冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

秦曉穎

大連博森納海洋技術(shù)有限公司 遼寧大連 116600

隨著冷鏈產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)流冷庫(kù)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其建設(shè)數(shù)量也在持續(xù)增多。就冷庫(kù)設(shè)計(jì)而言，人們?cè)谶M(jìn)行新型冷庫(kù)設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了對(duì)現(xiàn)有冷庫(kù)的優(yōu)化改造，從而確保其在產(chǎn)品冷凍、冷藏和保險(xiǎn)方面職能的發(fā)揮。冷庫(kù)制冷效率優(yōu)化是其設(shè)計(jì)改造的重要內(nèi)容。

1 制冷系統(tǒng)的選擇

1.1 制冷劑

當(dāng)前冷庫(kù)內(nèi)部的制冷劑主要包含二氧化碳、氨與氟利昂等，氟利昂的使用品種為R507、R404A與R134a，由于二氧化碳與氨氣的天然屬性，其并不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，此二類制冷劑應(yīng)用較為廣泛。在運(yùn)用氨氣制冷系統(tǒng)的過(guò)程中，由于其易燃易爆炸，且?guī)в卸拘裕a(chǎn)生的液氨屬危險(xiǎn)化學(xué)品，若其儲(chǔ)存量高于10噸，該區(qū)域可被視為重大危險(xiǎn)源，監(jiān)督機(jī)構(gòu)需嚴(yán)格檢查冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中的液氨情形，其應(yīng)用量也會(huì)有所控制[1]。作為天然制冷劑的一種，二氧化碳的使用歷史雖久，但其發(fā)展與應(yīng)用的時(shí)間較晚，目前發(fā)展前景最被看好的制冷劑為氟利昂。

1.2 制冷系統(tǒng)的形式

依照不同溫度的冷藏設(shè)計(jì)，其可分成四種冷庫(kù)，即超低溫冷庫(kù)，該系統(tǒng)的溫度設(shè)計(jì)大多在-30至-80℃之間；低溫冷庫(kù)的溫度在-23至-30℃間；而-10至-23℃則屬中溫冷庫(kù)；高溫冷庫(kù)的溫度在-2至8℃。若根據(jù)規(guī)模的不同，當(dāng)其體積低于5000m3時(shí)，其類型為小型冷庫(kù)；在20000-5000m3之間的為中型冷庫(kù)；大型冷庫(kù)的體積在20000m3以上。為降低制冷劑內(nèi)部的充注量，提升制冷系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，氨氣或氟利昂制冷劑通常作用在中小型冷庫(kù)中，而大型冷庫(kù)大多采用多種制冷劑，即同時(shí)使用兩到三種制冷劑。若制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度在-25℃以下時(shí)，該系統(tǒng)大多采用二氧化碳及氟利昂或氨；如果其溫度在-25℃以上時(shí)，可運(yùn)用氨或氟利昂制冷劑[2]。

1.3 壓縮機(jī)組

制冷系統(tǒng)的中心為壓縮機(jī)組，依照冷庫(kù)內(nèi)部不同的溫度與規(guī)模，壓縮機(jī)組的選擇極為關(guān)鍵。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部的工作原理，壓縮機(jī)可分成速度型與容積型，而在正常溫度下的冷庫(kù)中多數(shù)應(yīng)用容積型，其主要的壓縮機(jī)類型是渦旋式、螺桿式與活塞式壓縮機(jī)。氨氣制冷系統(tǒng)內(nèi)部的壓縮機(jī)主要運(yùn)用螺桿開啟式，而氟利昂制冷系統(tǒng)多為全封閉、半封閉或渦旋式壓縮機(jī)。二氧化碳型制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)形式較靈活，其根據(jù)制冷量的不同而發(fā)生改變，比如，若其制冷量較大，通常為螺桿壓縮機(jī)；制冷量較小時(shí)又會(huì)采用活塞式壓縮機(jī)[3]。小型冷庫(kù)多應(yīng)用渦旋式或活塞式壓縮機(jī)，而螺桿式壓縮機(jī)需應(yīng)用在大型冷庫(kù)中，制冷系統(tǒng)的負(fù)荷不同，則其經(jīng)濟(jì)性要求也會(huì)有所區(qū)別。

2 冷庫(kù)制冷系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)方案

2.1 制冷系統(tǒng)回油技術(shù)

2.1.1 并聯(lián)壓縮機(jī)組回油

并聯(lián)壓縮機(jī)組的關(guān)鍵技術(shù)是各并聯(lián)壓縮機(jī)能順利而均衡地回油，從而保證各壓縮機(jī)的正常潤(rùn)滑和工作。并聯(lián)壓縮機(jī)組系統(tǒng)的回油問(wèn)題主要受兩個(gè)因素影響：一是系統(tǒng)設(shè)計(jì)因素，即系統(tǒng)布局與管路設(shè)計(jì)；二是化學(xué)因素，即潤(rùn)滑油和制冷工質(zhì)混合物性質(zhì)。一般系統(tǒng)布局與管路設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化，減少甚至消除管道中潤(rùn)滑油積存現(xiàn)象，增強(qiáng)系統(tǒng)回油能力。渦旋并聯(lián)壓縮機(jī)組和螺桿并聯(lián)壓縮機(jī)組適宜采用高壓回油方案，活塞并聯(lián)壓縮機(jī)組適合采用低壓回油方案[4]。

2.1.2 氟利昂桶泵機(jī)組回油

大型氟利昂制冷系統(tǒng)通常采用桶泵強(qiáng)制供液系統(tǒng)集中制冷。在低壓循環(huán)桶內(nèi)，冷凍油與氟利昂分離，由于油比重較氟利昂小，冷凍油聚集在低壓循環(huán)桶的上部。氟利昂桶泵供液系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于如何將聚集在低壓循環(huán)桶上部的冷凍油不停地回流到壓縮機(jī)，從而保證壓縮機(jī)的正常潤(rùn)滑和工作，保持制冷系統(tǒng)運(yùn)行安全。桶泵回油的關(guān)鍵技術(shù)在于采取以下三個(gè)必要措施：①在低壓循環(huán)桶控制液位的上下各100mm處，分別設(shè)置一根回油管，不管低壓循環(huán)桶內(nèi)的冷凍油液面處于什么位置均能通過(guò)回油管導(dǎo)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后回到低壓循環(huán)桶，冷凍油則被吸入壓縮機(jī)回氣管，回到壓縮機(jī)。通過(guò)調(diào)節(jié)回油管上的閥門，控制回油量，從而使油路系統(tǒng)均衡；②選擇高質(zhì)量高靈敏度的液位控制器，有利于回油系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行；③采用臥式低壓循環(huán)桶，因其截面相對(duì)立式桶大，桶內(nèi)液面波動(dòng)小，更有利于系統(tǒng)回油均衡。

2.2 制冷系統(tǒng)壓力管道材質(zhì)選擇

冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中最常用的管道材質(zhì)為20#碳鋼無(wú)縫鋼管，其次為紫銅管、10#碳鋼無(wú)縫鋼管和16Mn低合金鋼管。氨制冷系統(tǒng)制冷管道不能采用銅管。根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316—2000（2008年版）要求，除了低溫低應(yīng)力工況外，10#碳鋼無(wú)縫鋼管（GBT8163），20#碳鋼無(wú)縫鋼管（GBT8163），16Mn低合金鋼管（GBT8163）的使用溫度下限分別為-29℃；-20℃；-40℃。在冷庫(kù)溫度范圍內(nèi)，10#碳鋼無(wú)縫鋼管應(yīng)用于低于-29℃工況條件下，只有部分管徑滿足低溫低應(yīng)力工況條件。20#碳鋼無(wú)縫鋼管可用于低于-20℃工況，滿足低溫低應(yīng)力工況條件，16Mn低合金鋼管一般應(yīng)用于二氧化碳制冷系統(tǒng)及超低溫冷庫(kù)制冷系統(tǒng)管道材料。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建設(shè)冷庫(kù)制冷系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)工作極為重要，為保證其運(yùn)行穩(wěn)定，技術(shù)人員運(yùn)用多種關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，嚴(yán)格把握設(shè)計(jì)過(guò)程中的每項(xiàng)環(huán)節(jié)，在積累經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)的基礎(chǔ)上，提升制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，也使該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)更加完善。