制冷系統乙二醇溶液補液加壓裝置設計淺談

 

不同濃度的乙二醇溶液具有不同溫度的凝固點，同時具有熱容量大、傳熱性能好、無沉淀、腐蝕性弱、穩定性好、價格適中、與水能很好的融合、使用方便的特點，在制冷系統中常作為載冷劑使用，可以用于使用點低于０℃的低溫環境，也可用于在冬季低于０℃室外環境中制冷裝置的保護，起防凍液的作用。由于乙二醇水溶液有許多特性，其系統設計和使用有許多不同于一般的空調水系統。本文介紹在某項工程中使用乙二醇溶液作為載冷劑用于工藝空調的案例，重點介紹了制冷系統中乙二醇溶液補液加壓裝置的設計應注意的問題。

 

１　工程應用

１．１　采用乙二醇水溶液載冷劑的原因

 

本工程的乙二醇溶液補液加壓裝置用于３套獨立的風冷冷水機組制冷系統補液，其中二套為工藝空調（分為大倉空調Ｋ１和小倉空調Ｋ２），另一套空調Ｋ３用于除塵系統的環境補風。三套空調均為負責空氣處理的空調機組和提供空調冷源的風冷制冷機組組成（除塵系統的環境補風還需冬季熱泵制熱）。三套風冷制冷機組均安裝在標高為１６．０ｍ的室外設備平臺上。

 

大倉空調Ｋ１和小倉空調Ｋ２風冷冷水機組要求全年提供溫度為５℃～７℃的冷凍水用于空調機組的除濕與降溫。該工程冬季室外空調設計溫度要求按－１０℃計算。通過對負荷特點的分析、空氣處理的要求和氣候條件，為防止在冬季停電等意外情況下將空調的風冷冷水機組損壞，需采用乙二醇水溶液作為載冷劑。按設備生產商提供的資料，風冷制冷冷水機組采用膨脹罐定壓，要求壓力為８０～１２０　ｋＰａ。

 

除塵系統的環境補風空調Ｋ３是將新風處理到設定溫度，防止含濕量過高的空氣與物料接觸，物料吸附空氣中水分結塊和粘附在設備上。在室外溫度較高時，Ｋ３空調需制冷運行，將新風溫度降低到２０℃后，送安裝輸送設備的環境。在冬季，Ｋ３空調需制熱運行，以維持設備環境溫度，防止大倉和小倉內空氣結露，即Ｋ３空調也有維持環室內境溫度的功能。空調水系統采用膨脹水箱定壓，定壓水箱底標高為１８．０ｍ。由于現場自來水壓偏低，無法正常給膨脹水箱補水，為防止冬季由于補水不及時導致水系統低流量保護，低溫時凍壞風冷冷水（熱泵）機組，也需采用乙二醇水溶液作為載冷劑。

 

１．２　乙二醇溶液濃度的確定

本工程冬季室外空調設計溫度要求按－１０℃計算，對應的乙二醇水溶液凝固點質量濃度為１９．８％，考慮一定的余量，本設計采用質量濃度為３０％乙二醇水溶液，對應的凝固點溫度為－１４．１℃。

 

１．３　乙二醇水溶液緩蝕劑

乙二醇溶液具有一定的腐蝕性，對金屬的腐蝕大于水，尤其是對焊料和鋼鐵的腐蝕遠大于水。本設計采用在乙二醇水溶液中加緩蝕劑方法防腐，以減緩對金屬的損傷，延長系統使用壽命。按乙二醇水溶液蝕劑生產商的要求，每１　ｍ３乙二醇水溶液加６　ｋｇ緩蝕劑。其效果是緩蝕率達９５％以上。

 

１．４　乙二醇的補液加壓系統的組成及水泵選型

三套空調乙二醇水溶液容量和系統定壓要求見表１。

乙二醇水溶液的補液加壓系統由３個容量為１　０００　Ｌ溶液箱、二臺補液加壓立式管道泵（一臺備用）、閥門與管道、乙二醇溶液桶（盛放濃度９９．９％的乙二醇溶液）、乙二醇溶液泵、控制箱等組成。由于投資等因素制約，采用為手動控制補液加壓，手動排除系統內的空氣。

 

立式管道泵不僅需對３套空調水系統補液，還需對Ｋ１空調和Ｋ２風冷水冷機組膨脹罐加壓到８０～１２０　ｋＰａ，機組與水泵的標高差為１６　ｍ，考慮到制冷系統溶液容量，選擇型號為ＥＳＬ３２－２００補液加壓立式管道泵，主要技術參數為：流量Ｇ＝３．５　ｍ３／ｈ，揚程Ｈ＝５３　ｍ，功率Ｎ＝３　ｋＷ。補液加壓立式管道泵還有混合攪拌溶液箱中溶液的作用。

 

１．５　乙二醇的補液加壓系統的管道施工

乙二醇水溶液的補液加壓系統的室內管道采用ＰＰ－Ｒ管道，室外采用無縫鋼管。為減少乙二醇溶液的用量和避免隨意排放對環境的不利影響，管道zui低點均設有管徑相同的排水管，以方便乙二醇水溶液排放時的收集，收集時用軟管連接系統zui低排水點與溶液桶頂部注入孔，靠重力將水溶液入流入溶液箱，無法重力回流的余液再用軟管接溶液泵加壓注入溶液箱。管道的布置盡量避免在設備上部，防水溶液泄漏對金屬尤其是鍍鋅金屬部件的腐蝕。管道的施工和閥門管件應嚴密，不允許有滲漏。施工完成后進行水壓試驗，確保滲漏點均被整改到位。乙二醇水溶液加壓補液加壓系統流程見圖１

 

１．６　乙二醇水溶液的調配與加注

（１）乙二醇水溶液的調配

３個乙二醇溶液箱編號為溶液箱１、溶液箱２、溶液箱３，其中溶液箱１用于調配乙二醇水溶液。操作時，先將自來水按比例加入溶液箱１，再將純乙二醇溶液用溶液泵從溶液桶中按比例注入溶液箱１中，啟動補液加壓立式泵混合攪拌溶液箱１中的溶液。取樣用乙二醇濃度儀檢測溶液濃度，配置的溶液濃度達到質量濃度３０％后，再加入乙二醇水溶液緩蝕劑，用補液加壓立式泵將配置好的溶液注入溶液箱２或溶液箱３，可隨時用于系統的補液。

 

（２）乙二醇水溶液系統的補液

本工程向系統加注乙二醇水溶液前按如下流程作準備：空調水統沖洗完畢；在０．６　ＭＰａ水壓下試壓合格，各系統無任何滴漏現象（含水泵、閥門等）；空調循環（３套空調系統分別配置有循環水泵）水泵運行３　ｈ以上，再次檢查是否有泄漏點；在水系統zui低排水點排盡水系統中的水，要檢查確認余水排盡；清洗各過濾器；關閉所有排水閥。再次檢查溶液的濃度符合設計要求。

 

加注時需二人操作，先開啟相關閥門，一人在風冷冷水機組處觀察Ｋ１、Ｋ２空調膨脹罐上的壓力表，或觀察Ｋ３空調膨脹水箱的液位計。另一人開啟補液加壓立式管道泵，當達到Ｋ１、Ｋ２空調膨脹罐上設定壓力（８０～１２０　ｋＰａ）或Ｋ３空調膨脹水箱的液位值，關閉補液加壓立式管道泵，并關閉相關閥門。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空調是分別加注溶液的。二醇系統安裝實例見圖２。

２　乙二醇水溶液補液加壓裝置使用情況介紹

經加壓補液后，Ｋ１、Ｋ２空調膨脹定壓罐顯示壓力在８０～１２０　ｋＰａ，二套空調各自的循環水泵運行，由于系統內空氣逐步被排除，導致壓力降低，當壓力低于設定值時循環水泵停止運行，同時低壓報警，需及時加壓補液。膨脹罐壓力在１周內趨于穩定，如果系統沒有泄露點，系統壓力基本不變，系統可長期運行穩定。Ｋ３空調膨脹水箱在液位低于設定值時也應及時補液，趨于穩定的時間更短。在加液完成后的１周內，應不間斷的查巡，低于設定值時應及時補液。經幾個月運行，乙二醇水溶液補液加壓裝置運行良好、滿足設計要求。

 

３　乙二醇水溶液補液加壓系統設計注意的問題

（１）乙二醇水溶液的濃度的確定

乙二醇水溶液應按使用目的不同和使用環境的不同確定合理的濃度。濃度過高，會增加溶液的成本，溶液的濃度越高黏度越大，系統循環的阻力增加，循環水泵需要更高的動力，如濃度為３０％乙二醇的管道阻力修正系數為水的１．２５７倍（溶液溫度為５℃），循環水泵的動力相對水有較大的提高。乙二醇水溶液有zui高濃度的限制，一般不高于質量濃度的６０％，如系統使用電動三通閥調節進入空調機組冷卻盤管的水容量，有些電動三通閥生產商要求zui高濃度不超過５０％。乙二醇水溶液質量濃度低于２０％容易引起細菌的滋生。由于乙二醇水溶液濃度對系統防凍的重要性，實際操作中要求準確檢測溶液濃度，實際操作時有兩點需特別注意：系統中沖洗和試壓未排盡的存水導致實際溶液濃度低于要求值；配置的乙二醇溶液濃度不準確，發現濃度未達到設定濃度，應予調整。

 

（２）乙二醇水溶液補液加壓泵的揚程

乙二醇水溶液加壓泵的揚程取決于膨脹罐要求的壓力、風冷水冷機組與補液加壓泵的相對位置和管道的阻力。應注意膨脹罐的壓力各生產廠商的不同，一般要求３０～６０　ｋＰａ，本工程中風冷冷水機組膨脹罐的要求壓力為８０～１２０　ｋＰａ，有較大提高；乙二醇水溶液容重大于水，如３０％乙二醇水溶液的容重為１．０３５，本工程風冷水冷機組與補液加壓泵的相對位置差約１６　ｍ，需增加水泵揚程０．５６　ｍ；由于乙二醇水溶液黏度大于水，水系統的阻力也增加了。水泵的揚程計算應考慮上述因素。

 

（３）自動補液加壓脫氣裝置

由于條件限制，本工程乙二醇水溶液補液加壓采用手動，系統的排氣為自動＋手動。雖然降低了造價，但存在下列問題：補液時需二人配合，加注溶液后１周內需人員頻繁巡查和多次補液，工作強度相對較大；再次補液后會帶入系統少量空氣，膨脹罐指示壓力會變低，有時會出現低壓報警。建議在條件允許時，采用專用的定壓補液脫氣裝置，可根據膨脹罐的壓力自動補液至設定壓力，同時盡量減少帶入系統內的空氣，避免停機，減少系統趨向穩定的時間。

 

（４）防止乙二醇水溶液倒流

由于膨脹罐的設定壓力為８０～１２０　ｋＰａ，風冷水冷機組與補液加壓泵的相對位置差約１６　ｍ，如操作不當，乙二醇水溶液有可能倒流回溶液箱，溶液箱裝滿后溢流到地面，對環境產生不利影響。本設置分別在乙二醇水溶液加壓泵出口和分別接入Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空調支管上設置止回閥，防止乙二醇水溶液倒流，同時要求操作人員在完成補液加壓后，及時關閉相關閥門。

（５）乙二醇水溶液的回收

乙二醇水溶液的回收和回用，不僅可降低溶液的用量，也減少了向環境排放的量。系統設計時應考慮該因素，盡量采用重力流入溶液箱，對無法重力流入箱內的溶液配置專用的溶液泵注入溶液箱。

（６）避免乙二醇水溶液與空氣的接觸

由于乙二醇水溶液與空氣的接觸后容易降解和分解，Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空調均采用閉式循環，其中Ｋ１、Ｋ２采用膨脹罐定壓，可完全與外界空氣隔離。Ｋ３空調采用膨脹水箱定壓，水箱除溢流管外盡量封閉，以減少溶液與空氣接觸的機會。