紡絲級聚酯廠制冷站設計實例

李 艷

康泰斯（上海）化學工程有限公司

紡絲級聚酯廠制冷站設計實例

李 艷

康泰斯（上海）化學工程有限公司

本文介紹了紡絲級聚酯廠在空調負荷、空調冷熱源、制冷站系統形式等方面的一些設計特點，并列舉了工程應用實例。紡絲車間常年有很大的空調負荷需求，通過溴化鋰吸收式制冷機，利用工藝的副產蒸汽余熱作驅動熱源制取冷凍水供空調使用，可以達到節能、降低產品能耗的目的。

紡絲車間 副產蒸汽 廢熱制冷 制冷站 節能

1 工程概況

新鳳鳴集團中辰化纖廠坐落在浙江省桐鄉市洲泉工業區，主要生產各種規格的POY、FDY、DTY滌綸長絲和聚酯切片。本次工程包含兩條聚酯生產線，每條產量為每年200000t。本次設計主要為紡絲車間的工藝生產提供7℃的冷凍水。

2 暖通空調系統

化纖廠紡絲車間是讓原液車間來的粘膠和酸站來的酸浴在紡絲機內作用，粘膠通過噴絲頭噴出凝固再生為人造絲的工段。膠粘長絲需要在恒溫恒濕的條件下生產，故制冷站冷負荷絕大部分來自紡絲車間[2]。

1）紡絲車間溫、濕度及壓力要求：夏季30±1℃，冬季24±1℃，相對濕度終年70%±5%，車間內壓力與相鄰房間保持平衡[2]。

2）紡絲車間紡絲機設備發熱量占空調負荷的絕大部分，每臺設備發熱量為841.5kW。

3）紡絲機在生產過程中會產生CS2和H2S等有害氣體，每臺紡絲機要排出高濃度的有害氣體2000m3/h，低濃度的有害氣體7600m3/h。空調通風系統設計應滿足有毒有害氣體濃度低于國家安全衛生標準（或行業標準）和空調能耗低這兩個目標。空調系統設置為直流式空調系統，一般采用換氣次數13～14次/小時的送風[2]。

4）夏季的空氣調節過程一般為：室外新風經噴淋室冷卻減濕至機器露點再送入紡絲車間，在車間內吸收余熱余濕后再排出車間；冬季空調過程為:室外新風經加熱器加熱，再經噴蒸汽加濕至送風狀態，再送入車間。

3 制冷站設計特點

3.1 冷負荷

本工程紡絲車間的冷負荷分環境冷負荷和工藝冷負荷。其中工藝冷負荷為了保證工藝生產過程的特殊要求，而環境冷負荷是為了滿足員工工作環境舒適衛生要求。根據計算，總負荷量為26000kW。

3.2 冷熱源

空調冷熱源選取是空調系統設計極其重要的一個方面，冷熱源選配不當會造成部分負荷下系統運行效率低下、年運行費用增加、環境污染嚴重等問題。常見的制冷機組分為電制冷機組和熱力制冷機組。吸收式溴化鋰機組屬于熱力制冷機組，因為其制冷劑非常環保、運行穩定、可以利用廢熱、耗能低而得到廣大用戶的認可。

根據PET的工藝特點，在聚酯直紡長纖生產工藝中，乙二醇分離塔塔頂會產生微正壓（或常壓）酯化蒸汽，傳統工藝采用冷卻水換熱器將蒸汽冷凝后作為乙二醇分離塔回流液。該方式不僅沒有充分利用蒸汽的余熱，而且還額外消耗了能量。如果采用熱回收制冷技術利用酯化蒸汽的熱量，作為吸收式制冷機的動力源，制取冷水來滿足噴絲工藝冷需求，從而節省大量為提供冷水而消耗的電能或者高品位蒸汽，降低產品能耗。

年產20萬t的PET的裝置，酯化分離塔產生的副產蒸汽流量約為11t/h，壓力為0.11MPa，溫度為100℃。蒸汽的氣化潛熱為2257.2kJ/kg，則蒸汽的熱量Q=2257.2×11×103=24.83×106kJ/h。

溴化鋰機組單效機組的發生器換熱效率取0.9[1]，因此蒸汽釋放在發生器的熱量Qr=24.83×106×0.9= 22.35×106kJ/h。

對于單效溴化鋰制冷機組，熱力系數COP取為0.75[1]，因此制冷機的冷量Q0=Qr×η=16.76×106kJ/h。

本項目有2條年產20萬t的PET生產線，故總冷量QL=2×Q0=33.52×106kJ/h。

根據以上計算，制冷站可選用4臺蒸汽型溴化鋰機組，制冷量為每臺2328kW。其余冷負荷選用4臺離心式電制冷機組承擔，每臺電制冷機組制冷量4600kW。

3.3 制冷系統設置

由于使用冷風的紡絲車間空調在不同季節需要冷量不同，為保證系統穩定性，由圖1可見，從乙二醇分離塔出來的蒸汽分成兩路，一路通過塔頂冷卻器換熱成冷凝水，另一路進入溴化鋰吸收式制冷機。制冷機與冷卻器并聯設置，制冷機停運期間及發生故障時，全部蒸汽進入冷卻器冷凝。制冷機負荷調節時，不能消耗的多余蒸汽進入冷卻器冷凝。制冷機蒸汽凝結水排入凝水箱。

圖1 副產蒸汽制冷系統示意圖

由于副產蒸汽壓力較低，調節閥阻力又較大，如果在進入機組的蒸汽管道上安裝調節閥，不容易穩定副產蒸汽壓力，因此一般不采用通過調節蒸汽量進行冷負荷調節的方式，而是采用調節冷卻水量進行冷負荷調節的方式。在制冷機組冷卻水回水管路上設置電動調節閥，由制冷機送出信號控制調節閥的開度，從而控制冷卻水的流量，達到調節制冷負荷的目的。

這樣的系統設置不僅有效利用了PET工藝本身的副產蒸汽，而且滿足了紡絲車間的制冷要求，由此可以大量的節省能源，顯著降低了整個生產系統的能耗，降低PET生產的成本，真正實現節能降耗，提高經濟效益。

圖2 制冷站工藝系統流程圖

圖2為制冷站工藝系統流程圖。由于該機房制冷容量比較大，機房內布置了8臺制冷機組。冷卻水來自機房旁邊的冷卻水站；系統軟化水補水也來自軟水站；冷凍水泵和制冷機組采用一對一的方式，并且互為備用。其中水泵的出水管有一根公共的水管作為連接，可以互為備用；每個機組出水口設置自力式流量調節閥，用來保證流量平衡；系統定壓補水采用落地式囊式定壓罐，一旦系統壓力低于設定值，補水泵自動啟動；蒸汽式溴化鋰機組設置凝結水箱，凝結水由凝結水泵輸送回熱媒區；管路系統最高點設置自動排氣閥，以排除管道里邊的積氣，避免“氣擊”現象；為了減小冷凍水泵和冷卻水泵的負荷，循環系統采用大溫差、小流量的方式，送回水均采用8℃溫差，冷凍水供、回水溫度為7～15℃，冷卻水供、回水溫度為32～40℃，大大減小了水泵流量，節省了用電量。

4 制冷機房管道布置

在水系統設計中，因為本制冷站制冷量很大，水流量也很大，管道直徑最大達到630cm，1m鋼管充水重量達到510kg，這給管道連接和管道敷設都造成了很大的麻煩。假如所有的管道都在管架上敷設，筆者測算1m工字梁承重將近10t。這勢必造成承重鋼管架過高，造價增高，機房高度也需要增高。在管道布置設計中，筆者比較了兩種布置方法：一種是冷卻水管道埋地敷設，冷凍水管及其余管道架空走管架。另外一種方法是所有管道都架空敷設在管架上。比較兩種方法發現第一種需要開挖地溝，施工麻煩，維修不便，但可以減小管架的承重量，而且室外的冷卻水管道的供水總管也是地埋管，如果室內也是埋地管，連接起來比較方便。第二種方法施工簡單，維修方便，但管子重量大，管架要做的比較大，管子交叉的地方也比較多。根據綜合考慮，并與業主進行了溝通，決定采用第一種方法，這樣機房內整體看起來，管子排布比較整齊。大管子均走機房中間的管架，小管子均沿柱子布置。在管架上儀表集中的地方設置操作平臺，工人可以站在平臺上觀察儀表，操作閥門。

5 結論

新鳳鳴中辰化纖廠紡絲車間自從開車以來，經過多次回訪，發現制冷站使用效果很好。

1）采用工藝廢熱的蒸汽溴化鋰機組，節能效果明顯，每年（按8000h計算）比采用同等制冷量的電制冷的制冷站房節省電能1160萬kWh。

2）由于水系統設計合理，供回水采用8℃大溫差循環，大大減小了水流量，節省了水泵的負荷，而且充分滿足了工藝的要求。

3）機房管道布置合理，管道系統整齊，交叉少，利于操作。

[1] 何耀東.空調用溴化鋰吸收式制冷機(結構、操作、維護)[M].北京:中國建筑工業出版社,1996

[2] 譚超毅.粘膠長絲紡絲車間空調通風設計探討[J].合成纖維工業,2009,38(2):55-57

Chilled Water Station Design for Textile Grade Polymer Plant

LI Yan
Chemtex(Shanghai)Chemical Engineering Co.,Ltd.

The HVAC design characteristics of the textile grade polymer plant were introduced,including the air conditioning load,cold and heat sources,chilled water station system mode,and the engineering application example was enumerated.For the annual cooling capacity of the air-conditioning in the spinning workshop is large,through the lithium bromide absorption refrigerator,using by-product steam waste heat as driving heat source to produce chilled water for the air-conditioning,the purpose of energy saving and reducing energy consumption can be achieved.

spinning plant,by-product steam,waste heat refrigeration,chilled water station,energy saving

1003-0344（2015）04-093-3

2014-4-24

李艷（1978～），女，碩士，工程師；上海市張衡路1000弄7號樓（201203）；E-mail:lyaya2004@sina.com