防爆巖棉冷庫在化工中的應用

余志龍

（新疆中泰化學托克遜能化有限公司，新疆托克遜 838100）

新疆中泰化學新建30萬t/a高性能樹脂項目配套的防爆冷庫，其維護結構保溫材料依據新規范要求，設計選用不燃性的巖棉材料，這與聚氨酯材料相比，其熱導率大、吸水性強，在一定程度上增加了冷庫設計和施工的難度。因此，對影響防爆冷庫庫體、冷源、沖霜水系統以及安全措施等設計因素進行了系統的分析和施工總結。

1 防爆巖棉冷庫庫體概況

1.1 防爆冷庫土建維護結構參數

（1）總建筑面積173m2（3個各自獨立的單庫相連），一層鋼結構，建筑高度7.1m，火災危險類別甲類，建筑耐火等級二級。

（2）單庫建筑尺寸：7m×7m×7.1m（長×寬×高，凈高3m）。

（3）隔墻防火墻采用蒸壓加氣砼砌塊，1.0m以下墻體采用290厚Mu5.0陶?；炷列⌒涂招钠鰤K，1.0m以上外墻及屋面采用夾芯巖棉彩鋼板。

1.2 防爆冷庫設計參數

（1）庫溫：-22℃±2℃，單庫：設計冷量：39kW，風量：24 000m3/h，防爆等級：dIIBT4。

（2）每個庫內設兩臺冷風機，且互為備用。當一臺發生故障時，可以自動切換到另一臺。平時開一臺，當一臺供冷量不足時，兩臺同時開啟。

（3）制冷管道主管布置于室外，距離室外墻體1.0m，分支管穿墻與室內冷風機相連。

1.3 防爆冷庫保溫材料的選擇依據

由文獻[1]第4.3.1條、文獻[5]第3.2.2條，第3.2.17條，選擇不燃性保溫材料巖棉。

1.4 巖棉庫體特點與難點

（1）與聚氨酯材料相比，巖棉的熱導率較大，保溫性能稍差，尤其是巖棉受潮或浸水后其保溫性能更差。

（2）巖棉的熱導率與密度，由文獻3，巖棉密度為80kg/m3左右時，其熱導率最小，考慮到四周庫板的機械強度和抗壓強度，選擇密度為130kg/m3的巖棉材料。

1.5 維護結構的處理方法

1.5.1 墻體和頂板

本次使用夾芯巖棉彩鋼板的規格為寬1.2m，長4.5m，在板的長度方向上有插接口，兩塊板通過插接口，使用冷庫專用密封膠黏在一起，確保巖棉板連接緊密無縫隙。

水管穿墻時加裝套管，套管與水管間隙、套管與側板間隙使用冷庫專用膠填實密封。

為防止屋架下懸吊頂板形成吊筋冷橋，其吊筋采用了鍍鋅圓鋼以防銹蝕，并在吊筋下部設置絕熱硬木塊。

1.5.2 地板

防爆冷庫地板保溫采用200mm厚聚氨酯現場噴涂，地板做法從上往下依次是：150mm厚C30抗滲及高密度不發火花細石混凝土層（內配￠6@200鋼筋網，抗滲等級P6）、200mm厚聚氨酯保溫層、1.5mm厚防水層、土建交付時的50mm厚混凝土地面。

1.6 庫門的做法

每個庫均設置有獨立的穿堂間，庫內、外門為雙開門，硬質聚氨酯保溫層厚150mm，內、外門均外包1.0mm 厚的SUS304不銹鋼板，配冷庫專用鎖，外把手為不銹鋼，內把手為絕熱材料，外部用鑰匙開啟鎖，內部用推杠鎖解鎖。

2 防爆冷庫冷源

2.1 冷源的選擇

園區已建設有-26℃冷凍站，因此利用-26℃的氯化鈣鹽水作為載冷劑，通過管道連接和風機盤管間接供冷，從而使冷庫達到并保持-20℃的低溫狀態。

防爆冷庫在整個園區的重要性相對突出，為確保該庫在全廠斷電及事故下仍不受影響，在冷凍站內設置一臺帶有應急電源的制冷機，一旦斷電等事故發生，可自動或人工切換到冷庫專用供冷系統，保證了冷庫的安全。

2.2 冷庫維護結構冷負荷計算

夏季托克遜最高溫度54℃，空調日平均溫度35.3℃，計算單庫圍護結構的冷負荷，不考慮門開啟時侵入冷負荷，溫度修正系數α參見文獻1表4.3.4；由文獻2、文獻3得巖棉熱導率0.044W/（m·℃）、聚氨酯熱導率0.028W/（m·℃）。由冷負荷計算公式Q=Kw×A×△t′×α（式中Kw傳熱系數W/（m2·℃），A面積m2，△t′溫差（℃）α溫度修正系數），分別計算墻板、頂板、地板的冷負荷：

2.3 維護結構保溫層厚度計算

保溫層厚度計算式δ=λ（R0-R′），（式中δ保溫層厚度mm，R0維護結構總熱阻m2·K/W，R′計算維護結構總熱阻m2·K/W）查文獻1、文獻2和文獻3，墻板與頂板巖棉計算厚度：δ=λ（R0-R′）=0.044×1.8×（5.027-0.167）=0.398（m）

地板聚氨酯計算厚度：δ=λ（R0-R′）=0.0392×（3.18- 0.304）=0.112（m）

在土建外墻和屋頂已安裝有100mm厚保溫巖棉板，故墻板和頂板的保溫巖棉板厚度實際取值為300mm（分兩層拼接安裝，單層厚度150mm）。

地板聚氨酯保溫材料實際取值為200mm（分兩層，單層厚度100mm）。

2.4 冷風機

（1）在-26℃氯化鈣鹽水閉式系統中，冷風機換熱盤管材質選擇紫銅管，銅管套鋁翅片（親水鋁箔）。

（2）冷風機吊裝，充分利用現有庫內空間，但需注意確保沖霜水的順利排出，冷風機收水盤四周和底盤要有一定的傾斜度，減少水流的停留時間；每個冷風機出水口引出的沖霜水管均各自帶有不低于30%的坡度穿外墻并匯集到沖霜水總管，留在庫內的沖霜水管用30mm橡塑棉保溫。

（3）冷風機盤管頂部設置布水盤，均勻布置布水孔。

2.5 控制系統

（1）每個庫配套兩臺冷風機，一用一備，以確保冷庫正常降溫。當運行的冷風機故障而停止運行或一臺冷風機無法滿足溫度要求時，啟動第二臺冷風機。

（2）每個庫配套3個溫度傳感器，取平均溫度作為冷風機啟?？刂泣c，當室內溫度高于設定值時，自動開啟風機及回水閥，當溫度低于設定值時自動關閉風機及回水閥。

（3）設置超高溫和超低溫報警，并在觸摸屏上閃光和文字提示報警。

（4）每個庫內只要供液閥打開，則發出冷風機啟動信號。

（5）實現自動與人工控制的相互切換。

3 沖霜水系統

3.1 融霜方式選擇

冷庫風機盤管除霜方法有電融霜、熱氟融霜和水沖霜等方式，電融霜對電伴熱帶或電熱絲的隔爆要求較高，安全風險也較高，為此選擇水沖霜方式。

3.2 水沖霜工藝流程

沖霜水自吸泵→冷風機盤管→冷風機收水盤→沖霜水池（地下）。

3.3 沖霜水泵運行控制

（1）沖霜觸發：實時時鐘定時觸發沖霜，每天最多可設置4個時鐘，達到設定時刻則啟動沖霜過程，由實際運行調試最終決定每日沖霜次數及時刻。

（2）沖霜過程：沖霜開始首先關閉供液閥，延時后停風機。停風機后延時打開沖霜水泵，達到最長沖霜時間或翅片溫度開關動作后，則停止沖霜水泵。經過瀝水延時后，再次打開供液閥，并延時啟動風機。

（3）沖霜水泵采用漏電保護開關，出現漏電后自動跳閘，以防止因漏電而造成人身傷害或危險事故發生。

注意：沖霜周期和沖霜時間可以人工設定，但周期和時間不能超過泠風機相互切換使用的設定時間，例如冷風機每3h更換使用一次，那么沖霜周期和沖霜時間都不能超過3h，通常設定成冷風機停止后 5～10min開始沖霜，每次沖霜時間5～10min。

4 防爆巖棉冷庫安全措施

4.1 防靜電措施

（1）庫板接地：用金屬螺絲把庫體和庫內接地線連接在一起，多處接地連接，使整個庫板相互間大體上處于相同的電位，及時釋放產生的靜電。

（2）搭接：在冷庫內離地300mm一圈用銅包鐵搭接成一個整體的接地體，再將接地體和室外的接地網連接。

（3）所有設備及電氣元件防爆等級為dIIBT4，設備接地，用金屬線與接地網連接。

（4）庫門本體內外各留一處接地端子，用接地線與庫內外接地網連接。

（5）庫門外安裝一個靜電釋放儀，儀器下端接入接地網。

另外還可以從冷庫運行管理的角度，制定出相應的進出庫房的操作規程，例如：操作人員必須身著防靜電工作服，開庫門前先解除靜電釋放儀釋放靜電等。

4.2 安裝質量措施

（1）確保巖棉板本身的質量，必須有相應檢測資質單位提供的檢測報告。

（2）庫板凹凸插接處及巖棉與巖棉連接處用冷庫專用密封膠進行密封、隔熱，杜絕冷橋產生。

（3）地板和墻板連接處設置一層PE膜的隔汽層，隔斷地板下的水汽。

4.3 防冷量散失措施

冷庫內門頂部設置防爆風幕機，阻止庫內與穿堂間或庫外冷熱氣流的交換。

4.4 庫內設置移動式防爆除濕機

首次投用時開啟除濕機，將庫內空氣中的水分除去。

4.5 庫內報警及緊急自救系統

（1）在庫內安裝的緊急呼救手動開關與監控中心連接，緊急情況下觸動此開關，聯動監控中心就會啟動聲光報警。

（2）當門的關閉未嚴密時進行報警，門的內部設卸鎖脫險裝置，被反鎖時能及時脫險；當人員在庫內被困時，可以在庫內開啟。

5 防爆冷庫的調試運行及建設總結

1）通過冷負荷計算可知，圍護結構引起的冷負荷所占總冷負荷比例較小，助劑等貨物是由冷凍車直接轉卸至冷庫內，所以由貨物帶入的負荷并不多，因此，引起冷庫負荷變化最大的是出入庫帶入的負荷，頻次越多，冷負荷變化越大。

2）正常生產運行半年以來，盤管翅片未見霜層，無須進行沖霜操作。

3）冷庫采用PLC控制系統，減少了人為干預，并將相關數據上傳至DCS控制中心，提高了冷庫管理和運行水平。

4）庫體板材及安裝質量是冷庫建設成功與否最關鍵的因素，通過夏季最炎熱時段連續7天所做的性能考核來看，本冷庫密封性能、庫溫等技術指標良好，設備運轉正常平穩。