乙二醇溶液制冷制热系统的设计与应用

(1) 乙二醇溶液高位槽：乙二醇溶液的配制及补充冷、热回液水箱内乙二醇溶液之用,其容积应能满足系统检修时被压缩空气压回的乙二醇溶液的贮存。

(2) 冷回液水箱：当管道系统有少量泄漏,或乙二醇溶液容积收缩或膨胀时,补充或吸收管道系统内的乙二醇溶液,回液管处于系统的最高点,开放回路至常压。该冷回液水箱主要为蓄冷作用,一方面可迅速提供所需温度的冷媒,同时可降低制冷机选型时所需的制冷量。

(3) 精密过滤器：定期对乙二醇溶液进行精密过滤,去除杂质对乙二醇溶液冰点的影响。

(4) 过滤器：及时除去管道及设备夹套等系统中的粗颗粒杂质,确保制冷机等的安全运行。除此之外,还应定期对管路系统进行清洗,保证制冷效率。

(5) 制冷机：供应制备冷乙二醇溶液(如-10℃)所需的冷源。

(6) 热回液水箱：其作用同冷回水箱,即吸收或补充管道系统内的乙二醇溶液及蓄热,便于迅速提供热媒进行加热操作。同时该回液水箱还供应制备热乙二醇溶液(如+45℃)所需的热源,该热源可以是热水(如70℃)或蒸汽,如用热水加热乙二醇溶液,则热乙二醇溶液的制备操作更为稳定可靠。

(7) 冷媒泵：系统进行冷却操作时,冷媒泵与电动开关阀h 同开同关,此时热媒泵j与电动开关阀k处于关闭状态。为了加速管路中乙二醇溶液达到预定的冷媒温度,则可开启旁路阀l ,循环制冷,一般很快就可达到所需冷媒温度。

(8) 热媒泵：反之,系统进行加热操作时,热媒泵与电动开关阀k 同开同关,此时冷媒泵g 与电动开关阀h 处于关闭状态。同样也可开启旁通阀l ,循环加热,使快速达到热媒所需的温度。

(9) 压缩空气阀：当系统检修时,同时打开压缩空气阀m 与回收阀n ,用压缩空气将系统内的乙二醇溶液压回乙二醇溶液高位槽。

(10) 回收阀：除配合压缩空气阀回收冷热媒介质外,当系统停用时,应打开此阀,以免系统热膨胀造成胀管。

2.3 系统的应用场合

(1) 图1所示的乙二醇溶液制冷制热系统在实际生产中的应用有个前提,即在同一单元的几台设备操作中,不能同时既有加热又有冷却操作,否则就得设置二套乙二醇溶液制冷或制热系统。这虽然既增加了一次性投资,同时又增加了一路循环回路与一路进出设备的管路与阀门,但由于使用了乙二醇溶液代替了冷冻盐水,同样解决了冷冻盐水对设备腐蚀,从而影响设备强度和使用寿命的问题;同时由于热冷媒仍为乙二醇溶液同一介质,因而可不考虑设备内冷(或热) 媒介质的回收,直接由冷却(或加热)操作切换到加热(或冷却) 操作,这同样解决了由于回收冷热媒介质引起的操作上的麻烦等不利因素。因此,由二套乙二醇溶液制冷制热系统应用于同一单元的几台设备的冷却和加热操作,也是行之有效的好办法。

(2) 假如车间内有二套相对独立的生产单元,虽然每套单元又不会同时出现既有加热又有冷却操作,但二套生产单元可能同时出现即又加热有又冷却操作时,则需配制二套乙二醇溶液制冷制热系统,分别对应二套生产单元,如图2 所示。同时该二套乙二醇溶液制冷制热系统可设旁路,以备当某一套乙二醇溶液制冷制热系统出现故障时备用,不过此时则要求将二套相对独立的生产单元的操作调整至不可同时出现既有冷却有又加热的现状。

(3) 当工艺生产上物料的降温或升温并不严格控制所需时间,物料瞬时用冷热量又不大,且在工艺设计中追求最短最简化的管路输送系统时,则图1中的冷、热回液水箱的蓄冷、热功能可被简化,其中热回液水箱直接被热交换器取代并取消热媒泵,而冷热媒介质均回至回液水箱(图1中的冷回液水箱),此时的流程如图3 所示。当改变制冷制热时,阀P 或阀Q 同开同管。

此种小型乙二醇溶液制冷制热系统最适于主用冷设备用冷时间少的分散供冷系统的场合,这一方面是由于供冷(热)设备可与用冷(热)设备充分匹配,追求最低开车时率,达到降低运行成本的目的;另一方面分散供冷系统虽然不及集中供冷系统效率高、管理成本低,但在南方地区当冷损失(包括环境温差和动力输送所造成的冷损失) 变成一个重要问题,且主要用冷设备开车时率较低时,由于集中供冷系统是不经济的,尤其当企业各个车间的主要用冷设备开车时率较低时,集中供冷则更不经济,从而使分散供冷系统显得更为合理。

2.4 系统的使用状况

目前,在广州白云山化学制药厂新建无菌粉车间就应用了如图2 、3 所示的二套小型分散系统。乙二醇溶液制冷制热系统分别对应二套生产单元。主生产单元由三台1m ³ 的溶解罐与结晶罐,一台0.5m ³ 的溶解罐;副生产单元由三台1m ³ 的母液中转罐、洗涤母液罐、回收罐和一台1.5m ³ 的结晶母液罐。该二套生产单元相对独立,每套生产单元均为间歇操作,各设备用冷用热时间较短,用量较小,在操作安排上不会出现同时既有冷却有又加热要求的现象。经过几年来的生产的正常运行,实际证明,该乙二醇溶液制冷制热系统的开发设计、施工与运行是合理可靠的,虽然一次性投资相对增加了,但基本解决了设备腐蚀与操作复杂的难题;同时由于生产系统较小,根据生产操作情况,可随时开停机,冷热媒升温快,运营费用低。另外,由于操作简单,便于管理与维修,确保了生产的可靠性。

3 注意事项

(1) 单套乙二醇溶液制冷制热系统仅适宜于生产单元中几台设备不会同时出现既有加热又有冷却操作的场合。

(2) 当生产单元中可能同时出现既有加热又有冷却操作时,则应配置二套乙二醇溶液制冷制热系统。

(3) 必须与生产工艺结合起来考虑制冷量与循环量,综合配置乙二醇溶液制冷制热系统与生产单元之间的设备布置与管道布置,尽可能压缩管道内的乙二醇溶液容积,便于冷却和加热操作切换时能快速降低或提高冷热媒介质的温度,确保生产的正常运行。

(4) 对制冷机组质量、控制系统、保护系统、乙二醇溶液补充系统等,必须严格控制,以防误操作,造成系统破坏,影响生产的正常运行。

(5) 严格控制乙二醇溶液的浓度与粘度,以免溶液冰点的改变与循环动力的增加。

(6) 当提高热媒的温度时,应严格控制热乙二醇溶液的蒸发,避免由于其蒸发损失引起浓度变化,从而使乙二醇溶液的冰点提高,在制冷时造成乙二醇溶液的凝固。同时,为减轻制冷机的瞬时高冷负荷及保护制冷机的安全运行,在由热操作转换至冷媒时,应先用冷却水将乙二醇溶液降温至所需的温度。

另外,乙二醇溶液的热源仍以热水为好,尽量少用蒸汽。

4 结论

乙二醇溶液制冷制热系统代替冷冻盐水用于冷却操作,可解决冷冻盐水对设备的腐蚀问题,并由于重度较轻,可是水泵节能15%。

单套乙二醇溶液制冷制热系统应用于几台设备不会同时出现既又加热有又冷却的生产单元时,是一种既可节省操作空间、又便于操作、确保生产正常运行且行之有效的好方法。

二套乙二醇溶液制冷制热系统应用于几台设备可能出现同时既有加热又有冷却操作的生产单元时,由于使用乙二醇溶液同一种冷热媒介质,从而简化了操作,因而也是值得考虑的操作方法之一。

5 结束语

本文的目的旨在乙二醇溶液制冷制热系统的设计与应用方面,起个抛砖引玉的作用。文中所述均为个人观点,敬请读者批评指正。而本文所述流程及应用也仅为实际情况中的一例,因而其流程将随着应用场合的不同而不同,可根据具体情况结合自己的经验另行设计。至于如何使得设计更为合理,施工方案更为可行,这将涉及许多实际经验与技术诀窍,在此欢迎大家相互交流。

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