冷庫制冷系統(tǒng)及其自動(dòng)化研究①

路延年

摘 ? 要：本文通過案例分析的方式，對(duì)冷庫制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)備型號(hào)選擇進(jìn)行分析，并以冷庫中自控系統(tǒng)為例，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)在冷庫的控制層、監(jiān)控層和設(shè)備層中的應(yīng)用加以闡述，旨在通過本文研究，為冷庫的自控發(fā)展與性能提升提供借鑒作用。

關(guān)鍵詞：冷庫 ?制冷系統(tǒng) ?自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TB657 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）09（a）-0047-02

冷庫可用于儲(chǔ)存肉類、果蔬、水產(chǎn)等物質(zhì)的特殊建筑物，主要作用是通過人工制冷的方式延長物品的保質(zhì)期。近年來，冷庫的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，規(guī)模日益增大，對(duì)電能的消耗量逐漸增加，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)選擇合適的設(shè)備，采用科學(xué)的設(shè)計(jì)方式，并將自動(dòng)化技術(shù)引入其中，以此來提高系統(tǒng)的可靠性與節(jié)能性。

1 ?冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某冷庫位于浙江省溫州市，總占地面積53261m2，包括A和B兩座冷庫，前者共有五層，地上四層，地下一層，高度為26.4m，后者共有流層，地上五層，地下一層，高度為32.5m。按照凍魚計(jì)算，該冷庫的總存儲(chǔ)量為5.09萬t;按照存儲(chǔ)水果計(jì)算，可存儲(chǔ)3200t。冷庫東側(cè)6m之外有設(shè)備樓，內(nèi)部設(shè)置配電室、氨機(jī)房等。綜合各項(xiàng)因素，本項(xiàng)目采用螺桿壓縮制冷系統(tǒng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

1.1 設(shè)備選型

（1）制冷壓縮機(jī)。

在物品冷凍存儲(chǔ)期間，計(jì)算機(jī)負(fù)荷在2300kW左右，在物品冷藏存儲(chǔ)期間，負(fù)荷設(shè)置為500kW左右，引入5臺(tái)單級(jí)螺桿壓縮機(jī)組作為冷藏室的主機(jī)。將冷凝溫度設(shè)置為35℃，蒸發(fā)溫度設(shè)置為-33℃，5臺(tái)機(jī)械的聯(lián)合制冷量為2405kW，與冷負(fù)荷所需要求充分符合。在物品冷藏過程中，開啟一臺(tái)螺桿壓縮機(jī)組，將冷凝溫度設(shè)置為35℃，蒸發(fā)溫度設(shè)置為-8℃，該機(jī)械的聯(lián)合制冷量為550kW，與冷負(fù)荷所需要求充分符合。

（2）冷凝器。

在制冷系統(tǒng)中，冷凝器起到熱交換作用，主要分為水冷式、冷卻式、蒸發(fā)式等類型，其中蒸發(fā)式具有排熱性能強(qiáng)、需水量少、節(jié)能性強(qiáng)等特征，在當(dāng)前制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到普及，本項(xiàng)目采用此類冷凝器進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在選型過程中，首先要明確系統(tǒng)的冷凝熱負(fù)荷，在適當(dāng)修正后，使系統(tǒng)排熱量需要得到充分滿足，再對(duì)其進(jìn)行風(fēng)扇耗電量計(jì)算，選擇電量消耗最低的冷凝器進(jìn)行使用。與該項(xiàng)目所處區(qū)域相結(jié)合，該地較為偏僻，氨的獲取難度較大，因此選擇ZA-10型貯氨器，容積設(shè)置為10m3。

（3）氨泵和低壓循環(huán)貯液桶。

通常情況下，低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對(duì)高區(qū)、地區(qū)分別進(jìn)行氨泵和低壓液桶的選型。在本項(xiàng)目中，將氨泵劃分為高低兩個(gè)區(qū)域，其中低區(qū)負(fù)責(zé)一、二層，高區(qū)負(fù)責(zé)三、四、五層。同時(shí)，在設(shè)置低壓桶時(shí)應(yīng)符合多樣化蒸汽溫度需求，在物品冷藏過程中，將對(duì)不同冷庫進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置，這樣做可使各個(gè)設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，一旦出現(xiàn)故障不會(huì)影響其他冷庫的正常使用，同時(shí)也為維護(hù)和管理提供更多便利[1]。

1.2 設(shè)計(jì)方法

在氨機(jī)房的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，氨機(jī)房的位置處于冷庫東側(cè)附屬樓中，制冷壓縮機(jī)組為雙列式同向布置，在冷藏、冷凍間引入六臺(tái)制冷壓縮機(jī)，其中一臺(tái)設(shè)置在與自動(dòng)控制室相近的位置，為后續(xù)設(shè)備增加提供便利。在機(jī)頭布置方面，將排氣閥門設(shè)置在機(jī)組中間的關(guān)鍵通道中，將排氣管設(shè)置在通道上方，此種布置方式較為緊湊，可節(jié)省大量建筑空間;將四臺(tái)低壓循環(huán)貯液桶安裝在平臺(tái)中，與物品冷卻室相對(duì)，將立式低壓桶設(shè)置在氨泵的正下方。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，本項(xiàng)目中供液回氣調(diào)節(jié)站設(shè)置在冷庫穿堂位置;調(diào)節(jié)站可安裝在設(shè)備平臺(tái)上，與供液調(diào)節(jié)站相結(jié)合，具有回氣、供液、沖霜排液等多項(xiàng)作用，液體從氨泵中流出后經(jīng)過供液集管的分配，使液體得以蒸發(fā)，形成氣體和液體相混合的流體，通過回氣集管后輸入到低壓桶進(jìn)氣口之中。

在熱氨沖霜過程中，利用油分離器對(duì)液體進(jìn)行收集，并輸送到?jīng)_霜冷間之中，閉合對(duì)應(yīng)的回氣閥門，在高溫環(huán)境下，氨氣被加熱后進(jìn)入冷間之中進(jìn)行融霜處理，釋放出的熱量成為液體，經(jīng)過集管后進(jìn)入到低壓貯液桶之中。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式相比，該項(xiàng)目中調(diào)節(jié)站的管路設(shè)計(jì)較為通常，有效克服以往設(shè)計(jì)中存在的管路閉塞情況，使低溫回氣的壓力得以降低，在很大程度上使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率得以提升[2]。

2 ?冷庫制冷自控系統(tǒng)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國許多冷庫控制的自控程度較低，但自控與手動(dòng)控制相比，前者在電能節(jié)約方面要比后者節(jié)約5%～15%左右，由于前者在溫度、濕度等方面較為精準(zhǔn)，因此冷凍后的食品質(zhì)量更佳。對(duì)于大中型冷庫來說，通常堅(jiān)持集中監(jiān)控、分散管理的原則，將自控系統(tǒng)劃分為以下部分進(jìn)行應(yīng)用。

2.1 控制層

在以往的冷庫控制中，主要采用邏輯電路、繼電器、單片機(jī)等，在自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展背景下，冷庫自動(dòng)控制以現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線PLC為基礎(chǔ)，將其與傳統(tǒng)控制方式相對(duì)比，可知后者不但在接線數(shù)量方面有所減少，還可節(jié)約更多系統(tǒng)空間，使工作效率得到顯著提升。在實(shí)際運(yùn)行過程中，可采用內(nèi)部存儲(chǔ)器進(jìn)行程序編寫，對(duì)順序、邏輯等進(jìn)行運(yùn)算，再利用控制元件與機(jī)器相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的模擬傳輸，使多種類型的機(jī)械生產(chǎn)得到有效控制;利用PLC系統(tǒng)進(jìn)行制冷研究可知，在小型冷庫應(yīng)用中，與傳統(tǒng)控制相比，不但在損耗方面有所降低，還可在無人值守的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。

2.2 監(jiān)控層

該層屬于系統(tǒng)的核心層，PLC系統(tǒng)與人機(jī)交互界面相結(jié)合，共同完成信號(hào)傳遞工作，控制人員可通過人機(jī)界面對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，并生成報(bào)表，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄。在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和挖掘十分重要，在冷庫系統(tǒng)中，監(jiān)控層具有數(shù)據(jù)采集功能，通過人機(jī)界面將設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行展示，有助于技術(shù)人員挖掘出隱藏的規(guī)律知識(shí)，使制冷設(shè)備中存在的問題得到有效解決，為用戶在線故障診斷提供便利，為后續(xù)系統(tǒng)升級(jí)和設(shè)備改造提供充足依據(jù)，使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率得到顯著提升，還可節(jié)約大量電能，減少能源消耗。

2.3 設(shè)備層

該層屬于信息冷庫溫濕度控制和信息采集的主要措施，通過感應(yīng)部件來實(shí)現(xiàn)，例如，溫度傳感器可對(duì)冷庫運(yùn)行的采集值和設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，然后通過智能調(diào)節(jié)的方式，對(duì)冷風(fēng)機(jī)的開啟和關(guān)停進(jìn)行控制;對(duì)于蒸發(fā)器來說，可通過程序?qū)Τ獣r(shí)間進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)冷藏庫中的CO2濃度超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可利用CO2傳感器進(jìn)行檢測(cè)和控制;還可安裝多樣化微機(jī)控制溫度傳感器，輸出即時(shí)溫度，對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，使冷庫在無人值守的情況下自動(dòng)運(yùn)行。通過對(duì)溫濕度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)可知，對(duì)將獲取到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，可通過傳感器對(duì)冷庫進(jìn)行有效控制，使設(shè)備運(yùn)行更加安全和穩(wěn)定。此外，設(shè)備層中傳感器作為系統(tǒng)中的重要部分，在未來冷庫的自控發(fā)展中具有十分關(guān)鍵的促進(jìn)作用[3]。

3 ?結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)階段，我國能源日益緊張，在冷庫建造過程中節(jié)能已經(jīng)成為首要問題。對(duì)此，應(yīng)積極引入螺桿壓縮制冷系統(tǒng)，做好控制層、監(jiān)控層和設(shè)備層的功能設(shè)計(jì)，使冷庫更具節(jié)能性、高效性，在實(shí)際應(yīng)用中的效果得到顯著提升。

參考文獻(xiàn)

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[3] 鐘國梁.基于模糊控制的大型冷庫集中式氨制冷系統(tǒng)自動(dòng)化節(jié)能研究[J].電氣自動(dòng)化，2018（3）：8-9.