冻结法施工冷冻站工作原理及安全操作规程

冻结法施工冷冻站工作原理及安全操作规程张志东【摘要】冷冻站是冻结法施工的必要设施.冷冻站由氨循环、冷媒剂循环和冷却水循环三大系统构成.由于冻结法施工通常都是在地下深厚冲积层进行的，土层地质条件异常复杂，对冷冻站机电设备的运行状态提出了很高要求.本文将针对冻结法施工的原理及优势、冷冻站工作原理、冷冻站的设备组成及其安全操作规程等进行浅显的研究和阐述.【期刊名称】《河北企业》【年(卷)，期】2019(000)008【总页数】2页(P161-162)【关键词】冻结法施工;冷冻站;三大循环;设备安装;操作规程【作者】张志东【作者单位】中煤邯郸特殊凿井有限公司【正文语种】中文【中图分类】U455随着人工制冷技术的发展和制冷设备的持续更新换代，冻结法施工技术被应用于煤矿井筒等地下和深井的建设之中。由于冻结法施工通常都是在地下深厚冲积层进行的，土层地质条件异常复杂，对冷冻站内机电设备的运行和操作提出了很高要求。所以，展开对冻结法施工、冷冻站工作原理、冷冻站的设备组成及其安全操作规程等进行研究是非常重要的。一、冻结法施工的原理及优势冻结法施工的全称是人工地层冻结技术。在井筒开挖之前，在欲开挖周边的含水土层内先行钻孔并打入钢管，在钢管中导入可循环流动的盐水来吸收地热，在土层中的水被冷却至0°c以下时开始结冰，而后继续积极降温，逐渐将管子周边的地层冻结成坚硬的冻土，此时就把要施工的空间与地下水隔绝开来，以至于可以抵抗地压和地下水压，为安全顺利地施工创造了良好的条件。冻结法井筒施工具有诸多特有的优势：一是对土质适应性强，可以在软士、流沙、含水基岩、流变质土层等不稳定厚表土层和高水压、高地压等特殊土层和复杂的水文地质条件下施工；二是隔水、防水安全性能好，增强了地层的稳定性；三是冻结范围和形状可以因地制宜地扩展和收缩，遇到地下障碍物可以灵活地绕开；四是支护方式也可以随机应变，易于对施工过程控制；五是冻结加固的土体均匀完整，改善了土体的可塑性；六是对周围环境无任何污染，氨和冷媒均在密闭容器与管路中运行，整个系统中只有水在冷却池中与大气接触。待掘砌到设计深度后，停止冻结，拔出冷冻管，回填素土，冻土也渐渐恢复到原始的自然状态，非常符合绿色施工、生态文明的环保理念。二、冷冻站的工作原理冷冻站是冻结法施工的必要设施。冷冻站由氨循环、冷媒剂循环和冷却水循环三大系统构成。三大循环，环环相扣，组成热泵系统。氨循环。氨循环中气液转换在冷冻站中起着决定性的主导作用。由于氨的最低蒸发温度可达-70C，单位容积制冷量较大，具有良好的热力学性能，而且容易获得，特别适用于制冷机使用。其循环过程为：液态氨经节流阀后，等焓变为低压液态氨，进入在冷媒剂槽中的蒸发器，吸收其槽中冷媒从地下带来的热量而蒸发，变为饱合蒸汽氨，饱和蒸汽氨经压缩机压缩成高压高温的过热蒸汽氨，使之与冷却水产生温差，在冷凝器中将热量等压传递给冷却水后又变成液态氨，周而复始构成氨循环系统。冷媒剂循环。土层中的热量由冷媒剂循环负责吸收，既能在钢管内自由流动又能够冻结土体，要求冷媒剂必须具备冰点低、热容量大、不腐蚀设备、价格低廉等特性。为了降低冷媒的凝固点，通常采用85%氯化钙+10%氯化镁+5%的甲醇混合溶液，通称为盐水。所以冷媒剂循环又叫盐水循环。冷却水循环。冷却水负责把氨蒸汽中的热量释放给大气，其温度一般较氨的冷凝温度低5~101。温度越低，制冷效果越好。冷却水循环系统由地下水提供并补充，在清水泵的驱动下，通过冷凝器进行热交换，然后流入冷却塔和冷却水池，将地热间接排向大气。如此循环往复使土体逐渐降温形成冻结圈。随着冻结时间的延长，冻结圈范围不断扩大并逐渐连接形成水土固化的冻结壁，然后在有冻结壁保护下的空间进行钻井施工。三、冷冻站的设备组成设备包括螺杆式双机双级氨制冷压缩机组、蒸发器、冷凝器、集油器、汽化器、热虹吸器、中间冷却器、高压贮液筒、盐水泵、盐水箱、去路盐水干管、配液圈、冻结器、集液圈、回路盐水干管、冷却水泵、定压补水系统、水处理系统、管道阀门以及电气动力设备等。其中，螺杆式制冷压缩机是整个制冷系统的核心设备，压缩介质为氨，亦称氨压机。螺杆式压缩机只有旋转运动部件，动平衡性能好，无余隙、无脉动，可以高速旋转，具有结构简单、重量轻、体积小、可靠性高及操作维护方便等一系列独特的优点，可以广泛应用于移动式制冷设备。但是，由于螺杆式压缩机采用喷油冷却，要求的输油系统比较复杂，且耗油量大，噪声也大。与蒸发器、冷凝器、节流阀等构成氨循环；盐水泵与冻结器和回路盐水干管等构成盐水循环；清水泵、冷却池等构成冷却水系统。四、冷冻站的安装按照井筒施工安排的位置和平面设计图对设备进行安装，必须遵守安装程序及安装的有关技术要求。主要设备安装。冷冻机及辅助设备、盐水泵、清水泵把设备安装在混凝土基础上，进行操平找正，垂直稳固。压缩机轴与电机轴，泵轴与电机轴的同心度偏差不能大于0.1毫米。洗涤式油氨分离器的进液口必须低于冷凝器出口液200~250毫米，进液管应从冷凝器出液管底部接入；贮液捅顶面应低于冷凝器出液口250-300毫米；盐水搅拌机螺旋浆叶片与箱体导水管之间有40~50毫米间隙，安全阀装前要做灵敏性试验，限压1.176MPa方达到安装规范要求。管路安装：原则上必须保证设备安全运转，操作检修方便，使管内介质流动阻力小，整齐美观，经济合理。管路中所使用的阀门、弯头、法兰盘必须符合规格要求;管路的安装坡度及允许跨度，必须按规定进行，最后达到《矿山井巷工程施工及验收规范》中第4.2.19条系统压气试漏标准的规定。打压试验。盐水系统试验压力不得小于盐水泵工作压力的1.5倍，经15分钟压力不下降为合格。充氨试漏。氨系统在充氨之前，应进行打压和真空试漏。高、中、低压系统，试漏压力分别为1.4MPa、1.2MPa,打压后系统中的压力在最初的6小时内，压力降不应超过0.05Mpa，在以后的18小时内，压力保持不变为合格。打压试漏合格后，应在中低压部分再进行真空试漏，真空度应为0.097~0.101Mpa,24小时后压力在0.090~0.093Mpa为合格。五、冷冻站制冷系统的的重要工艺参数冷冻站的各个岗位操作工都应了解整个工艺流程和正常运转参数。单级压缩。冷冻机吸入温度较蒸发温度高5~8°C。制冷时，压缩机排气压力为0.98~1.176MPa。双级压缩。高压机吸入温度较中冷器温度高5~8°C，低压机的排出温度应在70~90°C。制冷时，低压机排气压力为0.294~0.392MPa不超过0.441MPa;高压机排气压力0.98~1.372MPa，不应超过1.372MPa。流程温度控制。氨压缩机的排出温度应低于140°C。冷凝器中冷却水的出水温度—般应比进水温度高4~6°C。蒸发器中的盐水温度应高于管内氨的蒸发温度6~8°C。经中间冷却器盘管冷却后的氨液温度应比中冷器内的温度高4~5°C。油压油温。曲轴箱中加油时的压力应降低至0.098MPa以下；油泵的油温应在5~50°C。六、螺杆压缩机组安全操作规程设备操作者要熟悉掌握设备的工作原理，掌握设备运转的程序，能够对一般事故作出原因判断，能排除简单故障。启动前的准备与检查项目：检查各开关装置是否正常。检查机组的几个自动保护项目的设定值是否符合要求。正确的设定值电流460A以下，油压大于0.1MPa，吸气压力比正常运行压力低0.05MPa。检查油位是否符合要求，油位应保持在油分离器的上视油镜中心处。检查系统中所有阀门状态，吸气截止止回阀、加油阀、旁通阀应关闭。其他油、气循环管道上的阀门都应开启。首次启动之手动操作。打开冷凝器供水阀，启动水泵，使水路循环，蒸发器处于正常工作状态，盘动压缩机联轴器，看压缩机转子是否可用手轻易转动，能轻易转动属正常，否则应检查。启动油泵，使其循环几分钟，停止油泵运行，切断电源，用手盘动联轴器检查。检查各阀门状态是否符合要求。（3）检查电压是否正常。合上电源控制开关，检查控制灯指示是否正确。（4）按下“油泵启动”按钮，将“增载/减载”手柄处于“减载”位置，使能量指针减载至0位，按下〃压缩机启动”按钮，开启吸气截止阀。（5）分数次增载并相应调节供液阀，注意观察吸气压力、排气压力、油温、油压、油位及机组是否有异常声音，若一切正常可增载到满负荷。（6）初次运转时间为30分钟左右，然后将〃增载/减载”手柄位于减载位置，关闭供液阀，关小吸气截止阀，待能量显示为0%时，按下压缩机停止按钮并关闭吸气截止阀，待压缩机停止转动按下油泵、水泵停止按钮，关闭电源开关。正常开车。（1）启动水泵使水路循环。检查排气截止阀是否开启，检查表阀是否已开启。打开电源控制开关，检查电压、控制灯、油位是否正常。启动油泵，检查能量显示是否为0%。（2）启动压缩机，开启吸气截止阀。（3）分数次增载并相应调节供液阀，注意观察吸气压力，观察机组运行是否正常，若正常可继续增载至所需能量位置，然后将〃增载减载”手柄位于水平位置（定位），机组在正常情况下继续运转。（4）调节油分底部回油阀，阀的开启度以保证油分后段视油镜中油面稳定为准，不允许油面超出视油镜，视油镜中无油也属正常。正常运转时，每天定时按记录表中项目做好记录。正常停车。（1）将〃增载/减载”手柄位于减载位置，关闭供液阀。（2）待能量指针显示为0%时，按下压缩机停止按钮，关闭吸气截止阀。（3）压缩机停止转动后按下油泵停止按钮，水泵视使用要求确定停止还是处于开启状态。（4）切断机组电源。紧急停车。当