化工安全设计中如何选择公用工程系统

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我们在进行化工厂设计时，有一个必须完成的项目，那就是公用工程系统的设计，公用工程从字面意思上就是不是单独使用的，而是全厂共同使用的工程，根据刘承先编写的《化工生产公用工程》一书，将化工生产必须的公用工程分为了主要的供水、供冷、供热、供气、供电五项，这是根据物质或者能量的形式进行的划分。根据上述归类方法继续细化其实功能差距还是很大的，比如供水包括工艺用水和生活用水，供气也包括蒸汽管网系统和压缩空气、氮气系统等等，功能是不一样的。如果说上述公用工程的定义将整个工厂公用工程都涵盖在内，那么其实还有一种狭义的公用工程概念，也就是为工艺系统设计的一套的电力系统、制冷系统以及供热系统。这其实也是我们在进行工艺能耗优化上所关注的公用工程。

化工厂的管廊其中也包括输送一部分公用工程那么，化工厂工艺系统公用工程（我暂且就这么叫了）具体有哪些呢？电力系统，因为电力的使用与工艺温度没什么关系，因此也不需要进行梯度的细分，主要是为泵、压缩机等模块提供电力供应。制冷系统，常用的，也是最为便宜的工质是循环冷却水，不过这里我需要提一下循环冷却水的温度区间，循环冷却水的温度区间其实是与工厂当地气温以及季节有关系的，一般设计时上水和回水温度区间30~40℃左右，回水温度不超过42℃以免结垢。但是在Aspen Plus软件当中默认的循环冷却水上水和回水温度分别为20℃和25℃，这个其实需要自己根据实际情况进行修改的，不能直接就使用。

根据循环冷却水的温度，加上换热温差，一般只能将物料冷却到40℃左右，如果需要冷却到更低的温度呢？就需要使用到冷冻系统，冷冻系统一般分为两类，无相变的和有相变的，无相变的例如冷冻盐水，包括氯化钙冷冻盐水、丙二醇水溶液和乙二醇水溶液，冷冻温度不能低于-35℃，一般有-10℃和-25℃两个梯度。如果需要冷却到更低温度，那么就需要用到更昂贵的冷剂了，也就是有相变的冷剂，包括氨、乙烯、丙烯、甲烷等。液氨制冷一般单级制冷为-30℃左右，双级制冷可达到-50℃左右。丙烯制冷温度一般可达到-40℃左右。乙烯制冷温度可达-100℃左右，当然一般想要达到这么低的温度通常使用的是复叠制冷系统，例如乙烯/丙烯复叠制冷。以上所描述的冷冻公用工程已经涵盖了0~-100℃下各个梯度所需要的制冷剂，大家需要根据自己的冷冻温度选择相应的制冷剂。

复叠式制冷技术说完制冷系统，再来说供热系统，供热系统，根据不同的温度，使用不同的供热介质，在温度较低的情况下，使用蒸汽管网系统进行供热，当温度更高时，通常还会增加燃料气或者燃料油系统通过燃烧供热。蒸汽系统按照蒸汽压力分为低压蒸汽、中压蒸汽和高压蒸汽，不过具体压力等级之间的区分界线根据不同的领域有不同的划分，并没有统一标准，这里仅给一个大致参考：低压蒸汽＜1.0MPa，中压蒸汽1.0MPa-4.0MPa，高压蒸汽4.0MPa-12.0MPa。化工厂通常使用的是中低压蒸汽，各个蒸汽压力等级所能提供的温度就是该压力下水的饱和温度了，大家可以直接百度查询数据。不同的装置和工厂会根据需求设置不同压力等级的公用工程蒸汽，比如0.6、0.8、1.0、1.3、2.5、3.8、4.5MPa。

饱和蒸汽温度压力对照表如上所述，查询数据4.5MPa的高压饱和蒸汽温度也仅为257℃左右，所以为了能够将物料加热到更高的温度，比如400℃，也有企业会使用过热蒸汽作为公用工程，所以大家看到这样的公用工程数据也不要一巴掌拍死，是有可能的，当然工业上常用的一般还是将饱和蒸汽作为公用工程。如果温度更高呢？那就需要考虑更高温度的热公用工程，比如电加热、燃料气加热、燃料油加热，加热炉就属于这一类。这个加热的范围就比较宽了，从300℃到800℃以上都可以使用。

炼厂加热炉以上就是对工艺系统公用工程的较为整体的介绍了，如何选择公用工程根据不同的装置不同的工艺是有所区别的，需要根据工艺的温度区间，不同设备的温度需求，结合换热温差进行有目的的选择。以上数据是小编根据书籍以及网上资料查询所得，如有错误或者纰漏还请指正！
参考资料：
《化工工艺设计手册》第四版
《化工生产公用工程》刘承先