第１３卷第５期 ２ ０ １ ３年６月 剖疼 室调 ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴ１０Ｎ ＡＮＤ ＡＩＲ—Ｃ０ＮＤＩＴＩ（）ＮＩＮＧ 乙二醇水溶液作为冷／热媒的应用 常嘉琳摘 要唐培亮 （深圳市建筑设计研究总院有限公司） 化工生产物料纯化工艺需采用冷／热媒分阶段对物料进行冷凝、汽化。采用安全可靠、热力性能满 足使用要求的介质是提高生产效率、保证物料质量的重要环节。本文介绍乙二醇水溶液作为冷 热媒在物 料纯化过程中的应用。 关键词 乙二醇水溶液；冷／热媒；物料纯化 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｏｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓ ｃｏｏｌｉｎｇ＆ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ Ｃｈａｎｇ Ｊｉａｌｉｎ Ｔａｎｇ Ｐｅｉｌｉａｎｇ （Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｉ ｔｄ．） ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ＆ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｗｉｔｈ ｓａｆｅｔｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｈｅｒ— ｅａｌｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ａｐ— ｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｌｙｃｏｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｓ ｃｏｏｌｉｎｇ＆ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ ｇｌｙｃｏｌ ｓｏｌｕｔｉｏｎ；ｃｏｏｌｉｎｇ ｈｅａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ；ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ １ 我国现有物料纯化工艺的冷冻、加热系统 在我国一些化工企业中，物料纯化工艺通常 采用盐水冷却、蒸汽加热流程（见图１）。 物料冷凝时，将盐水通人纯化器，不断循环， 待冷凝工序完成后，为将冷凝器盘管内残留的盐 水排人冷冻系统，须用压缩空气将盐水排入排液 箱，再经排液泵注入系统。 当物料被汽化时，将蒸汽通人纯化器盘管，待 汽化过程完成后，再用压缩空气将盘管中的凝结 水吹扫干净，以防止盐水通入时浓度变化引起凝 固点改变。该流程存在以下不足： １）由于冷却介质（冷媒）采用了盐水，而盐水 对金属的腐蚀性较强（温度≤８Ｏ℃，年腐蚀率为 排入下水管 图１ 蒸汽（热媒）、盐水（冷媒）系统流程 ０．０５～（）．５ ｒａｍ／ａ），因此设备和管道有被腐蚀而发 生泄漏事故的可能性。为防止事故发生，必须增 加设备和管道的壁厚，工程造价提高。 ２）由于加热和冷却采用不同工质，在冷 热媒泵 凝、汽化工序转换时操作程序复杂，工作周期 延长。 图２冷／热媒采用同一介质的系统流程图 收稿日期：２０１ ２ １０ ３０ 作者简介：常嘉琳，本科，高级工程师，副总工程师，主要研究方向为制冷和暖通。 第５期 常嘉琳等：乙二醇水溶液作为冷／热媒的应用 ２采用同一种介质的冷冻、加热系统 ３）密度小。当流量一定时输送密度小的介 采用同一种介质作为冷／热媒，在物料被冷凝 时，将冷媒通入纯化器，冷凝工序完成后，切换冷 冻、加热系统阀门，进行汽化过程。流程见图２。 质，其循环泵的功率消耗小。 ４）化学稳定性好。在大气条件下不分解，不 与空气中的氧化合，不改变其物理化学性质。 ５）对设备、管道及附件腐蚀性小。 ６）液态和气态时均无毒。 乙二醇的特性见表１～表５。 表１化学稳定性 相对采用不同介质的冷冻、加热系统，该系统 具有以下优点： １）采用同一种工质作为冷热媒，冷凝、汽化工 序转化操作简单。 ２）对系统的管理、自控仪表的检测更具先 进性。 ３冷／热媒的选择 理想的冷／热媒应具有的特性： １）在该系统的工作温度范围内，所选的冷／热 媒是液体状态，其凝固点应比该系统中制冷剂蒸 发温度低４～８℃，其沸点应高于系统可能达到的 最高温度。 乙二醇 浓度＞。‘¨ Ｌ人的ＬＤ为 ． ｍＬ／ｋｓ 注；ＬＤ为致死浓度。 表３燃烧、爆炸性Ⅲ 名称 乙二醇 １２１ ２）比热容大。传输一定热量时，比热容大的 工质流量小，可以减少输送工质循环泵的功率 消耗。 纯物质 爆炸极限（体积分数） １１ ８ 燃点／￣Ｃ 闪点／℃ 下限（ｖｏ１）３．２ 表４热力性能 名称 （质量分数） 对不锈钢（ＩＣｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ） 腐蚀性 未加缓蚀剂 塑堕垡丝 加缓蚀剂 注：乙二醇水溶液质量分数为４８ ，沸点为１０６℃，凝固点为一３３℃。 通过上述分析可知，乙二醇水溶液作为冷／热 媒应用于该类工程是安全可靠的。 ４ 采用乙二醇水溶液为冷／热媒的系统设计要点 从表６可看出，乙二醇水溶液的质量分数为４８ 时，凝固点为一３３℃，沸点为１０６℃，可满足使用要 求。该质量分数下的导热系数随温度的变化较小，但 黏度随温度的变化较大，在设计中需考虑此因素。 ４．２冷媒泵功率的确定 ４．１ 乙二醇水溶液浓度的确定 在某工程物料装置的乙二醇系统中，其工作 温度为一２５～１００℃，因此乙二醇水溶液的浓度首 先要满足凝固点一３０℃以下、沸点１０５℃以上的 普通离心泵是在一定流量下，根据扬程确定 电机功率的，且均以水的黏度作为参考值。由于 乙二醇水溶液在低温状态下的黏度较大，因此在 选择泵时要充分考虑黏度的影响。通过泵在不同 基本要求，其次要考虑对应温度下的密度、比热容 及黏度对系统的影响。 第５期 常嘉琳等：乙二醇水溶液作为冷／热媒的应用 ・８７ ・ 由于被加热介质为乙二醇水溶液，因此△Ｈ 钢的腐蚀性均属耐腐蚀级。由于不锈钢导热性能 较碳钢差（１００℃时前者 ＝１６．３ ｗ／（Ｉｎ・℃），后 者 ＝５１．８ ｗ／（ＩＴＩ・℃）且价格较高，故在设计中 应采用碳钢材料。 ５ 结论 可通过计算得出： △Ｈ ｋ＝４０ ７５６ △Ｈ ｚ．二醇 ４９ ６７１ 则 △Ｈ ＝４０ ７５６ Ｘ ０．５２＋４９ ６７１×０．４８＝４５ ０３５．２ 某工程采用乙二醇水溶液作为冷／热媒应用 于气体纯化工艺，管道及纯化器采用不锈钢材料， 为确保设备管道安全，在４８ 乙二醇水溶液中加 由（２）式可求出 Ｐ＝１ ２３６ ｍｍＨｇ＝１６．５ ｋＰａ 由于系统管道和设备的压力损失Ａｐ＝１２０ ｋＰａ，考虑一定安全系数，系统中氮气定压力 （ｋＰａ）为 定 （Ｐ＋Ａｐ）Ｘ １．１ １５（） 入质量浓度为０．４８ 的磷酸二氢钾和０．６５ 磷酸 氢二钠作为缓蚀剂。该系统已安全运行数年，期 间未发现明显的金属管道及设备腐蚀现象。由于 冷却加热为闭式系统，乙二醇浓度较为稳定。系 统采用氮气定压措施，在加热过程中未发生汽化 现象。 ２）离心泵的汽蚀余量可由下式得出： △ ＋ ．Ｈ （３） 式中：Ａｈ为允许汽蚀余量（ｍ）；Ｐ 为作用于吸水面 的绝对压力（ｋＰａ）；Ｐ 为液体温度下的汽化压力 参考文献 【二 【］二 ］ ］］【！】 ］ ］ 艾伯特・梅兰．工业溶剂手册ＥＭ］．孔德琨，等，译．北 （ｋＰａ）；ｐ为液体的密度（ｋｇ／ｍ。）；７３ 为水泵吸人口 的平均流速（ｍ／ｓ）；ｇ为重力加速度（ｍ／ｓ）；Ｈ 为 京：冶金工业出版社，１９８４：２９３—２９５． 太原腐蚀与防护学会．乙二醇水溶液腐蚀速度测试报 告［Ｒ］．１９９４． 化工部上海化工毒物咨询公司．１９９４． 水泵制造厂提供的允许吸上高度（ｍ）。 比较式（２）与式（３）的计算结果，取其较大值 为系统的定压值。 张维凡．常用化学危险品安全手册：第三卷［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，１９９４：１２—１３． 吴德荣．化工工艺设计手册ＥＭ］．北京：化学工业出版 社，２００９：９３７—９３８． ４．５设备管道材料选择 在选择冷凝器盘管材料及乙二醇系统管道材 料时，对４８ 乙二醇水溶液对金属的腐蚀速度进 行了测试。结果表明乙二醇水溶液对不锈钢及碳 ｅ 业业 ｅ 业 坐业 业坐莱曼．化学性质估算方法手册ＥＭ］．北京：化学工业出 版社，１９９１． 业 ｝ 业业 Ｐ ｝ 业 ｝ 业 （下接第１１２页） ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｇ Ｅ Ｔｅｃｈ，Ｉｎｆｏ．Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６１５Ｄ １１５。１９６２． Ｔｒａｎｓｆｅｒ，１９７１，１４（１１）：１８５３—１８５５． 余龙．热管式间接蒸发冷却空调方式的能耗分析 ［Ｊ］．建筑热能通风空调，２０１２（６）：６２—６５＋５５． Ｇｒａｙ Ｖ Ｈ．Ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｈｅａｔ ｐｉｐｅ，ａ ｗｉｃｋｌｅｓｓ ｈｏｌｌｏｗ ［６３ Ｇｒｏｖｅｒ Ｇ Ｍ，Ｃｏｔｔｅｒ Ｔ Ｐ，Ｅｒｉｋｓｏｎ Ｇ Ｆ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，１９６４，３５（６）：１９９０—１９９１． ｓｈａｆｔ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ—ｒｉｎｇ ｈｉｇｈ ｈｅａｔ ｆｌｕｘｅｓＩ－Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ Ｐａｐｅｒ，１９６９，１ １（４）： ３７６—３７９． ［７］Ｃｏｔｔｅｒ Ｔ Ｐ．Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｉｐｅｓ［Ｍ］．Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｌａｂ：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，１ ９６５． Ｅｓ］廉乐明，谭羽非，吴业正．工程热力学［Ｍ］．５版．北京： 中国建筑工业出版社，２００７． 李亭寒，华诚生．热管设计与应用［Ｍ］．北京：化学工 业出版社，１９８７． Ｅ９］赵芳．空调用环形热管换热器传热机理研究［Ｄ］．广 州：广州大学，２００８． 张红，杨峻，庄骏．热管节能技术［Ｍ］．北京：化学工 业出版社，２００９． ［１０］ 杨强生，浦保荣．高等传热学［Ｍ］．２版．上海交通大 学出版社，２００１． 赵荣义，范存养，薛殿华．空气调节［Ｍ］．４版．北京： 中国建筑工业出版社，２００９． ［１１］章熙民，任泽霈，梅飞鸣．传热学［Ｍ］．４版．北京：中 国建筑工业出版社，２００１． 任承钦，彭美君．间接蒸发冷却板式换热器的效率分 析［Ｊ］．工业加热，２００５（３）：７－１０． 付祥钊．流体输配管网ＥＭ］．２版．北京：中国建筑工 业出版社，２００５． ［１２］Ｔｉｅｎ Ｃ Ｌ，Ｓｕｎ Ｋ Ｈ．Ｍｉｎｉｍｕｍ ｍｅｎｉｓｃｕｓ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｈｅａｔ ｐｉｐｅ ｗｉｃｋｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ Ｈｅａｔ Ｍａｓｓ
