液氨由於本身具有毒性,可燃及爆炸危險性,包含在國家安全監管總局首批重點監管的危險化學品名錄內,且液氨儲存量超過 10 噸即被判定為重大危險源,因此氨製冷係統受到安全監督部門嚴格監管,對其應用具有很大的限製作用。二氧化碳作為天然製冷劑曆史悠久,由於受到人工合成製冷劑的影響,在國內發展的較晚,因此還沒有得到廣泛的應用,目前由於氟利昂對環境的破壞作用而重登舞台,發展前景看好。
製冷係統的選擇
冷庫按冷藏設計溫度分類可以分為高溫、中溫、低溫和超低溫四大類冷庫:
①高溫冷庫設計溫度為-2℃~+8℃;
②中溫冷庫設計溫度為-10℃~-23℃;
③低溫冷庫設計溫度為-23℃~-30℃;
④超低溫冷庫設計溫度一般為-30℃~-80℃。
冷庫的設計規模按冷藏間公稱容積可分為大型、中型和小型三大類冷庫:
①公稱容積大於20000m3為大型冷庫;
②20000m3~5000m3為中型冷庫;
③小於5000m3為小型冷庫。
為了減小製冷係統製冷劑的充注量,滿足經濟性和安全性要求,一般中小型冷庫采用氟利昂或氨製冷係統,大型冷庫根據冷庫的設計溫度采用氨和二氧化碳複疊/載冷製冷係統或氟利昂和二氧化碳複疊/載冷製冷係統。對於氨和二氧化碳複疊/載冷製冷係統,當製冷係統蒸發溫度高於-25℃,一般采用二氧化碳載冷製冷係統;當製冷係統蒸發溫度低於-25℃時,一般采用二氧化碳複疊製冷係統。
聚氨酯冷庫板以輕質聚氨酯作為冷庫板的內心材料,聚氨酯冷庫板的外部由SII,pvc彩鋼板和不鏽鋼板組件而成,冷庫板材裏麵嵌入了鎖扣,在安裝使用的時候,兩塊板的陰陽槽內埋入的鎖扣相互搭接。
聚氨酯冷庫板一般厚度有:60 75 100 120 150 175 200mm,最低工作溫度可達-120度。冷庫達不到所需溫度的原因,除了製冷機器的原因,一個非常重要的原因,那就是冷庫板質量不過關。
選購聚氨酯冷庫板最重要的一點是板材氣密性。聚氨酯冷庫板氣密性不好的話,冷庫內外的空氣就流通開了,想要達到理想的隔熱保溫效果就必須要加大能源的消耗了;其次就是要注意聚氨酯冷庫板的隔熱保溫性能,這和聚氨酯冷庫板的厚度有關,也和聚氨酯板原材選取有關。
製冷壓縮機組的選擇
製冷壓縮機是製冷係統的心髒,根據冷庫的規模和設計溫度等因素,合理選擇製冷壓縮機組是製冷係統設計的關鍵。
製冷壓縮機根據其工作原理可以分為容積型和速度型兩大類,在冷庫應用領域,通常采用容積型壓縮機,主要包含活塞式壓縮機、螺杆式壓縮機和渦旋式壓縮機。
氨製冷係統一般采用開啟式壓縮機,主要采用開啟式螺杆壓縮機。氟製冷係統一般采用渦旋式壓縮機及半封閉或全封閉式壓縮機,主要采用半封閉式螺杆壓縮機,半封閉式活塞壓縮機和半封閉式渦旋式壓縮機。二氧化碳製冷係統壓縮機選擇比較靈活,當製冷量較小時一般采用半封閉式活塞壓縮機,製冷量較大時一般采用開啟式螺杆壓縮機。 一般大型冷庫製冷係統采用螺杆式壓縮機,小型冷庫製冷係統采用活塞式壓縮機和渦旋式壓縮機。為了滿足製冷係統不同負荷條件下的經濟性要求,以及保證製冷係統運行的可靠性,壓縮機組可采用多個壓縮機並聯組合使用。
供液形式的選擇
製冷係統供液方式分為:直接膨脹供液、重力供液、液泵供液、氣泵供液四種。
冷庫製冷係統較為常用的供液方式為直接膨脹式供液和液泵強製供液,通常小型製冷係統采用直接膨脹式供液係統,大型製冷係統采用桶泵強製供液係統。桶泵強製供液係統與直接膨脹式供液係統相比較,其優缺點如下:
桶泵供液的優點主要有:①蒸發器具有較高的換熱效率,冷卻效果好;②能夠保證長距離供液;③製冷壓縮機的運行工況得以改善,保證製冷壓縮機的安全運轉和提高壓縮機的製冷效率;④係統操作簡單可靠,便於集中控製和實現自動化。
桶泵供液的缺點主要有:①製冷劑充注量大,增加了桶泵機組,機房占地麵積增大,初投資增加;②係統回油較複雜,處理不好會導致整個製冷係統發生運行故障。
製冷係統自動化控製
傳統冷庫自動化程度低、操作人員技術水平較低是我國冷庫事故頻繁發生的主要原因,尤其是氨製冷係統,一旦發生泄漏,極易對人身造成直接傷害,所以提高冷庫中製冷係統自動化程度、減少製冷劑液氨的充注量,對於提高製冷係統安全性可以產生明顯效果。
對於大型製冷係統,一般采用集中 PLC 控製係統,控製係統控製對象主要包括壓縮機、冷風機、蒸發式冷凝器、桶泵、衝霜水泵、事故風機。PLC 自控係統集中設置在控製室,除了監控速凍裝置、製冷機房、液罐區的氨氣泄漏、報警、事故排風、緊急切斷之外,還應設置與氨製冷機組各分控係統之間的數據通訊接口,並具備半年數據儲存、適時顯示各相關安全係統的運行狀態、氨氣濃度等技術指標。
氟利昂製冷係統與氨製冷係統回油方式不同,氨製冷係統隻能用集油器放油,可以將油放出製冷係統外,收集後進行集中處理,再加進壓縮機曲軸箱補油。而氟利昂製冷係統一般采用回油器自動回油,油不放出係統外,直接送至各補油部位,采用封閉式回油的油路設計,回油技術是氟利昂製冷係統設計的關鍵技術。
並聯壓縮機組回油
並聯壓縮機組的關鍵技術是各並聯壓縮機能順利而均衡地回油,從而保證各壓縮機的正常潤滑和工作。
並聯壓縮機組係統的回油問題主要受兩個因素影響:一是係統設計因素,即係統布局與管路設計;二是化學因素,即潤滑油和製冷工質混合物性質。
一般係統布局與管路設計是設計重點,通過係統設計優化,減少甚至消除管道中潤滑油積存現象,增強係統回油能力。渦旋並聯壓縮機組和螺杆並聯壓縮機組適宜采用高壓回油方案,活塞並聯壓縮機組適合采用低壓回油方案。
氟利昂桶泵機組回油
大型氟利昂製冷係統通常采用桶泵強製供液係統集中製冷。在低壓循環桶內,冷凍油與氟利昂分離,由於油比重較氟利昂小,冷凍油聚集在低壓循環桶的上部。氟利昂桶泵供液係統的關鍵技術在於如何將聚集在低壓循環桶上部的冷凍油不停地回流到壓縮機,從而保證壓縮機的正常潤滑和工作,保持製冷係統運行安全。
桶泵回油的關鍵技術在於采取以下三個必要措施:
①在低壓循環桶控製液位的上下各100mm 處,分別設置一根回油管,不管低壓循環桶內的冷凍油液麵處於什麽位置均能通過回油管導出,冷凍油和氟利昂混合液在換熱裝置中分離,氟利昂液體被加熱形成氣體後回到低壓循環桶,冷凍油則被吸入壓縮機回氣管,回到壓縮機。通過調節回油管上的閥門,控製回油量,從而使油路係統均衡;
②選擇高質量高靈敏度的液位控製器,有利於回油係統持續穩定運行;
③采用臥式低壓循環桶,因其截麵相對立式桶大,桶內液麵波動小,更有利於係統回油均衡。
製冷係統壓力管道材質選擇
冷庫製冷係統中最常用的管道材質為 20#碳鋼無縫鋼管,其次為紫銅管、10#碳鋼無縫鋼管和16Mn 低合金鋼管。氨製冷係統製冷管道不能采用銅管。
根據《工業金屬管道設計規範》GB 50316—2000(2008 年版)要求,除了低溫低應力工況外,10#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),20#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),16Mn 低合金鋼管(GB/T 8163)的使用溫度下限分別為-29℃;-20℃;-40℃。在冷庫溫度範圍內,10#碳鋼無縫鋼管應用於低於-29℃工況條件下,隻有部分管徑滿足低溫低應力工況條件。20#碳鋼無縫鋼管可用於低於-20℃工況,滿足低溫低應力工況條件,16Mn 低合金鋼管一般應用於二氧化碳製冷係統及超低溫冷庫製冷係統管道材料。
冷庫製冷係統是一個多種設備組合和關鍵技術運用的綜合體,製冷係統的合理設計是保證冷庫正常運行、環境友好、初投資及後期運行經濟的前提條件。隻有把握好製冷係統設計的各個要點,憑借新技術及經驗不斷優化,才能使製冷係統設計趨於完美。