我来拆解一套“乙二醇水溶液冷冻机组”的完整落地：从工况、配方、设备到能效与维护。

万华化工艺低温冷却采用乙二醇–水溶液（EG）作载冷剂，以合适质量分数获得所需冰点保护，配置耐腐材质、按粘度修正泵扬程与换热面积，结合变频与分级控制实现稳定供冷与较高系统COP，并遵循ASHRAE等规范选型与验收。

 

下面我把“为什么用乙二醇”“如何选浓度与设备”“怎么控能耗与腐蚀”讲透，并附上选型与运行核算模板链接。

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项目背景与目标

• 企业：万华化学集团（全球化工龙头，覆盖MDI等，详见公司英文官网简介与产能布局）公司官网，综合能源项目新闻，海外媒体概览。

• 场景：化工装置若干单元操作需要稳定的低温冷源（如-5～-20°C区间工艺换热、贮槽冷却等）。

• 目标：全年稳定供冷、防冻、防腐、便于检维修，同时优化能效与全寿命成本。

为什么选乙二醇–水溶液（EG）

• 冰点可调：EG质量分数与冰点呈可预估关系，便于按工况定制（冻结点/结冰点曲线可参考：CoreChem的EG冰点图表PDF）Freeze Point Chart。

• 物性可查：密度、比热、黏度等工程参数见工程工具站（注意版本年代与适用性）Engineering ToolBox。

• 腐蚀抑制：工业用“抑制型”乙二醇含缓蚀体系，更适合钢、铜合金、不锈钢等多材质系统简要指南，Do/Don’t建议。

工况与挑战

• 设计供回温度区间：例如供-10°C / 回-5°C（按装置热负荷与换热端最低壁温回推）。

• 环境与季节：海风盐雾、冬季极端低温、夏季高湿，对冷凝侧与保温提出更高要求。

• 可靠性：关键单元N+1冗余（压缩机、泵、板换/壳管、控制电源）。

• 合规与能效：对含乙二醇的蒸发器/冷凝器选型，不能直接套用水系统能效条文（见ASHRAE 90.1相关解释）ASHRAE 90.1解读PDF。

方案总览

1. 载冷剂：EG–水溶液，推荐“抑制型”（工业用）并按最低运行温度设定浓度。

2. 主机：低温冷水机组（螺杆，视冷量与温区），蒸发器与管路材质与EG兼容。

3. 换热：工艺侧优先板式换热器（易维护/换热系数高）；大污堵或高压差场景考虑壳管。

4. 水力：按EG黏度修正流量、扬程与管径，校核低温下泵汽蚀余量（NPSH）。

5. 控制：压缩机变频+多台联控，泵变频，供回温与压差双环控制，必要时旁通稳流。

6. 材料：与EG兼容的密封与橡胶（EPDM等），避免与某些镀锌件的化学不相容。

关键技术要点

1. 乙二醇浓度与冰点保护

• 选择思路：最低环境/工艺温度（含安全裕度）→查表得目标冰点→反推EG质量分数。

• 参考数据：EG体积分数20–30%对应冰点约-9～-16°C（示例：Proviflow N稀释表）稀释/冰点表。

• 小贴士：浓度过高会显著提高黏度与压降、降低比热，从而拉低系统COP。

2. 泵与管路：按黏度修正

• 问题：多数水力计算表基于“水”，EG会增加压降与泵功率。

• 做法：依据温度–浓度修正系数换算管路阻力与泵扬程（参见技术笔记与ASHRAE数据）Pump Losses笔记，流量修正图表思路。

• 结果：低温（如-10°C）下的修正系数显著偏大——提前在方案阶段把泵电机与变频器容量留足。

3. 换热器与材质

• 板式换热器：传热系数高、占地小，适用于清洁载冷剂环路；但对水质与颗粒物敏感。

• 壳管换热器：更抗污堵，适合含微颗粒或需更大通道的场景。

• 兼容性与腐蚀：遵循ASHRAE水质与“润湿材料”兼容原则，控制硬度、氯离子与pH，并使用专业抑制剂体系ASHRAE白皮书（相关章节），缓蚀机理概述。

4. 主机能效与规范

• 注意：含EG的蒸发器/冷凝器不应使用清水工况下的标准表格直接声明符合性（见90.1解释）链接。

• 设计：在低供水温场景，通过增大换热面积、优化冷凝侧（如塔/干冷器）与分级控制，弥补物性劣势；可参考通用的冷机房设计核查清单Chiller Plant Design。

选型与计算示例（方法论）

说明：以下为通用示例，用于展示“怎么做”。请将实际数据替换为贵装置具体参数。

输入：

• 目标供/回温度：-10/ -5°C；

• 设计冷负荷：Q = 2.5 MW；

• 环境夏季湿球：28°C；

• 允许最小换热端壁温裕度：3 K；

• 目标结冰裕度：≥5 K。

步骤：

1. 选EG浓度：目标载冷剂冰点≤-15°C → 查表得EG≈30 vol%（示例值，见Proviflow表与CoreChem曲线）12。

2. 估算物性：取-7°C处混合物密度、比热、黏度（参考Engineering ToolBox并结合供应商数据）链接。

3. 计算流量：(\dot m = Q/(c_p \cdot \Delta T))；EG比热低于水，流量会高于清水方案。

4. 校核压降与泵功：按黏度修正系数估算沿程/局部损失，并复核NPSH裕度技术笔记。

5. 选换热器：按更低的雷诺数与黏度对传热系数的影响，放大换热面积；首选钎焊板换/可拆板换，污堵风险高时用壳管。

6. 主机与冷凝侧：目标COP需结合EG修正；若为开放式冷却塔系统，考虑增大塔量或降低冷凝进水温以抵消低蒸发温带来的能耗上升冷机房设计要点。

7. 控制策略：压缩机变频优先、泵二次侧定压差变流量、旁通阀稳流，防止“低流量结冰”。

输出：

• 预计系统端COP与泵耗占比；

• 关键设备规格表（主机、泵、换热器、膨胀罐、板换旁通等）。

实施与调试要点

• 清洗与预膜：投运前化学清洗/钝化→加入抑制型EG并检测pH/缓蚀剂浓度腐蚀与抑制参考。

• 逐步降温：首启与复启按阶梯降温，避免局部过冷导致板换“冰堵”。

• 传感与联锁：低温差/低流量/结冰温度三重保护；关键点位加冗余温度计与压差开关。

• 盘点与保温：所有低温裸露部位完成闭孔橡塑/发泡玻璃保温，并防冷桥冷凝。

运行维护（O&M）

• 定期化验：EG体积分数、pH、缓蚀剂、导电率、微生物（黏泥风险）。

• 年度校核：泵曲线、旁通阀设定、板换压差与清洗周期。

• 补水与泄漏：采用软化/去离子水补充，避免把硬度与氯离子带入系统。

• 禁忌：不要用汽车防冻液（添加剂不适配工业系统）Do/Don’t清单。

安全、合规与可持续

• 安全：EG属有害物质，需设置滴漏盘、双层套管与应急收集；废液委外合规处置。

• 合规：能效申明与验收遵循适用于“含乙二醇”的条款，避免误用清水标准ASHRAE 90.1解释。

• 可持续：万华在能源与零碳方面已有示范项目（如海海综合能源项目），此类冷源系统亦可与余热/冷回收、变频控制联动，减少碳强度项目新闻。

与万华化学业务的契合点（背景资料）

• 企业规模与业务：官网介绍及产能布局公司主页，业务布局综述。

• 财务与行业地位：参考第三方行业/数据库报道了解营收与MDI能力（仅作行业背景，不用于设备选型依据）概览1，概览2。

快速检查清单（给工程师与采购）

1. 最低工况温度与冰点裕度≥5 K，EG浓度据此确定（附可信曲线/表）。

2. 泵、管路、换热面积按黏度/比热修正，核对NPSH与电机余量。

3. 主机能效与换热器选型以“含EG”为边界条件，不能套用清水标准条款。

4. 采用“抑制型”EG；上线后定期监测pH与缓蚀剂浓度并补加。

5. 关键材质与密封件与EG兼容；避免不相容镀层与软件。

6. 控制策略防“低流量结冰”：变频+旁通+多重低温/低差压联锁。

7. 施工后化学清洗/预膜→缓慢降温投运→记录基线能耗与压差。

常见问题（FAQ）

Q：用丙二醇（PG）可以吗？ A：PG毒性更低，适合食品/医药场景，但同浓度下黏度更高、能效更低。化工装置多选EG，按安全规范管理即可。对比时查阅两者物性与压降修正。

Q：EG浓度越高越安全？ A：不是。超过需求的浓度会显著增压降、降比热，反而提高能耗。遵循“满足冰点+适度裕度”的原则，参考供应商曲线与ASHRAE数据。

Q：板换为何更容易“冰堵”？ A：局部过冷与低流量组合会在通道产生初生冰晶，迅速扩大压差。通过下限流量、旁通与温度梯度控制避免。

计算模板（可填写）

以下为可复制/打印的快速计算模板（也附上了可下载Excel版本）。把“你的数值”一列填上现场数据，其余按公式自动联动。

一、输入参数表

参数	符号	单位	建议/范围	你的数值
设计冷负荷	Q	kW	依据装置热平衡
供水温度	Ts	°C	例如 -10
回水温度	Tr	°C	例如 -5
温差	ΔT=Tr−Ts	K	自动计算
目标EG体积分数	x_EG	%	按冰点曲线
平均流体温度	Tm=(Ts+Tr)/2	°C	自动计算
密度	ρ	kg/m³	查表/供应商数据
比热	cp	kJ/(kg·K)	查表/供应商数据
动力黏度	μ	mPa·s	查表/供应商数据
管内径	D	m	选定管道规格
直管长度	L	m	含相当长度
局部阻力系数和	KΣ	–	弯头、阀门等
静扬程	Hs	m	标高差
泵/传动效率	η	–	0.7–0.85
管内粗糙度	ε	m	按材质
允许最小换热端温差	App	K	2–5

二、核心计算（文字版公式）

1. 质量流量: m_dot = Q / (cp × ΔT)

2. 体积流量: V_dot = m_dot / ρ （m³/s；m³/h = V_dot × 3600）

3. 流速: v = 4 × V_dot / (π × D²)；雷诺数: Re = ρ × v × D / (μ × 1e-3)

4. 摩阻因子（Swamee–Jain）: f = 0.25 / [log10( ε/(3.7D) + 5.74/Re^0.9 )]²

5. 水头损失: hf = (f × L / D + KΣ) × v² / (2g)，取 g = 9.80665 m/s²

6. 总扬程: Ht = hf + Hs

7. 泵功率: P_pump(kW) = ρ × V_dot × g × Ht / (η × 1000)

8. 板换首估: UA ≈ Q / (F × LMTD)。LMTD 见标准公式；App 作为约束校核。

三、快速校核

• 冰点: 确保 T_freeze(x_EG) ≤ Ts − 5 K（留 ≥5 K 裕度）。

• 流态: 工况下 Re>4000 优先；若偏低，增大管径或提高流速。

• 泵余量: 变频工况保留 10–20% 扬程与功率余量；核对 NPSHa ≥ NPSHr + 1–2 m。

四、输出字段

• 体积流量（m³/h）；泵总扬程（m）；估算泵功率（kW）；板换 UA 与名义面积（㎡）。

✅i：EG_chiller_calc_template.xlsx（含公式与示例）。

结论

这类项目的成败，80%在“前期参数与修正”。把冰点、物性、换热与控制一次搞准，后面就是按计划执行与维护的问题了。有什么具体工况，我可以把模板换成你的真实数据。