制冷系统乙二醇溶液补液加压装置设计浅谈

 

不同浓度的乙二醇溶液具有不同温度的凝固点，同时具有热容量大、传热性能好、无沉淀、腐蚀性弱、稳定性好、价格适中、与水能很好的融合、使用方便的特点，在制冷系统中常作为载冷剂使用，可以用于使用点低于０℃的低温环境，也可用于在冬季低于０℃室外环境中制冷装置的保护，起防冻液的作用。由于乙二醇水溶液有许多特性，其系统设计和使用有许多不同于一般的空调水系统。本文介绍在某项工程中使用乙二醇溶液作为载冷剂用于工艺空调的案例，重点介绍了制冷系统中乙二醇溶液补液加压装置的设计应注意的问题。

 

１　工程应用

１．１　采用乙二醇水溶液载冷剂的原因

 

本工程的乙二醇溶液补液加压装置用于３套独立的风冷冷水机组制冷系统补液，其中二套为工艺空调（分为大仓空调Ｋ１和小仓空调Ｋ２），另一套空调Ｋ３用于除尘系统的环境补风。三套空调均为负责空气处理的空调机组和提供空调冷源的风冷制冷机组组成（除尘系统的环境补风还需冬季热泵制热）。三套风冷制冷机组均安装在标高为１６．０ｍ的室外设备平台上。

 

大仓空调Ｋ１和小仓空调Ｋ２风冷冷水机组要求全年提供温度为５℃～７℃的冷冻水用于空调机组的除湿与降温。该工程冬季室外空调设计温度要求按－１０℃计算。通过对负荷特点的分析、空气处理的要求和气候条件，为防止在冬季停电等意外情况下将空调的风冷冷水机组损坏，需采用乙二醇水溶液作为载冷剂。按设备生产商提供的资料，风冷制冷冷水机组采用膨胀罐定压，要求压力为８０～１２０　ｋＰａ。

 

除尘系统的环境补风空调Ｋ３是将新风处理到设定温度，防止含湿量过高的空气与物料接触，物料吸附空气中水分结块和粘附在设备上。在室外温度较高时，Ｋ３空调需制冷运行，将新风温度降低到２０℃后，送安装输送设备的环境。在冬季，Ｋ３空调需制热运行，以维持设备环境温度，防止大仓和小仓内空气结露，即Ｋ３空调也有维持环室内境温度的功能。空调水系统采用膨胀水箱定压，定压水箱底标高为１８．０ｍ。由于现场自来水压偏低，无法正常给膨胀水箱补水，为防止冬季由于补水不及时导致水系统低流量保护，低温时冻坏风冷冷水（热泵）机组，也需采用乙二醇水溶液作为载冷剂。

 

１．２　乙二醇溶液浓度的确定

本工程冬季室外空调设计温度要求按－１０℃计算，对应的乙二醇水溶液凝固点质量浓度为１９．８％，考虑一定的余量，本设计采用质量浓度为３０％乙二醇水溶液，对应的凝固点温度为－１４．１℃。

 

１．３　乙二醇水溶液缓蚀剂

乙二醇溶液具有一定的腐蚀性，对金属的腐蚀大于水，尤其是对焊料和钢铁的腐蚀远大于水。本设计采用在乙二醇水溶液中加缓蚀剂方法防腐，以减缓对金属的损伤，延长系统使用寿命。按乙二醇水溶液蚀剂生产商的要求，每１　ｍ３乙二醇水溶液加６　ｋｇ缓蚀剂。其效果是缓蚀率达９５％以上。

 

１．４　乙二醇的补液加压系统的组成及水泵选型

三套空调乙二醇水溶液容量和系统定压要求见表１。

乙二醇水溶液的补液加压系统由３个容量为１　０００　Ｌ溶液箱、二台补液加压立式管道泵（一台备用）、阀门与管道、乙二醇溶液桶（盛放浓度９９．９％的乙二醇溶液）、乙二醇溶液泵、控制箱等组成。由于投资等因素制约，采用为手动控制补液加压，手动排除系统内的空气。

 

立式管道泵不仅需对３套空调水系统补液，还需对Ｋ１空调和Ｋ２风冷水冷机组膨胀罐加压到８０～１２０　ｋＰａ，机组与水泵的标高差为１６　ｍ，考虑到制冷系统溶液容量，选择型号为ＥＳＬ３２－２００补液加压立式管道泵，主要技术参数为：流量Ｇ＝３．５　ｍ３／ｈ，扬程Ｈ＝５３　ｍ，功率Ｎ＝３　ｋＷ。补液加压立式管道泵还有混合搅拌溶液箱中溶液的作用。

 

１．５　乙二醇的补液加压系统的管道施工

乙二醇水溶液的补液加压系统的室内管道采用ＰＰ－Ｒ管道，室外采用无缝钢管。为减少乙二醇溶液的用量和避免随意排放对环境的不利影响，管道zui低点均设有管径相同的排水管，以方便乙二醇水溶液排放时的收集，收集时用软管连接系统zui低排水点与溶液桶顶部注入孔，靠重力将水溶液入流入溶液箱，无法重力回流的余液再用软管接溶液泵加压注入溶液箱。管道的布置尽量避免在设备上部，防水溶液泄漏对金属尤其是镀锌金属部件的腐蚀。管道的施工和阀门管件应严密，不允许有渗漏。施工完成后进行水压试验，确保渗漏点均被整改到位。乙二醇水溶液加压补液加压系统流程见图１

 

１．６　乙二醇水溶液的调配与加注

（１）乙二醇水溶液的调配

３个乙二醇溶液箱编号为溶液箱１、溶液箱２、溶液箱３，其中溶液箱１用于调配乙二醇水溶液。操作时，先将自来水按比例加入溶液箱１，再将纯乙二醇溶液用溶液泵从溶液桶中按比例注入溶液箱１中，启动补液加压立式泵混合搅拌溶液箱１中的溶液。取样用乙二醇浓度仪检测溶液浓度，配置的溶液浓度达到质量浓度３０％后，再加入乙二醇水溶液缓蚀剂，用补液加压立式泵将配置好的溶液注入溶液箱２或溶液箱３，可随时用于系统的补液。

 

（２）乙二醇水溶液系统的补液

本工程向系统加注乙二醇水溶液前按如下流程作准备：空调水统冲洗完毕；在０．６　ＭＰａ水压下试压合格，各系统无任何滴漏现象（含水泵、阀门等）；空调循环（３套空调系统分别配置有循环水泵）水泵运行３　ｈ以上，再次检查是否有泄漏点；在水系统zui低排水点排尽水系统中的水，要检查确认余水排尽；清洗各过滤器；关闭所有排水阀。再次检查溶液的浓度符合设计要求。

 

加注时需二人操作，先开启相关阀门，一人在风冷冷水机组处观察Ｋ１、Ｋ２空调膨胀罐上的压力表，或观察Ｋ３空调膨胀水箱的液位计。另一人开启补液加压立式管道泵，当达到Ｋ１、Ｋ２空调膨胀罐上设定压力（８０～１２０　ｋＰａ）或Ｋ３空调膨胀水箱的液位值，关闭补液加压立式管道泵，并关闭相关阀门。Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空调是分别加注溶液的。二醇系统安装实例见图２。

２　乙二醇水溶液补液加压装置使用情况介绍

经加压补液后，Ｋ１、Ｋ２空调膨胀定压罐显示压力在８０～１２０　ｋＰａ，二套空调各自的循环水泵运行，由于系统内空气逐步被排除，导致压力降低，当压力低于设定值时循环水泵停止运行，同时低压报警，需及时加压补液。膨胀罐压力在１周内趋于稳定，如果系统没有泄露点，系统压力基本不变，系统可长期运行稳定。Ｋ３空调膨胀水箱在液位低于设定值时也应及时补液，趋于稳定的时间更短。在加液完成后的１周内，应不间断的查巡，低于设定值时应及时补液。经几个月运行，乙二醇水溶液补液加压装置运行良好、满足设计要求。

 

３　乙二醇水溶液补液加压系统设计注意的问题

（１）乙二醇水溶液的浓度的确定

乙二醇水溶液应按使用目的不同和使用环境的不同确定合理的浓度。浓度过高，会增加溶液的成本，溶液的浓度越高黏度越大，系统循环的阻力增加，循环水泵需要更高的动力，如浓度为３０％乙二醇的管道阻力修正系数为水的１．２５７倍（溶液温度为５℃），循环水泵的动力相对水有较大的提高。乙二醇水溶液有zui高浓度的限制，一般不高于质量浓度的６０％，如系统使用电动三通阀调节进入空调机组冷却盘管的水容量，有些电动三通阀生产商要求zui高浓度不超过５０％。乙二醇水溶液质量浓度低于２０％容易引起细菌的滋生。由于乙二醇水溶液浓度对系统防冻的重要性，实际操作中要求准确检测溶液浓度，实际操作时有两点需特别注意：系统中冲洗和试压未排尽的存水导致实际溶液浓度低于要求值；配置的乙二醇溶液浓度不准确，发现浓度未达到设定浓度，应予调整。

 

（２）乙二醇水溶液补液加压泵的扬程

乙二醇水溶液加压泵的扬程取决于膨胀罐要求的压力、风冷水冷机组与补液加压泵的相对位置和管道的阻力。应注意膨胀罐的压力各生产厂商的不同，一般要求３０～６０　ｋＰａ，本工程中风冷冷水机组膨胀罐的要求压力为８０～１２０　ｋＰａ，有较大提高；乙二醇水溶液容重大于水，如３０％乙二醇水溶液的容重为１．０３５，本工程风冷水冷机组与补液加压泵的相对位置差约１６　ｍ，需增加水泵扬程０．５６　ｍ；由于乙二醇水溶液黏度大于水，水系统的阻力也增加了。水泵的扬程计算应考虑上述因素。

 

（３）自动补液加压脱气装置

由于条件限制，本工程乙二醇水溶液补液加压采用手动，系统的排气为自动＋手动。虽然降低了造价，但存在下列问题：补液时需二人配合，加注溶液后１周内需人员频繁巡查和多次补液，工作强度相对较大；再次补液后会带入系统少量空气，膨胀罐指示压力会变低，有时会出现低压报警。建议在条件允许时，采用专用的定压补液脱气装置，可根据膨胀罐的压力自动补液至设定压力，同时尽量减少带入系统内的空气，避免停机，减少系统趋向稳定的时间。

 

（４）防止乙二醇水溶液倒流

由于膨胀罐的设定压力为８０～１２０　ｋＰａ，风冷水冷机组与补液加压泵的相对位置差约１６　ｍ，如操作不当，乙二醇水溶液有可能倒流回溶液箱，溶液箱装满后溢流到地面，对环境产生不利影响。本设置分别在乙二醇水溶液加压泵出口和分别接入Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空调支管上设置止回阀，防止乙二醇水溶液倒流，同时要求操作人员在完成补液加压后，及时关闭相关阀门。

（５）乙二醇水溶液的回收

乙二醇水溶液的回收和回用，不仅可降低溶液的用量，也减少了向环境排放的量。系统设计时应考虑该因素，尽量采用重力流入溶液箱，对无法重力流入箱内的溶液配置专用的溶液泵注入溶液箱。

（６）避免乙二醇水溶液与空气的接触

由于乙二醇水溶液与空气的接触后容易降解和分解，Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３空调均采用闭式循环，其中Ｋ１、Ｋ２采用膨胀罐定压，可完全与外界空气隔离。Ｋ３空调采用膨胀水箱定压，水箱除溢流管外尽量封闭，以减少溶液与空气接触的机会。