摘要：天氣寒冷狀態(tài)下，CO2管道供氣出現(xiàn)壓力不穩(wěn)、減壓閥組前管路壓力升高等異常情況。文章對產(chǎn)生CO2管道供氣出現(xiàn)壓力不穩(wěn)的原因進(jìn)行了分析，并找到了相應(yīng)的解決方法，達(dá)到良好的效果。

關(guān)鍵詞：CO2管道供氣；減壓閥組；壓力不穩(wěn)；加熱裝置

中圖分類號：TH777 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）11-0044-02

我司的CO2供氣系統(tǒng)出現(xiàn)了一些普遍的問題，因廣州溫度普遍偏高，CO2氣站最初規(guī)劃時未考慮到廣州冬天個別寒冷天氣的情況，導(dǎo)致在一些溫度較低的時候，CO2管道供氣出現(xiàn)供氣壓力不穩(wěn)的情況，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。

1 管道供氣的基本情況

CO2貯罐正常壓力為2.0MPa左右，液體經(jīng)空氣氣化器等氣化后，再經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)至使用壓力0.5～0.7MPa后輸送到用氣點(diǎn)使用，使用壓力可根據(jù)具體要求設(shè)定，氣化器根據(jù)最大用量確定，本方案按300m3/h選用，200m3/h氣化器一臺，壓力2.5MPa。氣化器采用兩組調(diào)壓閥門（一臺備用）來進(jìn)行調(diào)壓。

2 事故的情況描述

廣州出現(xiàn)低溫天氣情況下（5℃），CO2管道供氣出現(xiàn)供氣壓力不穩(wěn)的情況，同時減壓閥前管路壓力上升，無法滿足施工要求，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)。

3 事故的原因分析

現(xiàn)在關(guān)于CO2管道供氣這一區(qū)域的相關(guān)文章很少，相關(guān)資料較少，我從普萊克斯氣體廠和廣州氣體廠獲得了一些資料，根據(jù)這些資料推斷出產(chǎn)生這種情況的原因，并找到解決的辦法 。

（1）因為廣州天氣濕度較大，在冬天氣溫降低時，CO2管道的氣化器的散熱片上更容易積冰，而根據(jù)傳熱學(xué)的相關(guān)知識，積了冰的氣化器的傳熱效果更差，更加加劇了CO2從外界吸熱的不足，導(dǎo)致液態(tài)的CO2無法很快地氣化，從而導(dǎo)致供氣壓力不穩(wěn)。

（2）經(jīng)過氣化器后的液態(tài)CO2壓力降低，并且在管路里會形成局部低溫，二氧化碳狀態(tài)接近在三相點(diǎn)附近，局部低溫區(qū)域二氧化碳會開始固化結(jié)冰，造成減壓閥的堵塞。

（3）減壓閥后的管路壓力進(jìn)一步降低，如果仍然無法從外部吸取熱量，會形成更多的干冰，而到了供氣區(qū)域時，不斷有干冰吸收外部熱量而氣化，引起壓力的變化。

4 事故的處理方法

從以上分析可以得知，在低溫環(huán)境溫度狀態(tài)下，氣化器無法提供足夠的CO2氣化所需的熱量，對生產(chǎn)造成了很大的影響。我查了相關(guān)資料，大體計算出了環(huán)境溫度為5℃時，文沖船廠正常生產(chǎn)需要的CO2氣化所需的額外能量（除了從氣化器獲得的能量外）。

根據(jù)文沖船廠CO2管道供氣情況進(jìn)行計算，主要參數(shù)如下：

管輸氣態(tài)CO2：R=1500m3/天

每天工作時間T=8小時

每個小時供氣態(tài)CO2量：=188m3/小時

故選用氣化器200m3/h、壓力為2.5MPa的氣化器即可。

我從普萊克斯氣體廠的技術(shù)文件里查找到了CO2三相圖，據(jù)此分析了氣化不良的原因：儲罐里CO2壓力在20kg左右，溫度在-30℃左右。在環(huán)境溫度很低的情況下，液態(tài)CO2經(jīng)過氣化器后氣化不完全，而液態(tài)CO2出了氣化器后，壓力開始降低到10kg，溫度也因為大部分CO2的氣化吸熱開始降低，也可能會氣化吸熱造成局部低溫，這時候未氣化的CO2狀態(tài)接近在三相點(diǎn)附近，局部低溫區(qū)域CO2會開始固化結(jié)冰，造成減壓閥的堵塞。

廣州最低溫度不超過5℃，下面詳細(xì)分析了在該環(huán)境溫度、氣化器結(jié)冰狀態(tài)下CO2完全氣化所需的熱量（除去氣化器獲得的能量）。

4.1 首先計算出CO2氣化所需的熱量

查資料所需參數(shù)：

CO2在-28.9℃氣化潛熱：r=301.7kJ/kg

CO2比熱：c=0.85 kJ/（kg℃）

我單位每小時CO2流量q=180m3/h

CO2出氣化器后溫度t2=-10℃，罐CO2溫度t1=-30

每小時氣化所需熱量：

N=[q×ρ×r+q×ρ×（t2-t1）]×0.277×10-3=31.21kW

4.2 分析在常溫下氣化器傳熱能量過程

氣化器基本參數(shù)：肋化系數(shù)β=13，肋臂總效率η=0.9，管厚δ=0.003m，材料導(dǎo)熱系數(shù)λ=200w/（m×k），壓縮后CO2對管對流換熱系數(shù)a1=150w/（m2×k），氣體對流換熱系數(shù)a2=150w/（m2×k），氣化器管長表面積s=3.29m2。

加肋時氣化器傳熱系數(shù)：

=104.9 w/（m2×k）

相比于CO2液體到固體潛熱，CO2溫度升高所需熱量是比較小的?？纱笾滤愠鰵饣鲀?nèi)外溫差：

=25.5℃

因儲罐溫度大多在-28℃左右，如氣化器正常，環(huán)境溫度在0℃左右可滿足氣化要求。

4.3 分析在氣化器結(jié)冰狀態(tài)下環(huán)境溫度為5℃?zhèn)鳠崮芰窟^程

?t=5-（-28）=33℃

結(jié)冰狀態(tài)下主要影響的是管道的傳熱系數(shù)，冰傳熱系數(shù)為2.22w/（m2×k），假設(shè)管壁結(jié)冰為2mm，結(jié)冰影響主要是管壁結(jié)冰造成導(dǎo)熱系數(shù)的降低和冰對空氣對流換熱系數(shù)低于鋁對空氣的換熱系數(shù)，冰對空氣導(dǎo)熱系數(shù)為a3=13w/（m2×k）。

環(huán)境溫度為5℃，氣化器結(jié)冰時總傳熱量為：

=28251w

可以看出能量缺少3kW左右。

4.4 后端補(bǔ)充電加熱式方式

為了給CO2氣化系統(tǒng)補(bǔ)充熱量以供氣化，氣化器氣體出口端加裝一盤管，放置在水槽中，水槽中水用電加熱器加熱，加熱器采用6kW電爐絲，開關(guān)選用溫控開關(guān)，當(dāng)水槽中水溫度低于60℃時自動接通，高于60℃時切斷。

5 效果

加熱裝置加上后，整個CO2系統(tǒng)工作穩(wěn)定，即使在極寒的天氣下，CO2管路壓力都能保持穩(wěn)定，充分保證了生產(chǎn)，達(dá)到了很好的效果。

6 結(jié)語

以后隨著生產(chǎn)規(guī)模的繼續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)該積極想好對策對現(xiàn)有供氣系統(tǒng)的改造，增加CO2供氣規(guī)模，才能滿足生產(chǎn)的需要，擴(kuò)大常溫氣態(tài)CO2的供氣流量（m3/h）。同時進(jìn)一步掌握有關(guān)設(shè)備性能、特性，提高利用率。

參考文獻(xiàn)

[1]安娜-瑪麗婭.傳熱學(xué)[M].大連：大連理工出版社，2008.

[2]王保國.氣體動力學(xué)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

作者簡介：周明超（1979—），男，河南溫縣人，廣州文沖船廠有限責(zé)任公司質(zhì)檢員，工程師，研究方向：熱能與動力工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）