防爆岩棉冷库在化工中的应用

余志龙

（新疆中泰化学托克逊能化有限公司，新疆托克逊 838100）

新疆中泰化学新建30万t/a高性能树脂项目配套的防爆冷库，其维护结构保温材料依据新规范要求，设计选用不燃性的岩棉材料，这与聚氨酯材料相比，其热导率大、吸水性强，在一定程度上增加了冷库设计和施工的难度。因此，对影响防爆冷库库体、冷源、冲霜水系统以及安全措施等设计因素进行了系统的分析和施工总结。

1 防爆岩棉冷库库体概况

1.1 防爆冷库土建维护结构参数

（1）总建筑面积173m2（3个各自独立的单库相连），一层钢结构，建筑高度7.1m，火灾危险类别甲类，建筑耐火等级二级。

（2）单库建筑尺寸：7m×7m×7.1m（长×宽×高，净高3m）。

（3）隔墙防火墙采用蒸压加气砼砌块，1.0m以下墙体采用290厚Mu5.0陶粒混凝土小型空心砌块，1.0m以上外墙及屋面采用夹芯岩棉彩钢板。

1.2 防爆冷库设计参数

（1）库温：-22℃±2℃，单库：设计冷量：39kW，风量：24 000m3/h，防爆等级：dIIBT4。

（2）每个库内设两台冷风机，且互为备用。当一台发生故障时，可以自动切换到另一台。平时开一台，当一台供冷量不足时，两台同时开启。

（3）制冷管道主管布置于室外，距离室外墙体1.0m，分支管穿墙与室内冷风机相连。

1.3 防爆冷库保温材料的选择依据

由文献[1]第4.3.1条、文献[5]第3.2.2条，第3.2.17条，选择不燃性保温材料岩棉。

1.4 岩棉库体特点与难点

（1）与聚氨酯材料相比，岩棉的热导率较大，保温性能稍差，尤其是岩棉受潮或浸水后其保温性能更差。

（2）岩棉的热导率与密度，由文献3，岩棉密度为80kg/m3左右时，其热导率最小，考虑到四周库板的机械强度和抗压强度，选择密度为130kg/m3的岩棉材料。

1.5 维护结构的处理方法

1.5.1 墙体和顶板

本次使用夹芯岩棉彩钢板的规格为宽1.2m，长4.5m，在板的长度方向上有插接口，两块板通过插接口，使用冷库专用密封胶黏在一起，确保岩棉板连接紧密无缝隙。

水管穿墙时加装套管，套管与水管间隙、套管与侧板间隙使用冷库专用胶填实密封。

为防止屋架下悬吊顶板形成吊筋冷桥，其吊筋采用了镀锌圆钢以防锈蚀，并在吊筋下部设置绝热硬木块。

1.5.2 地板

防爆冷库地板保温采用200mm厚聚氨酯现场喷涂，地板做法从上往下依次是：150mm厚C30抗渗及高密度不发火花细石混凝土层（内配¢6@200钢筋网，抗渗等级P6）、200mm厚聚氨酯保温层、1.5mm厚防水层、土建交付时的50mm厚混凝土地面。

1.6 库门的做法

每个库均设置有独立的穿堂间，库内、外门为双开门，硬质聚氨酯保温层厚150mm，内、外门均外包1.0mm 厚的SUS304不锈钢板，配冷库专用锁，外把手为不锈钢，内把手为绝热材料，外部用钥匙开启锁，内部用推杠锁解锁。

2 防爆冷库冷源

2.1 冷源的选择

园区已建设有-26℃冷冻站，因此利用-26℃的氯化钙盐水作为载冷剂，通过管道连接和风机盘管间接供冷，从而使冷库达到并保持-20℃的低温状态。

防爆冷库在整个园区的重要性相对突出，为确保该库在全厂断电及事故下仍不受影响，在冷冻站内设置一台带有应急电源的制冷机，一旦断电等事故发生，可自动或人工切换到冷库专用供冷系统，保证了冷库的安全。

2.2 冷库维护结构冷负荷计算

夏季托克逊最高温度54℃，空调日平均温度35.3℃，计算单库围护结构的冷负荷，不考虑门开启时侵入冷负荷，温度修正系数α参见文献1表4.3.4；由文献2、文献3得岩棉热导率0.044W/（m·℃）、聚氨酯热导率0.028W/（m·℃）。由冷负荷计算公式Q=Kw×A×△t′×α（式中Kw传热系数W/（m2·℃），A面积m2，△t′温差（℃）α温度修正系数），分别计算墙板、顶板、地板的冷负荷：

2.3 维护结构保温层厚度计算

保温层厚度计算式δ=λ（R0-R′），（式中δ保温层厚度mm，R0维护结构总热阻m2·K/W，R′计算维护结构总热阻m2·K/W）查文献1、文献2和文献3，墙板与顶板岩棉计算厚度：δ=λ（R0-R′）=0.044×1.8×（5.027-0.167）=0.398（m）

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

在土建外墙和屋顶已安装有100mm厚保温岩棉板，故墙板和顶板的保温岩棉板厚度实际取值为300mm（分两层拼接安装，单层厚度150mm）。

地板聚氨酯保温材料实际取值为200mm（分两层，单层厚度100mm）。

2.4 冷风机

（1）在-26℃氯化钙盐水闭式系统中，冷风机换热盘管材质选择紫铜管，铜管套铝翅片（亲水铝箔）。

（2）冷风机吊装，充分利用现有库内空间，但需注意确保冲霜水的顺利排出，冷风机收水盘四周和底盘要有一定的倾斜度，减少水流的停留时间；每个冷风机出水口引出的冲霜水管均各自带有不低于30%的坡度穿外墙并汇集到冲霜水总管，留在库内的冲霜水管用30mm橡塑棉保温。

（3）冷风机盘管顶部设置布水盘，均匀布置布水孔。

2.5 控制系统

（1）每个库配套两台冷风机，一用一备，以确保冷库正常降温。当运行的冷风机故障而停止运行或一台冷风机无法满足温度要求时，启动第二台冷风机。

（2）每个库配套3个温度传感器，取平均温度作为冷风机启停控制点，当室内温度高于设定值时，自动开启风机及回水阀，当温度低于设定值时自动关闭风机及回水阀。

（3）设置超高温和超低温报警，并在触摸屏上闪光和文字提示报警。

（4）每个库内只要供液阀打开，则发出冷风机启动信号。

（5）实现自动与人工控制的相互切换。

3 冲霜水系统

3.1 融霜方式选择

冷库风机盘管除霜方法有电融霜、热氟融霜和水冲霜等方式，电融霜对电伴热带或电热丝的隔爆要求较高，安全风险也较高，为此选择水冲霜方式。

3.2 水冲霜工艺流程

冲霜水自吸泵→冷风机盘管→冷风机收水盘→冲霜水池（地下）。

3.3 冲霜水泵运行控制

（1）冲霜触发：实时时钟定时触发冲霜，每天最多可设置4个时钟，达到设定时刻则启动冲霜过程，由实际运行调试最终决定每日冲霜次数及时刻。

（2）冲霜过程：冲霜开始首先关闭供液阀，延时后停风机。停风机后延时打开冲霜水泵，达到最长冲霜时间或翅片温度开关动作后，则停止冲霜水泵。经过沥水延时后，再次打开供液阀，并延时启动风机。

（3）冲霜水泵采用漏电保护开关，出现漏电后自动跳闸，以防止因漏电而造成人身伤害或危险事故发生。

注意：冲霜周期和冲霜时间可以人工设定，但周期和时间不能超过泠风机相互切换使用的设定时间，例如冷风机每3h更换使用一次，那么冲霜周期和冲霜时间都不能超过3h，通常设定成冷风机停止后 5～10min开始冲霜，每次冲霜时间5～10min。

4 防爆岩棉冷库安全措施

4.1 防静电措施

（1）库板接地：用金属螺丝把库体和库内接地线连接在一起，多处接地连接，使整个库板相互间大体上处于相同的电位，及时释放产生的静电。

（2）搭接：在冷库内离地300mm一圈用铜包铁搭接成一个整体的接地体，再将接地体和室外的接地网连接。

（3）所有设备及电气元件防爆等级为dIIBT4，设备接地，用金属线与接地网连接。

（4）库门本体内外各留一处接地端子，用接地线与库内外接地网连接。

（5）库门外安装一个静电释放仪，仪器下端接入接地网。

另外还可以从冷库运行管理的角度，制定出相应的进出库房的操作规程，例如：操作人员必须身着防静电工作服，开库门前先解除静电释放仪释放静电等。

4.2 安装质量措施

（1）确保岩棉板本身的质量，必须有相应检测资质单位提供的检测报告。

（2）库板凹凸插接处及岩棉与岩棉连接处用冷库专用密封胶进行密封、隔热，杜绝冷桥产生。

（3）地板和墙板连接处设置一层PE膜的隔汽层，隔断地板下的水汽。

4.3 防冷量散失措施

冷库内门顶部设置防爆风幕机，阻止库内与穿堂间或库外冷热气流的交换。

4.4 库内设置移动式防爆除湿机

首次投用时开启除湿机，将库内空气中的水分除去。

4.5 库内报警及紧急自救系统

（1）在库内安装的紧急呼救手动开关与监控中心连接，紧急情况下触动此开关，联动监控中心就会启动声光报警。

（2）当门的关闭未严密时进行报警，门的内部设卸锁脱险装置，被反锁时能及时脱险；当人员在库内被困时，可以在库内开启。

5 防爆冷库的调试运行及建设总结

1）通过冷负荷计算可知，围护结构引起的冷负荷所占总冷负荷比例较小，助剂等货物是由冷冻车直接转卸至冷库内，所以由货物带入的负荷并不多，因此，引起冷库负荷变化最大的是出入库带入的负荷，频次越多，冷负荷变化越大。

2）正常生产运行半年以来，盘管翅片未见霜层，无须进行冲霜操作。

3）冷库采用PLC控制系统，减少了人为干预，并将相关数据上传至DCS控制中心，提高了冷库管理和运行水平。

4）库体板材及安装质量是冷库建设成功与否最关键的因素，通过夏季最炎热时段连续7天所做的性能考核来看，本冷库密封性能、库温等技术指标良好，设备运转正常平稳。