双己烷回路（冷己烷 ~1,585 kW；温己烷 ~1,225 kW）

 

本案例展示一套工业冷冻机组如何同时服务冷己烷回路（~1.585 MW）与温己烷回路（~1.225 MW），覆盖 HDPE 装置的反应冷却与公用冷却，满足 A3 碳氢工质、ppm 级含油与 AHRI 550/590 现场验收。

 

采用中心化工业冷冻机组（油喷螺杆压缩机），通过板壳/壳管换热器供两路 n-己烷回路；配置三段油分与双联 100% 壳管式油冷却器；危险区按 IEC 60079-10-1，机房按 ASHRAE 15，制冷剂按 ASHRAE 34，选型/验收按 AHRI 550/590。

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1）项目背景与目标

• 服务对象：HDPE 工艺常以 n-己烷作稀释/溶剂；本项目同时运行两条回路：
  **冷己烷回路（≈1.585 MW）**承担反应/冷凝等最冷端负荷；
  **温己烷回路（≈1.225 MW）**承担抛光冷却与公用冷却。

• 目标：一套模块化工业冷冻机组覆盖两回路，达成 N+1 可用度、ppm 级尾油与全年低系统 kW/RT（或 kW/NNm³）。

参考外链

• n-己烷物性与安全数据：NIST WebBook：https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C110543；NIOSH：https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0331.html

• 危险区分级（Zone 1/2 预览）：https://webstore.ansi.org/preview-pages/BSI/preview_30436862.pdf

• 机房/制冷剂分类：
  ASHRAE 15（通风/权限增补）：https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/standards%20and%20guidelines/standards%20addenda/15_2022_o_20240731.pdf、https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/standards%20and%20guidelines/standards%20addenda/15_2024_g_20250530.pdf
  ASHRAE 34（制冷剂命名/分级）：https://www.ashrae.org/technical-resources/standards-and-guidelines/ashrae-refrigerant-designations

• 冷水机组选型与现场验收（AHRI 550/590）：PDF：https://www.ahrinet.org/system/files/2023-06/ANSI%20AHRI%20Standard%20550%20590-2023%20%28I-P%29.pdf；标准页：https://www.ahrinet.org/search-standards/ahri-550590-i-p-and-551591-si-performance-rating-water-chilling-and-heat-pump-water-heating-packages

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2）负荷与运行窗口（典型）

• 冷己烷回路（~1,585 kW）：供液常在 −10 ~ −20 ℃ 档（以现场为准），校核最冷膜温与最小逼近温差。

• 温己烷回路（~1,225 kW）：供液 +5 ~ +20 ℃，关注部分负荷效率与 ΔP 限值，保证闪蒸/计量稳定。

• 工况波动：开车/换牌导致大范围调节；需定义最小/常用/最大负荷与蒸发侧 Tsat 区间，以确保控制稳定。

n-己烷高度可燃（低闪点、低 LEL），必须做危险区分级与可燃气体检测（见上方 IEC/NIOSH 外链）。

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3）系统方案（“一套机组，两条回路”）

1. 核心工业冷冻机组

   • 压缩机：油喷螺杆（API 619 范畴），VFD + 滑阀拓宽调节并降低回流/旁通。

   • 工质：A3 碳氢（现场多用 R-1270 丙烯或 R-290 丙烷），按 ASHRAE 34 与 ASHRAE 15 执行机房与安全要求。

   • API 619 参考：https://store.accuristech.com/standards/api-std-619-r2024；PDF：https://aceconsultant.ir/wp-content/uploads/2024/08/API-619-5th-edition-2010.pdf

2. 工艺换热器

   • 冷回路 HX：板壳或壳管，按 LMTD/ε-NTU 计算 UA；严格校核最小逼近与最冷膜温（防结晶/结冰）。

   • 温回路 HX：优化部分负荷 ΔT 与压降以维持装置节拍。

3. 含油控制与可靠性

   • 三段油分：重力/旋流 KO → 高效聚结 → 终级除雾；配 ΔP 变送与LAHH 高高位；实现 ppm 级尾油。

   • 双联 100% 壳管式油冷却器：四阀带压切换，检修不停机。

4. 水力与配液

   • 两条回路各设二级泵组（定 ΔP、最小流量旁通）；

   • 依据“关键指标优先”进行冷热回路优先级切换，峰值时优先冷己烷，非峰值时提升系统 kW/RT。

5. 控制/检测与 ESD

   • 以系统 kW/RT最小化为目标的分台顺控；供液温 + ΔP 双环；

   • 机房 LEL 检测，机械通风与 ESD 纳入**因果表（C&E）**并联调留痕。

   • 换热原理参考：https://www.engineeringtoolbox.com/heat-transfer-coefficients-exchangers-d_450.html、https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/shell-and-tube-exchangers

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4）工程要点（直接降 OPEX）

• 两回路优先级：高峰时锁定冷己烷规格，温己烷通过增加 ΔT 让位；中低负荷反向操作，整体降低 kW/RT。

• 低冷凝温策略：在 OEM 限值内降低冷凝温（季节/夜间占优），大幅节电；同时维持最小侧向流速，抑制污垢。

• 尾油与压降平衡：实现 ppm 级尾油通常需“聚结 + 终级除雾”；提前分配分段 ΔP，保证寿命末仍在压缩机余量内。

• 脉动与管道动力学：正排量排气具脉动，布置消音/容积瓶并做喷嘴载荷/应力校核（API 619 良好做法）。

• 材料与密封：压力件碳钢/不锈钢；弹性体 PTFE/PEEK/FKM；阀座/填料与密封剂需验证对 n-己烷与所选制冷剂的兼容性。

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5）选型与验收（工作流）

1. 输入：冷/温回路的 最小/常用/最大负荷；供回温与最小逼近；选用制冷剂；冷凝介质（塔/冷却水/风冷）与温度；允许 ΔP；尾油 ppm 指标。

2. 压缩机匹配：多变/等熵估功率 → OEM 性能图选机型/转速；注明电机服务系数与环境修正；采购协议写入 API 619。

3. 换热器 UA/ΔP：两条回路分别按 LMTD/ε-NTU 算 UA；校核通道流速与允许 ΔP；约束最冷膜温度。

4. 油系统：由尾油 ppm反推介质面积与面速；声明新件 ΔP/寿命末 ΔP；设 LAHH 与 dP-rate 报警。

5. 控制与计量：依据系统 kW/RT选择“少台高载/多台中载”；对冷机/泵/冷却塔分别计量。

6. 合规资料：

   • AHRI 550/590 选型点 + SAT（记录 ΔT、流量、功率并按 AHRI 修正）；

   • ASHRAE 15/34 机房与制冷剂分级；

   • IEC 60079-10-1 分区图、探测布点、通风量与 C&E。

7. FAT / SAT：

   • FAT：I/O、联锁、阀门行程、VFD 调参、控制叙述、C&E 模拟；

   • SAT：各负荷点 kW/RT、尾油 ppm、分段 ΔP、振动、排温边界、探头撞击测试、通风能力。

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6）调试与运维（O&M）

• 干燥与充注：严格控水分，按 OEM 流程干燥/抽空/充注；两回路分别记录 ΔT、UA、kW/RT 基线。

• 保护逻辑：最小流量/ΔT/过热度、排温高、油压低、分离器 LAHH、LEL 报警→通风增量→停机/切断。

• KPI 看板：系统 kW/RT、油分各段 ΔP 趋势、油品（TAN/含水/颗粒）、冷凝侧逼近温差、振动谱、探头校准状态。

• 备件：聚结芯/除雾垫（两套）、液位与差压仪表、阀门内件、油泵/VFD 板卡、LEL 传感头。

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RFQ（招采）清单（复制即用）

• 工艺数据：两回路负荷分档；供回温与最小逼近；制冷剂偏好（R-1270/R-290）；冷凝介质与温度；公用工程与占地。

• 合规：AHRI 550/590 选型 + SAT；ASHRAE 15/34（A3）；IEC 60079-10-1 分区交付。

• 硬件：油喷螺杆 + VFD；两回路板壳/壳管换热器；三段油分；双联 100% 壳管油冷（带压切换）。

• 性能保证：各分档净功率、系统 kW/RT、尾油 ppm、噪声/振动限值。

• 文件：P&ID、控制叙述、报警/ESD 因果表、焊接/NDE 档案、FAT/SAT 计划；两年备件与调试/培训范围。

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外链（请保留，便于规格与审计）

• AHRI 550/590（I-P 2023 PDF）：https://www.ahrinet.org/system/files/2023-06/ANSI%20AHRI%20Standard%20550%20590-2023%20%28I-P%29.pdf

• AHRI 550/590 标准页（I-P & SI）：https://www.ahrinet.org/search-standards/ahri-550590-i-p-and-551591-si-performance-rating-water-chilling-and-heat-pump-water-heating-packages

• ASHRAE 34（制冷剂分级）：https://www.ashrae.org/technical-resources/standards-and-guidelines/ashrae-refrigerant-designations

• ASHRAE 15（Addendum o/g）：
  https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/standards%20and%20guidelines/standards%20addenda/15_2022_o_20240731.pdf
  https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/standards%20and%20guidelines/standards%20addenda/15_2024_g_20250530.pdf

• IEC 60079-10-1（危险区分级 预览）：https://webstore.ansi.org/preview-pages/BSI/preview_30436862.pdf

• n-己烷数据：NIST：https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C110543；NIOSH：https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0331.html