危险化学品生产的冷却、冷凝与冷冻技术-启东兴东石化成套设备厂

危险化学品生产的冷却、冷凝与冷冻技术

发布时间： 2021/12/22

危险化学品生产的冷却、冷凝与冷冻技术
　　(一)冷却、冷凝的危险性分析与安全要求
　　冷却与冷凝被广泛应用于化工生产中，两者的主要区别在于被冷却的物料是否发生相的改变。若发生相变(如气相变为液相)则为冷凝，无相变只是温度降低则为冷却。冷却与冷凝方法根据冷却与冷凝所用的设备，可分为直接冷却与间接冷却两类。
　　1．直接冷却法
　　可直接向所需冷却的物料加入冷水或冰等制冷剂，也可将物料置入敞口槽中或喷洒于空气中，使之自然气化而达到冷却的目的(这种冷却方法也称为自然冷却)。在直接冷却中常用的冷却剂为水。直接冷却法的缺点是物料被稀释。
　　2．间接冷却法
　　通常是在具有间壁式换热器中进行的。壁的一边为低温载体，如冷水、盐水、冷冻混合物及固体二氧化碳等，壁的另一侧为所需冷却的物料。一般冷却水所达到的冷却效果不低于0℃；20％浓度的盐水，其冷却效果可达-15～0℃；冷冻混合物(以压碎的冰或雪与盐类混合制成)，依其成分不同，冷却效果可达-45～0℃。间接冷却法在化工生产中应用较广泛。间接冷却法(夹套式换热器)工作原理示意如图16所示。
　　冷却、冷凝的安全操作在化工生产中容易被人们忽视。实际上它很重要，它不仅涉及原材料消耗及产品收率，而且严重地影响安全生产。在实际操作中应做到以下安全要求。
　　①根据被冷却物料的温度、压力、理化性质以及所要求冷却的工艺条件，正确选用冷却设备和冷却剂。
　　②对于腐蚀性物料的冷却，最好选用耐腐蚀材料的冷却设备。例如，石墨冷却器、塑料冷却器以及用高硅铁管、陶瓷管制成的套管冷却器和钛材冷却器等。
　　

　　图16 间接冷却法(夹套式换热器)工作原理示意(用于反应器的加热或冷却，加热剂或冷却剂在夹套内通过问壁与反应器内的物料进行换热。用蒸汽
　　进行加热时，蒸汽高进低出。当冷却时，冷却水从下部进入，而由上部流出。)
　　③严格注意冷却设备的密闭性，不允许物料窜人冷却剂中。也不允许冷却剂窜人被冷却的物料中(特别是酸性气体)。
　　④冷却设备所用的冷却水不能中断。否则，反应热不能及时导出，致使反应异常，系统压力增高，甚至产生爆炸。另一方面，冷却、冷凝器如断水，会使后部系统温度升高，未冷凝的危险气体外逸排空，可能导致燃烧或爆炸。用冷却水控制系统温度时，一定要安装自动调节装置。
　　⑤开车前先清除冷凝器中的积液，再打开冷却水，然后才能通人高温物料。
　　⑥为保证不凝性可燃气体完全排空，可充氮保护。
　　⑦检修冷凝、冷却器时，应彻底清洗、置换。
　　(二)冷冻的危险性分析与安全要求
　　在化工生产过程中，如蒸气、气体的液化，某些组分的低温分离，及某些物品的输送、储藏等，常需将物料降到比水或周围空气更低的温度，这种操作称为冷冻或制冷。冷冻操作的实质是不断地由低温物体(被冷冻物)取出热量，并传给高温物体(水或空气)，以使被冷冻的物料温度降低，该过程借助于冷冻剂来实现。适当选择冷冻剂及其操作过程，可以获得由零度至接近于绝对零度的任何程度的冷冻。
　　1．常用冷冻剂的概述
　　目前广泛使用的冷冻剂是氨。在石油化学工业中，常用石油裂解产品乙烯、丙烯作为冷冻剂．
　　(1)氨的危险特性
　　氨在标准状态下沸点为-33．4℃，冷凝压力不高。它的汽化潜热和单位质量冷冻能力均远超过其他冷冻剂，所需氨的循环量小。它的操作压力同其他冷冻剂相比也不高。即使冷却水温较高时，在冷凝器中也不超过1．6MPa压力。而当蒸发器温度低至-34℃时，其压力也不低于0.1MPa压力。因此，空气不会漏入以致妨碍冷冻机正常操作。
　　氨几乎不溶于油，但易溶于水，1个体积的水可溶解700个体积的氨，所以在氨系统内无冰塞现象。
　　氨对于铁、铜不起反应，但若氨中含水时，则对铜及铜的合金具有强烈的腐蚀作用。因此，在氨压缩机中不能使用铜及其合金的零件。
　　氨有强烈的刺激性臭味，在空气中超过30mg/m3，长期作业会对人体产生危害。氨属于易燃、易爆物质，其爆炸下限为15.5％。氨于130℃开始明显分解，至890℃时全部分解。
　　(2)氟里昂的危险特性
　　氟里昂冷冻剂的沸点随其氟原子数的增加而升高，在常温下其沸点范围为-82.2---40℃。
　　氟里昂冷冻剂无味，不具有可燃性和毒性，同空气混合无爆炸危险，同时对金属无腐蚀，因此是一种比较安全的冷冻剂。但是由于氟里昂破坏大气臭氧层，已限制使用。
　　(3)乙烯、丙烯的危险特性
　　乙烯沸点较低，能在高压(30kgf/cm2.1kgf/cm2—98.0665kPa，下同)下于较高的温度(-25℃)冷凝，又能在低压(0.272kgf/cm2)下于较低的温度(-123℃)蒸发。丙烯在latm，可于-47.7℃的低温下蒸发，因此，可用丙烯作为乙烯的冷冻剂。
　　乙烯、丙烯均属于易燃、易爆物质。乙烯爆炸极限为2.75％～34％，丙烯为2％～11.1％，如空气中乙烯、丙烯含量达到其爆炸浓度，可产生燃烧爆炸的危险。
　　乙烯的毒性在于麻醉作用，而丙烯的毒性是乙烯的两倍，麻醉力较强，其浓度在1lOmg/L时，人吸入短时间内即可引起轻度麻醉，对长期从事操作的工人有害。
　　2．冷冻的安全要求
　　冷冻机安全技术一般常用的压缩冷冻机由压缩机、冷凝器、蒸发器与膨胀阀4个基本
　　

　　图17 氨冷冻机的工作示图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　气体压缩机　　膨胀节流阀
　　图18 氨冷冻机工作原理(首先将液氨送入蒸发器，在蒸发器中吸收冷媒水的热量，冷媒水温度下降，产生制冷效应，雨液氨汽化为氨气；氨气被压缩机抽去，并压缩成高温高压的氨气；高温高压氨气送入冷凝器中被冷却水带走热量，冷凝成冷凝器压力下所对应的冷凝温度，使氨气变成液氨；液氨经过节流降压装置后，变成低压的液氨，然后流人蒸发器中汽化。便完成了一次制冷循环过程。如此周而复始地工作，就达到了连续制冷效果。)
　　部分组成。冷冻设备所用的压缩机以氨压缩机较为多见，氨冷冻机的工作示意如图3—17所示，氨冷冻机的工作原理如图18所示。
　　在使用氨冷冻压缩机时应注意以下事项。
　　①采用不产生火花的防爆型电气设备。
　　②在压缩机出口方向，应在汽缸与排气阀之间设一个能使氨通到吸人管的安全装置，以防压力超高。为避免管路爆裂，在旁通管路上不装阻气设施。
　　③易于污染空气的油分离器应装于室外。采用低温不冻结，且不与氨发生化学反应的润滑油。
　　④制冷系统压缩机、冷凝器、蒸发器以及管路系统，应注意其耐压程度和气密性，防止设备、管路产生裂纹和泄漏，同时要加强安全阀、压力表等安全装置的检查、维护。
　　⑤制冷系统因发生事故或停电而紧急停车时，应注意被冷物料的排空处理。
　　⑥装有冷料的设备及容器，应注意其低温材质的选择，防止金属低温脆裂。