微尘 2008-7-8 13:35
转：化工厂冷冻站的优化设计与经济运行之探讨
化工厂冷冻站的优化设计与经济运行之探讨
李汉平 ，王正国2
(1．湖北沙隆达股份有限公司能源动力厂，荆州434001；
2．湖北沙隆达化工设计院，荆州434001)
[摘要] 化工厂冷冻站的优化设计应从热负荷的分析着手，并体现经济运行与安全环保的原则。文章根据
笔者的设计经验，结合化工与制冷两专业的特点对冷冻站的优化设计与经济运行进行了探讨。
[关键词] 化工厂冷冻站，优化设计，经济运行
[中图分类号] TB657；F406．3 [文献标识码] B
Discussion about the Optimal Design of Chemical Plant S Refrigerating Station
LI Han—ping， W ANG Zheng—guo
(1．The energy and power plant of Hubei Sanonda Co．，lad．，Jingzhou 434001；
2．Hubei Sanonda chemical designing institute，Jingzhou 434001)
Abstract：Th e optimal design of chemical plant S refrigerating station should be set about from analyzing the heat load，
with presenting the principles of economical operation，safety and environmental protection．According to the author S de—
sign experience and combining the specialties of beth chemistry and refrigeration，this article discusses some issues about
the optimal design and economical operation of refrigerating station．
Keywords：Chemical plant S refrigerating stmion，Optimal design ，Economi cal operation
在制冷装置设计文献中，专门针对化工厂冷冻站设计的介绍较少见。笔者多年从事化工厂冷冻站的设计与管理，也走访考察过国内许多大型化工企业，认为化工厂冷冻站设计应认真确定下列因素：热负荷、投资规模与发展、设备选型、环境保护与安全性。这些因素很大程度上决定了冷冻站的优化设计，而冷冻站的优化设计又直接决定了冷冻站是否能够经济运行。
1 热负荷的确定
化工厂冷冻站区别于食品冷藏、空调等制冷行业最显著的一点即热负荷的性质不～ 样，热负荷特点的分析与确定直接决定了冷冻站的优化设计与经济运行。兹从化工热力学角度来分析如何确定化工装置的热负荷。
(1)热负荷的大小
化工装置热负荷主要有两种过程产生，一是物理变化过程，如各种物料的液化、贮存。一是化学变化过程，如各种化学反应。对于物理变化过程中产生的热负荷，其热负荷的大小一般容易确定，而且热负荷必较稳定。对于化学变化过程中产生的热负荷，由于各种反应的放热量、生产周期、生产批量、反应设备等众多复杂因素，其热负荷的大小很不容易确定，而且一般情况下不均匀。
(2)用冷温度等级
用冷温度等级是许多设计人员容易陷入误区的一点，又是冷冻站能否经济运行的首要因素。许多化工企业往往认为：反应温度拉不下来，要使用更低的盐水温度。因此在装置设计时不是准确确定实际热负荷值，而是要求制冷工程设计人员按低温工况设计。例如，三甲酯的生产，其反应过程的温度要求控制在50％以内。在这种情况下，如果有足够的换热面积的话，使用复用水或深井水作为冷源即能满足其需要。但目前国内大多数三甲酯生产装置均使用一l5℃盐水或一22～ 一28℃低温盐水作冷源，这显然是不经济的，就算一个制冷装置设计得再好，整套装置也很难达到经济运行的效果。同时，用冷温度等级还与化工生产的反应速率和产品收率有关系。在确保一定的反应速率的情况下，化工反应往往只在某个较小温度范围内其收率是最高的，如果为了节省制冷装置的能耗而使用较高的用冷温度等级，就整套装置而言也未必经济。
(3)用冷的连续性
如果化工生产本身是连续性的话，其用冷有连续性用冷与间歇性用冷之分。对于连续性用冷，其配套的制冷装置设计与运行管理都要经济、方便得多。而对于间歇性用冷，应从化工、制冷两方面来考虑，使用冷尽量处于一种连续性状态。如化工生产，可以考虑错开不同反应釜的反应时间，控制一定的反应速率，以保证一种热负荷的动态平衡。如制冷专业，则应尽量考虑装置的蓄冷能力。
2 投资规模与发展
在化工企业，尤其是农药化工、精细化工等企业里，冷冻站的投资往往占总投资的不少比例，而这些投资也将转化到产品的成本中去。因此如何控制冷冻站的投资规模，以及如何从发展的角度去规划冷冻站的建设，都是做技术经济分析时应认真对待的课题。作为化工厂的冷冻站，下面这些因素是应该考虑的。
(1)化工产品的生命周期
不少化工企业，由于对其化工产品的性质把握不足，对市场前景预测不充分，造成冷冻站的盲目投资。笔者曾为某个企业设计过一个冷冻站，投资近四百万，用了不到两年时间即开始闲置了。因此，对于产品不能很好定位时，其配套的冷冻装置应多采用组合式冷水机组或盐水机组。这既方便扩容，又方便拆迁，不失为一个规避风险的好办法。传统的氨制冷装置在扩容方面是很困难的。
(2)化工厂余热资源、富裕冷源的利用
在化工企业里，往往有余热资源，如蒸汽、热水、地下高温卤水等，如果采用溴化锂吸收式制冷，均能得N-次利用。同时富裕冷源如深井水等也可利用。在0℃ 以上用冷时可以考虑，这虽然使投资可能会增加，但有利于经济运行。
(3)配套的土建、电气投资
在冷冻站的配套专业中，土建、电气占投资比例较大。土建应结合主机的选型、热量的损失、产品的发展与冷冻站的规划来考虑。电气专业应结合变压器增容、电动机匹配、功率因数等方面来系统考虑。此方面有不少专业文献可以作为参考。笔者只是强调两点：① 一般情况下厂家配备的制冷机电机功率均大于实际需要的功率，而冷冻站设计时， 只需要考虑一至二台冷冻机按厂家配备的电机功率来配备，以满足特殊工况的需要，其余的冷冻机均可按实际工艺工况所需功率重新配备电机。② 目前不少企业在探讨电机的变频控制，以此作为一个节能举措，但是在工业用活塞式制冷机中，因为机器结构等因素，能够变频的区间很小，其实际节能效果以及投资的经济性尚需进一步探索
3 设备选型
在确定好了上面两项因素之后，然后确定制冷方式、主机、辅助设备等就要方便多了。以下是笔者在化工企业多年设计冷冻站时思考的一些问题。
(1)主机选型的技术经济分析不同的制冷机，其一次性投资和运行费用不一样。表1是介绍了某纺织厂空调制冷机不同选型时相对价格和运行费相对比值。
(2)制冷机的台数与容量
一般情况下，配备的制冷机台数应尽量少，以简化系统和便于操作。但在化工厂里，化工装置的热负荷和产品生产密切相关，可缩性很大，因此单机制冷量不宜太大，而应考虑通过调节开机台数来保证供冷，从而避免电机功率的浪费。
(3)两器的选型
由于化工产品生产的季节性以及市场因素，造成化工生产的热负荷不稳定，因此，简单按照设计手册进行选型是远远不够的。对于化：[产品在夏季生产的情况，冷凝器的传热面积适当放大是十分必要的。蒸发器则应充分考虑“蓄冷”、“热容性增大” 等方案，如加大盐水箱的容积等。有些化工装置甚至可以直接将制冷剂通往化工设备里去。
(4)氨泵循环倍率的确定化工厂冷冻站，大部分采用氨制冷盐水间接制冷，这种情况下设计手册上给定的氨泵循环倍率是4～6倍。笔者认为由于化工用冷其温度控制在一个较小区间内，应该根据整个装置的制冷剂循环量来确定氨泵循环倍率，过大的氨泵循环倍率既增加设备投资，又}肖耗无谓的动力。
4 环境保护与安全性
环境保护与安全性是制冷装置设计必须考虑的因素。在制冷装置中，影响环境的主要因素是噪声和制冷剂的污染。在噪声控制和安全性方面，不仅耍注意制冷机的选型，同时要注意从减震防噪的专业角度来进行装置设计，以及从压力管道的专业角度对管道进行柔性与应力分析。笔者在设计冷冻站时，大型冷冻站均设计有专门的操作室，操作室的观察窗采用隔声玻璃，操作室的墙体、结构基础均．匕机房分开，这样可以有效地减少机房噪声刚性传递到操作室。大型冷冻机基础采取减震措施，冷冻机使用柔性接头与系统连接，这些措施均能有效降低噪声的产生与传递。在劳动保护方面，应强调工人进入机房时佩带耳塞。对于制冷剂污染问题，除了考虑氯氟烃制冷剂对环境破坏因素外，对于氨制冷装置，应充分考虑氨的回收。传统情况下只考虑了液氨的回收，其实增加一套气氨回收系统，回收所有设备与管道的气氨，对环保与检修均非常有好处。这套装置设计并不难，只需要增加贮气罐、液化器、真空泵等即可。对于化工企业，针对冷冻站编定安全管理规范也是十分重要的。在冷冻站投入运行之前，编定三规即《制冷工艺规程》、《制冷操作规程》、《安全管理规范》是设计人员必须协助使用单位完成的工作。
5 结束语
国内化工厂其效益增长点主要体现在化工产品上，制冷在化工厂属于辅助专业，企业重视不足，其实化工厂冷冻站的效率是有很大的提高空间的，因此，冷冻站的优化设计与经济运行就特别重要。笔者主要从事工程设计，文中观点多为长期设计经验之积累，其不正确之处恳请同仁批评指正。
[[i] 本帖最后由 微尘 于 2008-7-9 01:06 编辑 [/i]]
nbzlgjr 2008-7-8 14:17
你的那个冷冻系统够大的了，如果需要冷冻辅助设备请与我联系：13456196090
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现在有新的载冷剂问世，不会对设备产生腐蚀。