液氮洗冷箱堵塞原因分析及对策措施 

一、物料特性对堵塞的影响

1.1 物料的物理化学性质

在讨论液氮洗冷箱堵塞问题的时候，有关物质的物理化学性质发挥着十分重要的作用，比如像熔点、沸点、热导率、比热容这样的数据就会影响到它们在低温环境中具体的行为表现。拿沸点来说，如果这种物质的沸点比较低，小于液氮的温度（-196 度摄氏度），那么在冷箱执行工作的过程中，这种物质很容易发生气化，而且会在冷箱里结成冰晶或者形成固体沉积，这就很可能会造成堵塞。热导率同样重要，它关乎着该物质在冷热交换当中传递热量的效率，要是它的热导率比较低，那么在冷热交换期间可能出现某些局部温度偏高或者偏低，进而改变这种物质的物理性质，也加大了堵塞的可能性。

1.2 物料在低温下的行为特性

液氮洗冷箱堵塞问题的深入探究过程中，物料在低温条件下的行为特性成为重要因素之一，物料处于低温环境时，其物理化学性质会发生明显改变，这些变化直接关联到物料的流动性、黏度以及可能出现的相变情况。以某类物料为例，在接近其凝固点时，黏度会急剧增大，进而使得流动性降低，堵塞风险也随之提升。就液氮洗冷箱而言，物料的凝固点和黏度变化是设计流道并选定操作参数时务必考量的关键参数，按照 Arrhenius 方程，反应速率常数同温度存在指数关系，低温状况下化学反应速率会大幅下降，这种情形在某种程度上有益于减小堵塞，当反应物在低温环境下形成固态沉积物时，堵塞问题反而会被放大。

二、设备设计因素分析

2.1 冷箱结构设计的缺陷

液氮洗冷箱堵塞问题的深入剖析显示，冷箱结构设计存在缺陷是不能轻视的重要因素。拿冷箱内部流道设计太窄来说，低温环境会致使物料流动性变差，堵塞风险随之上升，依照流体力学原理，流道截面积和流速成反比，狭窄的流道会导致流速增大，物料颗粒在流道里的碰撞概率加大，形成堵塞现象。在某个化工厂里，冷箱流道设计宽度仅仅达到原设计标准的 70% ，物料经过时速度明显加快，最后在冷箱弯头处产生堵塞。要解决堵塞问题，可以依靠计算流体动力学（CFD）模拟分析，改良流道设计，保证流道宽度和形状适合物料的物理化学性质以及低温下的行为特点，从而削减堵塞出现的概率。

2.2 流道设计对堵塞的影响

液氮洗冷箱系统里，流道设计是否合理，直接影响到物料流动是否顺畅，进而影响整个系统的运行效率和稳定性。如果流道设计不合理，可能会导致物料在低温环境下出现堵塞情况，这不但会影响冷箱的热交换效率，还可能造成设备故障甚至导致生产中断。拿流道过窄的情况来说，物料中的固体颗粒或者杂质在低温环境下很容易凝结，从而形成堵塞点。据相关研究，流道截面积缩减 10% ，流速大概要增长 20% ，这无疑会加大堵塞风险，所以在设计流道的时候，务必把物料的物理化学性质以及在低温下的行为特性考虑进去，保证流道尺寸足够大，从而减小流体阻力并防止堵塞。

三、操作过程中的不当因素

3.1 操作参数设置不当

液氮洗冷箱操作时，参数设置不恰当是产生堵塞现象的常见原因之一。如冷箱内温度控制参数设置得过高，就达不到将物料降温到其凝固点以下的效果，物料会在冷箱里沉积下来，造成堵塞。按照热力学原理，每种物料都有其独特的相变温度，操作人员若未依照物料的物理化学属性准确调整温度参数，便可能致使物料在低温环境下发生改变，进而干扰冷箱的正常运行。某化工厂没有充分考虑物料特性，就把冷箱温度设成 -170^∘ ° C，而该物料的凝固点为-180^∘ C，于是产生了物料在冷箱里部分固化，最后引发堵塞的情况。

3.2 操作人员技能与经验不足

液氮洗冷箱堵塞问题解决策略当中，操作人员技能和经验缺乏是不可轻视的因素，液氮洗冷箱工作于极低温环境，对操作人员的专业知识及技能有着非常高的要求。拿物料的物理化学性质来说，如果操作人员没有准确把握这些性

质，就可能在低温环境下错误地预估物料的行为，从而影响到流道的设计是否恰当，冷箱结构是否有效。按照一项有关化工设备操作失误的调查研究显示，大概有 30% 的设备故障同操作人员技能缺乏有关。

四、对策措施的制定与实施

4.1 设备改造与优化方案

针对液氮洗冷箱堵塞问题，设备改造与优化方案的拟定十分重要。先要仔细审查冷箱的结构设计，找出可能引发堵塞的毛病。借助 CFD 模拟可以找到流道设计里那些存在死角或者低流速之处，这些地方容易堆积物料并造成堵塞现象，按照模拟得到的结果，就可以对冷箱内部结构展开改造工作。对于那些容易凝固或者结垢的物料来说，可以在冷箱里面装上加热元件或者用一些抗结垢的材料来阻止物料在低温环境下凝固或者结垢。对设备进行改造以及优化方案的执行要同预防手段和保养策略结合起来，像安装在线检测系统这种做法就比较典型，它可以即时观测到冷箱内部的温度，压力以及流速之类的参数变化情况，从而尽早察觉到堵塞现象出现的苗头并采取相应措施。

4.2 操作流程的改进与标准化

在液氮洗冷箱堵塞问题解决策略里，操作流程的改良与标准化是重要部分，利用数据分析以及故障树分析（FTA）模型，可以针对操作流程中存在的危险加以识别并评定。拿收集过往操作数据来说，可以找出某些操作参数设定不合理造成堵塞的次数及其形式，进而改善那些参数的设定，而且操作人员的技能和经验对于流程顺利开展也极为关键，所以制定一套标准化的操作训练程序，结合案例分析和模拟演练，可以明显提升操作人员对异常情况的辨识及处理水平。

五、预防措施与维护策略

5.1 定期检查与维护的重要性

液氮洗冷箱在运作的时候，定时检查和养护是保证设备稳定运作，延长使用寿命的重要环节，按照工业保养的“预防胜过医治”准则，定时的检查可以尽早察觉潜藏的堵塞情况，免除因为堵塞引发的生产停止和设备毁坏。拿定期开展冷箱内部检查来说，可以找到那些在低温环境下形成的细小结晶体，要是这些结晶体不及时清除，就会慢慢积聚起来，最后造成流道被堵住。保养策略还要包含对操作人员展开定期培训，使得他们可以辨认并应对堵塞的早期征兆。

5.2 员工培训与操作规程的构建

经过定期的培训，员工能了解物料的物理化学性质，以及在低温下的表现，这样就能在操作时采取更准确的措施。如按照物料特性员工可以学会怎样调整操作参数，以免因为参数设置不合适引发堵塞现象。在操作规范的创建上，要制订一套标准的操作流程，保证每个操作步骤都符合最佳操作方法，而且可以利用案例研究当作培训资料，让员工从已经发生的堵塞事件里吸取教训，知晓在类似情况下怎样采取恰当的应对办法。

参考文献：

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[2] 姜云 , 李鹏 , 方大勇 . 液氮洗装置冻堵工况分析与对策 [J]. 氮肥与合成气 ,2023,51(10):33-35+43.