管） 和反应釜的夹套内， 完成冷库降温和反应冷却的过程； 采用换热器对冷库进行冷却是根据实际情况而采取的一种节约投资的做法， 因为原料的保存通常需要 10 20 的温度， 如冷库采用冷风机组（ 8 000. 00 元/ 台） 会增加投资， 根据估算， 可以用- 5 的盐水通过换热器使库温降到+ 10 ， 只需购买一台 1 500. 00 元的风机盘管即可实现。装置的控制系统采用两种方式： 自动工作和手动工作， 提供灵活的操作形式， 提高自动化程度。总的看来， 技术方案的确定是经济、实用的， 为整个装置*终改造成功奠定了基础。

　　1. 2 装置组成

　　（1） 氟里昂循环制冷部分氟里昂压缩机、蒸发器和配套的管路；（ 2） 反应釜冷却部分冷水循环泵、冷水罐、搅拌器及配套的管路；（3） 冷库冷却部分风机盘管、冷库循环泵及配套的管路；（ 4） 仪控部分控制柜和温度传感器。

　　1. 3 低温冷却循环系统流程

　　氟里昂压缩机运转， 使氟里昂在配套的管路内循环， 并在蒸发器内蒸发， 带走大量热量， 使冷水罐内的盐水（ 25% CaCl 2盐水） 温度降到- 5 ， 同时罐中搅拌器的搅动， 使冷水罐内的盐水和蒸发器之间的传热效率提高， 降温更快。冷水循环由冷水循环泵提供动力，盐水由罐下部进入冷水循环管路， 流经反应釜夹套， 从上部流回冷水罐完成循环， 并将反应釜热量带出， 使温度降低而保证反应正常进行。冷库的冷却则在冷库循环泵作用下， 使盐水流经风机盘管并回到冷水罐完成循环， 在风机盘管中的热交换， 使冷库库温降到 10 ，确保原料安全贮存在冷库中。控制柜利用温度传感器传来的信号， 分别控制氟里昂循环制冷部分和冷库冷却部分的工作， 包括： 控制冷库循环泵、氟里昂压缩机、搅拌器、风机盘管的起停 .温度传感器分别固定在冷库和冷水罐内， 当被测温度高于设定温度上限时， 控制柜开启相应的设备， 使温度下降， 当降到设定的温度下限后停止相应的设备。整个过程实现了自动工作（ 也可手动操作） .

　　2 工艺计算和设备选型

　　工艺计算首先用反应釜冷却部分和冷库冷却部分的热负荷确定系统所需的制冷负荷， 以此为基础计算冷水罐容积、冷库风机盘管的制冷负荷并选择风机盘管、氟里昂压缩机应提供的制冷量及相应的蒸发器外表面积。具体计算过程从略。

　　根据计算结果， 选择的主要设备如下：（ 1） 冷水罐容积： h= 1. 9 m， d= 1. 6 m；（ 2） 风机盘管型号： CCRB 1 200； 参数： 当进水温度为- 5 时， 制冷量 6 025 kCal/ h； 当进水温度大于 7时， 制冷量 5 205 kCal/ h；（ 3） 氟里昂压缩机组： 2F6. 3（ 风机） 两台：标准制冷量（ - 15/ + 15/ + 30/ + 25 ） 4 000 kCal/ h；空调制冷量（ + 15/ + 15/ + 35/ + 30 ） 9 000 kCal/ h；（4） 蒸发器： 以 2F6. 3 氟里昂压缩机组的标准制冷量和空调制冷量的平均值计算蒸发器面积， 求得蒸发器外表面积 3. 714 m 2。

　　采用 22 无缝钢管焊接盘曲的蛇形盘管， 长 53. 7 m.每台压缩机配 1 个蒸发器。

　　3 装置主要特点（ 1） 氟里昂循环制冷部分、反应釜冷却部分和冷库冷却部分相对独立， 彼此间依靠冷媒传递热量， 减少了三部分之间的相互影响， 便于操作和控制。

　　（ 2） 冷库采用冷水罐中的盐水作冷媒， 用风机盘管进行冷却， 比使用冷风机组节省了投资（ 风机盘管 1 500. 00 元， 冷风机组> 8 000. 00 元） .

　　（3） 采用两台 2F6. 3 压缩机， 采用两套独立的循环管路提高了装置工作的可靠性。

　　（4） 冷库、冷水罐及大部分管路采用聚苯乙烯泡沫包裹， 包覆玻璃纤维布及沥清漆， 具有防潮隔湿、保冷效果好等特点。

　　（ 5） 压缩机仪控部分设有两种工作状态： 手动和自动， 在手动状态， 可手动控制单台压缩机和搅拌器的起停； 在自动状态， 两台压缩机和搅拌器同时受温度传感器（ 放入冷水罐内的铜电阻） 和数显调节仪发出的信号指挥， 同时起停， 实现无人操作。

　　（ 6） 冷库温度的控制由冷库内的铜电阻来控制风机盘管和循环泵的起停来实现； 冷库和冷水罐所要达到的温度由人工设定， 并通过数显调节仪直观显示。

　　4 装置安装和调试

　　4. 1 安装

　　（ 1） 反应釜冷却部分安装的关键问题是过地管路的保冷和蒸发器盘管的除锈和防锈。过地管路保冷采用了预制保冷管线的方法， 以一段 200 的钢管作为护管套在工艺管线外， 在两管构成的环形空间内用现场发泡剂填充， 形成疏松的保冷层（ 聚苯乙烯泡沫） ， 然后再将此段预制好的管线焊接到管路上； 这样制作的特点是外管承受路面的压力， 不会使保冷层压坏， 而且外管也起了很好的隔潮作用。蒸发器盘管由于采用无缝钢管， 内有许多铁锈， 在除锈过程中采用了循环法进行酸洗与钝化。

　　（ 2） 氟里昂循环制冷部分安装的重点是去除管路中水分、焊渣和确保管路的密封性。用氮气吹扫氟里昂管路， 然后联接好接头， 加入氮气在 1. 6 MPa 的压力下保压24 h， 要求压降小于0. 02 MPa（ 温度对压力的影响） ， 以确保管路的密封性。

　　（3） 冷库冷却部分的安装主要是冷库的保冷施工。保冷层的施工采用 内贴法， 其施工程序是先在内壁贴油毡隔汽层， 再用聚苯乙烯板贴上， 然后在上面再贴上油毡， 并刷沥青漆， *后用铝板固定， 以防止碰撞损坏保冷层； 地面铺上油毡并用混凝土抹平。

　　4. 2 调试

　　在调试过程中， 试运行了整套装置， 运转数据表明装置达到了设计要求。氟里昂压缩机对冷水罐内盐水冷却降温的记录数据 .

　　压缩机运行制冷记录时间盐水温度（）压缩机电压， V压缩机电流， A压缩机吸入压力， MPa A B A B 12： 30 7. 0 390 6. 0 5. 6 0. 15 0. 18 1： 00 5. 0 390 6. 0 5. 6 0. 15 0. 17 1： 30 3. 2 385 6. 1 5. 7 0. 14 0. 16 2： 00 1. 5 385 5. 7 5. 5 0. 14 0. 17 2： 30 - 0. 1 389 5. 5 0. 13 0. 18 3： 00 - 1. 6 389 5. 5 5. 3 0. 13 0. 16 3： 30 - 3. 1 380 5. 3 5. 0 0. 13 0. 16 4： 00 - 4. 5 375 5. 2 5. 1 0. 13 0. 16 4： 30 - 5. 8 375 5. 0 5. 1 0. 13 0. 15注： （ 1） 反应釜冷却循环和冷库冷却循环均未开启；（ 2） 两台氟里昂压缩机编号为 A 、B ；（ 3） 冷水罐搅拌器开动。

　　数据表明： 压缩机工作状况正常， 制冷效果达到设计要求（ 在 4h 内使盐水温度从 7 降到- 5 ） .

　　冷库运行测试记录数据见表 2.数据表明： 冷库温度能在 2 h 内从 37 降至 10 ， 此结果与设计确定的情况一致。

　　冷库运行记录时间冷库内温度，冷水罐盐水温度，8： 00 37. 1 - 5. 2 8： 30 28. 9 - 5. 0 9： 00 21. 3 - 4. 9 9： 30 15. 2 - 4. 8 10： 00 9. 7 - 4. 8注： （ 1） 冷库内未放入物料；（ 2） 冷水罐搅拌器开动。

　　5 装置的应用

　　5. 1 冷库用于存放 DMC 原料

　　DMC 原料在用冷库保存之前， 在夏天高温的情况下， 其由于自聚而报废的比例达到 5% ； 用冷库贮存后， 未出现报废现象。

　　5. 2 装置应用于 CT1- 9 生产

　　应用表明， 该装置能有效地控制CT1- 9 的反应温度， 有效地降低了反应冲釜率和热稳定性不合格率， 大幅度地提高产品的质量。

　　6 结语

　　该装置的改造成功， 提高了油化车间的自动化程度， 降低了生产成本， 为新产品的研制开发提供了条件， 在生产中发挥了重要作用； 对数量众多的中小型油化生产车间增加冷却功能提供了一种经济实用的参考方案。但从环保方面考虑， 该装置在今后应考虑选用无氟致冷剂或冷机。