[发明专利]一种不停机提高氨系统安全运行的斜井冻结及冷量回收装置

说明书

本发明公开一种不停机提高氨系统安全运行的斜井冻结及冷量回收装置,包括盐水系统、氨系统、清水系统和已完工阶段冻结壁冷量提取系统，所述盐水系统向未完工阶段冻结壁提供冷量，所述氨系统向所述盐水系统的低温盐水提供冷量，所述清水系统向所述氨系统的高温高压氨气提供冷量，所述已完工阶段冻结壁冷量提取系统向所述清水系统提供冷量。本发明采用增设已完工阶段冻结壁冷量提取系统来提取已完工阶段冻结壁中蓄积的冷量，可以使斜井冻结系统实现不停机连续运行、降低运行成本，还有效地避免了水资源及能量的浪费，大大提高了井筒冷冻系统的安全性。

技术领域

本发明涉及冷量回收技术领域，具体地说是一种不停机提高氨系统安全运行的斜井冻结及冷量回收装置。

背景技术

冻结法凿井是一种采用人工制冷技术暂时加固不稳定地层和隔绝地下水的施工方法。冻结法适用于松散不稳定的冲积层、裂隙含水岩层、松软泥岩以及含水量和水压特别大的岩层。冻结法凿井既可作为地质条件复杂的矿井工程常规施工方法，也可作为工程抢险和事故处理手段，已被广泛用于煤矿井巷工程中立井、斜井、马头门等的施工，同时在地铁、桥涵、大体积地下硐室及深基坑工程的施工中也有应用。此外，诸多大型冷库也采用人工制冷技术进行设计，制冷剂除氟化物外，氨介质由于其良好的物理化学性质应用也极为广泛。

目前，按照井筒冻结传统施工的技术路线，通常将人工制冷冻结技术分为三个系统，即盐水系统(或冷冻水系统)、氨系统、清水系统(或冷却水系统)。其工作原理为盐水系统将冷量循环至地下，与地层进行热量交换，带上来的地层热量通过氨系统中氨的相变散发来达到降温的目的，相变散发的途径主要表现为清水系统进回水温差。

由于施工计划及施工过程影响，很多冻结井筒在湿热天气中正处于井筒积极冻结期间，按照地层冷量需求，所有机组均需全负荷运转，甚至备用机组也需要开启。但此环境下清水系统进水温度高、空气湿球温度高，蒸发量不足，因此冷却水系统带走的热量少，制冷剂相变潜热散不掉，极大影响制冷剂运行效率，降低系统的制冷能力。同时制冷剂一直维持高温高压运行，系统的排气压力高，对制冷剂系统中的设备、管路、安全阀等产生极大安全隐患，尤其是当制冷剂为氨等有毒有害、易燃易爆介质时，其安全性能极差。

为确保系统安全，一般采取如下几种措施：

1)设备减载。这是最常用也最直接的手段，通过将部分设备减载或者停机，来缩小盐水系统的进水、回水温差，以减少系统从地层中的吸热量(即减小需要通过冷却系统散失的热量)，冻结施工现场通常以“白天不升温、夜间降温”为目标来加减设备。此方法虽然有效保证了系统的安全性，但地层换热效率差，易造成工期拖延，同时造成电力损失。另外，如果部分减载无法达到降压效果，往往会采取部分机组停机的手段，而在高湿度天气中或者连续阴雨天时，重新开启机组需要提前测量冷冻机电机的三相阻值，如无法满足开机要求，则需要加热烤干，否则强行开启极易造成烧电机事故。

2)增加设备。在冻结设计中，超出目前冷冻机和蒸发式冷凝器1:1的安装比，采用1:1.2甚至1:1.5的比例安装冷凝器。以增大蒸发面积方式冷却制冷剂，保证换热效率。此方法不仅增加了设备的投入和安装、维护工作量，还增加了运输成本。

3)降低冷却水进水温度。一是在清水回水系统中增加喷淋装置，通过空气冷却，然后混以供水一起进入系统循环；二是完全采用新鲜供水进行循环，通过设置喷淋装置可以产生一定效果，但全新鲜供水会造成极大的水资源浪费。