制冷设备工艺需冷量的确定

　 平煤集团开封东大化工有限公司（以下简称开封东大公司）自2005年10月整体并入平煤集团后，进行了15万t/a离子膜法烧碱的扩建，为平衡氯气，配套建设了2万t/a氯乙酸装置和1万t/a ADC发泡剂装置。由于两项目毗邻建造，所需冷量较大，开封东大公司考虑合建两项目的冷冻装置，以便于集中管理、维护、操作。该公司原使用的螺杆式压缩机为KA20C、KA 16、KA12. 5，活塞式压缩机为6W 12. 5、S812. 5.既有氨系统，又有氟利昂系统；既有单级压缩，又有双级压缩。全部采用380 V供电线路。新工程在制冷压缩机选型时有两种方案，但设备投资和经济指标却大不相同。

　　1工艺需冷量的确定根据工艺条件要求，需冷量确定： 5 水系统（设计工况0 /40 ） 150 4. 2 10 4 kJ（ 1 745 kW ）， - 10 盐水系统（设计工况- 15 /35 ）100 ？ 4. 2 ？ 10 4 kJ（ 1163 kW ）， - 20 盐水系统（设计工况- 25 /35 ） 100 4. 2 10 4 kJ（ 1 163 kW ）， - 35 盐水系统（设计工况- 40 /35 ）40 ？ 4. 2 ？ 10 4 kJ（ 465 kW ）。

　　根据提供的冷量，有两种方案可供选择。方案一：选用LG20型螺杆式压缩机， 380 V供电线路，配备低压电机；方案二：选用LG25型螺杆式压缩机，10 kV供电线路，配备高压电机。

　　2制冷压缩机的选型2. 1高压电机与低压电机的比较电动机功率% 125 kW，一般为三相380 V.当单台容量在200 kW左右时，如果距离变压器较近，台数不多，可以选择三相380 V；当单台容量大于200 kW时，一般应选择高压电机。由于从未使用过高压电机，对高压电机的性能不了解，而且LG25型螺杆式压缩机投资较高，相当于LG20型螺杆式压缩机价格的3倍多，必须考虑资金投入与收益的关系，说明了二者的差别（以R717为制冷剂）。

　　设备投资： 5台LG25型螺杆式压缩机需投资307万元， 14台LG20型螺杆式压缩机需投资259万元。

　　通过比较可知，如选用高压电机，螺杆式压缩机投资增加了48万元，由于制冷负荷相同，辅助设备部分基本相同，设备投资没有增加。但是，选用高压电机总用电负荷为2 470 kW，选用低压电机总用电负荷为2 950 kW.每年可节约电费（ 2 100 - 1 910） 0. 9 6 000 0. 45 46. 2万元（年负荷4 500 7 000 h，取6 000 h），现有10 kV线路，可减少变压器投资。如果选用LG20型螺杆式压缩机，需安装2台变压器，投资约30万元。

　　由以上分析可知，采用高压电机的经济性较好。另外，选用高压电机不仅减少占地面积，而且减少维修费用，减少操作和维修人员，便于管理，有利于生产的正常运行。

　　2. 2 LG25型螺杆式压缩机与LG20型螺杆式压缩机的指标比较（1） LG25型（ KA25CBL）螺杆式压缩机氨系统与氟利昂系统的指标比较如所示。

　　（ 2） LG20型（ KA 20）螺杆式压缩机氨系统与氟利昂系统的指标比较如所示。

　　通过比较数据可知，使用LG25型螺杆式压缩机比用LG20型更经济， 0 /40 系统、- 15 /35 系统、- 25 /35 系统用氨系统比用氟利昂系统更经济， - 40 /35 系统用氟利昂系统比用氨系统经济，但是用氟利昂系统必须配套循环水系统。

　　与氟利昂系统配套的循环水传统方法是循环水池加水泵再加冷却塔的形式；也有的企业采用蒸发式冷凝器与压缩机组配套的方式，用冷凝器中的水冷却油冷却器中的油，这种情况下必须一台压缩机组与一台蒸发式冷凝器对应组成一个系统，管路较多，系统复杂，一般很少有企业采用。

　　2. 3 LG25型系统- 40 /35 制冷剂用氨与氟利昂的经济性比较采用R717（氨），每年用电量为465 ？ 8 000 ）1. 60= 2 325 000 （ kW （ h），采用R22 （氟），每年用电量为465 ？ 8 000 ）1. 66= 2 240 964（ kW （ h），二者每年相差84 036 kW （ h 0. 45元/（ kW （ h） = 3. 782万元，即在制取相同冷量的条件下，用R22作制冷剂比R717每年节约电费3. 782万元。

　　需冷却水：冷凝器330 m 3 / h ，油冷却器 45 m 3 / h；总的循环水量？ 375 m 3 /h.水池面积为（ 330+ 45） ）2= 187. 5（ m 2），建200 m 3水池的费用为16万元；凉水塔450 m 3 /h，约9万元，电机功

　　11 kW；清水泵IS150- 125- 250，约5 000元 3= 1. 5万元，电机功率18. 5 kW，运行电机功率18. 5 2+ 11= 48（ kW ）。

　　共需增加投资26. 5万元，且每年运行费用增加48 8 000 0. 45= 17. 28万（元）。仅运行费用这一项就足以说明虽然低温工况用氟利昂系统比用氨系统经济，但氟利昂系统运行费用较高，不如用氨系统经济，一旦系统发生泄漏，氟利昂系统比氨系统更隐蔽，更不易察觉，并且氟利昂价格较氨高得多。

　　2. 4油冷却器形式的选择LG20螺杆压缩机中油冷却器有两种形式，水冷却式和液氨冷却式。受水质的影响，水冷却式油冷却器使用一段时间后容易积垢，用二次水很难降低润滑油温度，一般情况下使用一次水降温。液氨冷却式油冷却器一般在缺水或水质较差的地区使用。

　　若油冷却器选用水冷却式，*大循环水量为25 m 3 /h，实际使用中可以控制在20 m 3 /h以下。如果使用液氨冷却式油冷却器，运行9台LG20螺杆压缩机可节约一次水量20 9 = 180 （ t/h），每年可节约一次水量180 8 000= 144万（ t） （年工作时间按8 000 h计算），节约费用288万元（水价格按2元/ t计算），设备投资仅增加20万元。

　　通过比较，液氨冷却式油冷却器节能效果显著。采用液氨冷却式油冷却器装置优于其他冷却方式，机组体积小，油冷却可靠，减少了地下水的开采，保护了环境，值得推广。因此，制冷压缩机选用KA25CBL型，制冷剂采用R717较为节能。

　　3冷凝器的选型3. 1工业循环冷却水的计算根据工艺组提供的需冷量和选用的设备型号，可以计算出冷却水的用量，冷却水的用量= （制冷量+轴功率） ？0. 215 m 3 /h = 1 603 m 3 /h.

　　即使按循环水量的50%考虑循环水池的容积，也需建循环水池1 603 ）0. 9 ）2 890 （ m 3），同时配备流量为1 603 m 3 /h的循环水泵和处理能力为1 603 m 3 /h的凉水塔。

　　5台循环水泵IS200 - 150 - 250，流量400 m 3 /h，扬程20 m，效率0. 82，电机功率37 kW.

　　3台凉水塔600 m 3 /h，电机功率18. 5 kW； 5台凉水塔循环水泵IS200 - 150 - 250，电机功率37 kW.总运行电机容量（电负荷） 425. 5 kW.

　　3. 2蒸发式冷凝器的选择如果选用壳管式或卧式冷凝器，必须配套循环水池、循环水泵、凉水塔等辅助设施，占地面积大，运行费用高，因此，从节能的角度和在土地资源紧张的情况下，选用壳管式或卧式冷凝器是不可行的。新工程拟选用蒸发式冷凝器。

　　根据选择的机型（ KA25CB）计算出蒸发式冷凝器的热负荷，选用3台NZFL- 2800型，低温工况选用1台ZFL- 1400型。

　　NZFL- 2800风机电机功率3. 0 kW ？ 6，水泵电机功率5. 5 kW 2； ZFL- 1400风机电机功率5. 5 3 kW，水泵电机功率2. 2 kW ？ 2；另外，设2台补充水泵IS65 - 50 - 160，电机功率5. 5 kW，流量25 m 3 /h，扬程32 m，效率0. 65；总运行电机容量（电负荷） 113. 4 kW.与循环水池加壳管式或卧式冷凝器相比，蒸发式冷凝器可节约用电312. 1 kW，每年可节约电费112. 4万元<电费按0. 45元/（ kW （ h ）， 1年按8 000 h计>.

　　4结语制冷设备的选型是制冷设计中非常重要的环节，它直接影响到制冷系统的正常运行及经济性。在设计和生产管理中，企业应积极采用新技术、新设备，降低生产成本，增大产品的盈利空间，为国家节约能源。