“Biotest Next Level”使用二氧化碳和丙烷

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位于德国黑森州 德赖艾希的制药制造商 Biotest 需要新的制冷系统以便扩大生产。客户希望使用天然制冷剂。总共需要 100kW 用于低温储存,30kW 用于维持温度、气帘和预冷。由于药品涉及敏感的应用领域,因此现场的每台机器都必须有多余的备份

Biotest 是一家血浆蛋白产品和生物治疗药物的全球供应商。其产品主要用于临床免疫学、血液学和重症监护医学。它的生产基地位于德国德赖艾希的公司总部。通过与合同伙伴的合作,Biotest 每年可处理多达 130 万升血浆。

以此为契机,Biotest 已开始投资项目“ Biotest Next Level”,意在将德赖艾希的产能提高一倍。新的生产建筑符合德国《节能条例》(EnEV 2015)和《可再生能源法》(EEG)的最新标准,并由独立的供电中心供电。Biotest 希望通过某种方式安装一个环境友好型系统——《生态设计指令》意义上的“绿色建筑”。

一般来说,为了避免在以后运行时出现电流峰值,并使系统维持正确的运行状态,在建设项目中应该使用 IE4 效率级 BNL 电机,以及带变频器的电机。还应尽可能使用天然制冷剂。这才能保障制冷系统能长期运行而不受含氟气体法规的限制。

CO₂ cascade with three green BITZER ECOLINE compressors in steel construction
采用比泽尔 ECOLINE 活塞式压缩机的低温 CO₂ 复叠系统。图片:compact Kältetechnik GmbH

在规划的早期阶段,KKR Kälte-Klima-Reinraumtechfnik GmbH rom Langen 与来自德累斯顿的系统供应商 compact Kältetechnik GmbH 曾讨论过各种潜在的运营模式。像处理过去有类似要求的项目那样,compact Kältetechnik 最初的计划和概念倾向于原先会优先采用的标准,即 R134a 和 CO2 复叠。在各公司继续进行探索性讨论并提供了所有外围数据之后,映射最终客户需求的服务计划得以生成。

在进一步概念化阶段的服务计划的基础上,compact Kältetechnik 制定了替代方法,如 NH3 应用、或在将 CO2 作为助推器或作为复叠解决方案的同时,将碳氢化合物作为制冷剂。在过去,出于安全原因(即可燃性),compact Kältetechnik 往往不赞成将丙烷或丙烯用于室内安装。然而在 Biotest 的这一特定场景中进行的先行广泛风险分析表明,在系统中使用丙烷是切实可行的。

最终确定的系统解决方案将制冷量分配给每段上的 4 台机器,并配备冗余备用设备,相当于将原来的单个机器的功率翻了一番。为了安全起见,选择水冷式机器作为热交换器。这就使得减少系统中的充电量成为可能,避免装载着制冷剂的管道穿过建筑物的外壳。

为了防止机房内形成爆炸性气体混合物,规划小组决定为每台机器安装一个通风系统。为提高安全性,排气管中还计划安装一个气体探测器,如果制冷剂泄漏,该装置就会关闭机器。

服务范围得以成功确定后,总体概念也随即得到审议和审查。空气冷却器选择了 CO2 作为天然制冷剂。由于整个建筑物内的气帘和预冷室也需要广泛的冷却,带有盐水中间回路的复叠解决方案是最佳的技术选择。

四套 CO2 复合系统通过直接膨胀,使储藏室室温达到 -35℃。在这些复叠阶段中,冷却是通过 –8°C 的盐水进行的。在整个项目中,Greenway Neo-25 被用作热传导液。为了以丙烷为制冷剂来产生盐水,一共增加了 8 台冷水机组。八台机器和由此产生的八条独立回路可使每个回路仅加注少量制冷剂。由于丙烷机在建筑内,带外壳的冷水机组将与处于永久运行状态的排气系统相连,并由气体检测系统监控。当所有丙烷充注式冷水机组运行时,在 -2/-8°C 温度下,308 kW 盐水可用于 CO2 化合物系统和其他蒸发器的安全冷却。另外两台丙烷充注式冷水机组向温度控制的房间供应温度为 -9/-15°C 的盐水。同样,这些机器也有冗余备份。

来自丙烷充注式冷水机组的所有余热将用于生成热盐水,用来对冷冻蒸发器进行除霜,余热通过现场热交换器经过水 – 乙二醇缓冲器虹吸到热盐水回路中。此外,还增加了各种换热站,以提高整个建筑的传热效率。为达到必要的介质流量,在项目过程中使其适应当前的性能数据,Compact和 KKR 在设计和规划泵站上再次进行合作。在将建筑群内的机器连接起来后,形成了 34 个泵站用于分配冷却剂。

现场安装系统时,必须考虑到某些特殊性。复合系统通过使用 160 吨的起重机,通过30米高的屋顶开口运送到第六层。机器每台约重 460 千克,由带有伸缩桅的叉车将低温储存器中的蒸发器悬挂在十米高的钢架上。在安装有困难的情况下,必须在中间空间和竖井中铺设约 2800 米的二氧化碳和冷盐水管道。机械室的制冷和盐水系统、泵和储罐将被安装在一个非常小的空间内。

Comnova 负责控制系统。必须处于控制下的系统包括低温制冷室和中温冷室复合系统与控制机组共处一室。所有故障维修必须加以确认。系统故障和个人报警的故障信息输出与 Biotest 的故障指示灯相连。

房间控制在室温范围。制冷系统也有一个具有时敏性的故障响应开关,可以在显示器上显示参数。此外,机器可根据功率需求启动,并可通过变频器根据需求进行速度控制。该系统通过触摸面板进行操作和监控,该面板还可显示警报。

系统在机械设备室内外设有紧急关闭开关。按下按钮后,系统立即完全关闭。重置按钮并在开关柜处进行确认后,系统将解禁并恢复控制。个人报警只能在等离子储藏室中激活,除了须在开关柜中进行确认外,还必须在该处重置。每次激活都会生成警报,并通知接收区域。

冷盐水由两个丙烷/盐水系统生产。系统通过步进/优先开关和时敏/故障响应开关进行选择。增加了一个装有 521B200 盐水(Greenway)的储罐,专供中温范围的盐水空气冷却器和 CO2 复叠系统。盐水通过丙烷压缩机和过热控制系统保持温度。

容量需求由 PID 控制器确定。PID 控制器对实际吸入压力和标称吸入压力进行持续比较。如果实际吸入压力高于标称吸入压力,PID 控制器会增加其需求。具有时敏性和故障响应切换功能的压缩机通过容量信号得到释放。启动运行时间最短的压缩机。压缩机得到释放后,速度控制也将得到激活。速度控制由 PID 控制器调节。PID 控制器对实际吸入压力和标称吸入压力进行持续比较。同样,PID 控制器通过进行调节防止过热。激活后,PID 控制器将对标称温度与实际过热温度进行比较。实际的过热温度通过计算得出而非直接测量。

CO₂ cascade system for low temperatures with three green BITZER reciprocating compressors on steel construction
用于低温的二氧化碳复叠系统有来自 compact Kältetechnik 的冗余备份。图片:compact Kältetechnik GmbH

整个系统调试成功,运行稳定,符合要求和描述的参数。丙烷系统运行良好。调试后,CO2 系统运行良好,达到预期标称温度 -35°C,并按计划进行维护。

该项目获得 2018 年 Chillventa 奖商用制冷类第一名。

Evaporator plant in a production hall with fans on the ceiling and blue steel construction in the middle
预冷室的冷凝器系统。图片:compact Kältetechnik GmbH

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