冷庫氨制冷系統(tǒng)節(jié)能降耗的途徑

摘 要：本文就冷庫的氨制冷系統(tǒng)的特性和運行中的節(jié)能降耗方面，提出了一些方法和措施，探討了改變現(xiàn)狀的有效途徑和需要加大努力的方向，引導(dǎo)同行從安全的角度集思廣益，提升氨制冷技術(shù)系統(tǒng)的生命競爭力。

關(guān)鍵詞：氨制冷系統(tǒng);節(jié)能降耗;制冷劑;冷庫

前言：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的需求不斷提高，冷藏冷凍的食品量也隨之飛速增長，對冷庫的發(fā)展建設(shè)提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。冷庫是冷藏鏈的重要環(huán)節(jié)，是冷藏業(yè)的根基所在。我國現(xiàn)有的冷庫建設(shè)年代久遠(yuǎn)，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，冷卻效果比較差，導(dǎo)致能耗非常高，已不再適應(yīng)現(xiàn)今社會的發(fā)展需要，以此應(yīng)當(dāng)加大力度進(jìn)行改造、改建。

1.氨制冷技術(shù)應(yīng)用的重要性

這些年來，國際環(huán)境組織根據(jù)全球溫室效應(yīng)的不斷加劇和臭氧層的破壞程度，已經(jīng)達(dá)成共識逐漸限制到明令禁止氟利昂類的制冷劑在大型制冷設(shè)備中的使用。天然制冷劑越來越受到科技研發(fā)工作者們的青睞，氨制冷技術(shù)越來越受到重視，各國已經(jīng)投入大量的人力物力和財力進(jìn)行氨制冷系統(tǒng)和其安全性能的研發(fā)跟生產(chǎn)當(dāng)中。氨作為價格低廉、容易制備的制冷劑，其優(yōu)點是：單位容積內(nèi)制冷量大，工作壓力比較適中，放熱系數(shù)較高，在潤滑油中不會溶解，在管道中的流動阻力非常小;主要的缺點就是有刺激性的臭味，屬于有毒物質(zhì)，會燃燒并引發(fā)爆炸，容易發(fā)生泄漏事故，對銅合金與銅金屬有嚴(yán)重的腐蝕作用。[1]

2.冷庫中應(yīng)用氨制冷系統(tǒng)時需要改進(jìn)的具體方面

2.1制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)的改進(jìn)

壓縮式制冷過程中，壓縮機(jī)的能量消耗所占比例最為巨大。我國現(xiàn)在大型冷庫系統(tǒng)，大部分采用以氨為主要制冷劑的活塞式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)。此制冷系統(tǒng)的能量調(diào)節(jié)存在著部分缺陷，即在負(fù)荷調(diào)節(jié)時無法進(jìn)行無級變速，只能通過手動加卸載，導(dǎo)致冷庫系統(tǒng)綜合性能比較弱，能量消耗非常大。但是相對于螺桿式的壓縮機(jī)，在機(jī)器結(jié)構(gòu)上比較簡單，各個組成部件發(fā)生損壞的幾率很小，使用壽命相比之下很長，其結(jié)構(gòu)對于濕壓縮的敏感度比較弱。螺桿式壓縮機(jī)的熱力性在中低等制冷量的范圍下表現(xiàn)良好，相比壓縮式制冷調(diào)節(jié)性能持平，能夠快速適用突發(fā)的苛刻工況。以下簡要介紹一下螺桿式壓縮機(jī)的基本性能：

2.1.1螺桿式壓縮機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡單，結(jié)構(gòu)部件容易發(fā)生損壞的部分比較少，由此得知其使用壽命相對較長，也可以進(jìn)行自動化的操作。[2]

2.1.2螺桿式壓縮機(jī)最主要的特征就是可以進(jìn)行強(qiáng)制性輸送氣體，換言之，就是工作壓力在較低的程度上影響著輸氣量，工作效率相對較高。

2.1.3螺桿式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速比較高，每分鐘能達(dá)到3000r以上，并且體積比較小，有很好的經(jīng)濟(jì)性能。

2.1.4螺桿式壓縮機(jī)跟活塞式壓縮機(jī)的最大區(qū)別在于，螺桿式壓縮機(jī)沒有排氣閥和吸氣閥，壓縮結(jié)構(gòu)性非常簡單，其全部的支撐點都屬于滾動型，設(shè)計過程中都是半密封狀態(tài)，摒棄了過去密封式的設(shè)計方法，保障了氣體能夠進(jìn)行良好的泄漏。

2.1.5螺桿式壓縮機(jī)不具備活塞式壓縮機(jī)的往復(fù)循環(huán)的質(zhì)量慣性力，因此其在動力平衡性能上表現(xiàn)良好，將基礎(chǔ)能量消耗降到了最低值。

2.1.6螺桿式壓縮機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)型工作方式進(jìn)行壓縮，不具備其他類型壓縮機(jī)的離心式或往復(fù)式的壓縮運動模式，因此在進(jìn)行壓縮工作的排氣過程中所產(chǎn)生的壓力震蕩非常低，其主要原因是螺桿在工作旋轉(zhuǎn)過程中，回收壓縮一周發(fā)生的平均震蕩次數(shù)在6次左右，機(jī)器平穩(wěn)性能較好。

近些年來，在國際社會的發(fā)達(dá)國家使用的螺桿式壓縮機(jī)已經(jīng)可以進(jìn)行變頻調(diào)速工作，這就為我國的氨冷凍系統(tǒng)進(jìn)一步增強(qiáng)氨高性能螺桿式壓縮機(jī)的應(yīng)用和推廣產(chǎn)生了促進(jìn)式的影響。

2.2制冷系統(tǒng)中的換熱器部分

2.2.1冷凝器部分

我國大部分的冷庫系統(tǒng)普遍使用的是殼管式冷凝器，殼管式冷凝器的主要工作原理是利用水的溫度增加產(chǎn)生的熱量有效地帶走冷來凝熱。其缺點是用水量巨大，而且必須采用循環(huán)水，據(jù)此特點需配置與之相對應(yīng)的冷卻塔。這無疑就加大了資金投入力度，更增加了實際占地面積和相關(guān)的維修、保養(yǎng)和管理等費用。與蒸發(fā)式冷凝器的冷卻水系統(tǒng)相比較而言，殼管式冷凝器的水泵消耗的能量巨大，但蒸發(fā)式冷凝器能夠?qū)λM(jìn)行高效的冷卻，不再需要額外配置相應(yīng)的冷卻塔，并且此冷凝器在機(jī)器構(gòu)造上十分緊湊，所耗費的用水量相對比較少，但是在實際應(yīng)用過程中，經(jīng)常會發(fā)生管組一定程度上結(jié)垢等問題，此缺點極大的限制了蒸發(fā)式冷凝器的推廣進(jìn)程。[3]

2.2.2制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)器部分

截止到目前，科技的不斷發(fā)展進(jìn)程中，還沒有發(fā)現(xiàn)和制造出可以與氨進(jìn)行有效溶解的溶滑油，由此導(dǎo)致在氨制冷系統(tǒng)工作當(dāng)中，一直以來，蒸發(fā)器在換熱性能方面都非常差。在氨庫中經(jīng)常使用的液式管殼蒸發(fā)器具備比較高的傳熱系數(shù)值，雖說其外形看起來尺寸相對比較小，但內(nèi)在充灌量卻非常大，近些年，為了能夠?qū)崿F(xiàn)降低充灌量，更大程度上加強(qiáng)液式管殼蒸發(fā)器換熱方面的性能，科技研發(fā)人員在強(qiáng)化換熱的探索研究方面，逐步加入了納米科技，在相當(dāng)大的程度上降低了制冷劑本身的粘性，有效地降低了流動阻力系數(shù)，并在一定程度上改善了制冷劑分配不均的工作問題，這些重要的研究成果值得采納和借鑒。

3.進(jìn)一步完善簡化冷卻系統(tǒng)，更快速地實現(xiàn)全智能化控制

隨著科學(xué)技術(shù)上的不斷進(jìn)步，相信不久的將來科研工作者能夠成功研發(fā)出與氨進(jìn)行有效相溶的溶滑油，在這基礎(chǔ)上，就可以在設(shè)計過程中省略掉使用集油器、油氨分離器和相關(guān)的閥門等構(gòu)造設(shè)施。在氨制冷系統(tǒng)中，充分合理利用氨電子膨脹閥以后也能夠省略去低壓循環(huán)桶之類的相關(guān)設(shè)備，與此同時，在使用了蒸發(fā)式的冷凝器以后，能夠免除安設(shè)循環(huán)水泵所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)花費。

4.加強(qiáng)提高維護(hù)結(jié)構(gòu)具備的優(yōu)良隔熱性能

從施工和設(shè)計兩方面綜合來看，冷庫采取節(jié)能的有效措施之一必然是降低深入冷間的熱負(fù)荷。由于多數(shù)冷庫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷占總體負(fù)荷的百分比較大，而其產(chǎn)生的傳熱量又與傳熱系數(shù)密切相關(guān)，因此隔熱材料的質(zhì)量好壞就決定著維護(hù)結(jié)構(gòu)的隔熱性能。目前經(jīng)常使用的隔熱材料包括海泡石、硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料和軟木等，另外還可以征集隔熱層厚度來降低消耗。

5.制冷系統(tǒng)中的安全措施

氨本身具有可燃性和一定的毒性，直接接觸皮膚會引發(fā)凍傷、燒傷，又能以任意比例和水相溶，形成氨水，即使在低溫狀態(tài)下，水也不會析出與凍結(jié)，但是氨液中溶有水后，蒸發(fā)溫度就會提高，對金屬有腐蝕作用。因此在安裝時要嚴(yán)格地試壓試漏，配備氨氣含量報警和檢測裝置，設(shè)立獨立的水系統(tǒng)裝置，以備發(fā)生泄漏時，立即供水解決。

5.1在車間、機(jī)器設(shè)備附近，禁止堆放其他物品，保持通道無障礙暢通，貨物與冷卻管保持規(guī)定距離。

5.2設(shè)立車間工作日記和機(jī)器與設(shè)備的記錄本，詳細(xì)記載技術(shù)數(shù)據(jù)、檢修過程和相關(guān)事故等情況。

5.3配備急救箱、防毒面具和其他保護(hù)性用具，并放在醒目易取的位置，標(biāo)明使用步驟和方法。

結(jié)束語：

冷庫氨系統(tǒng)的節(jié)能降耗問題復(fù)雜多樣，根據(jù)目前國內(nèi)的環(huán)保要求，更應(yīng)該著重這個方向的研發(fā)力度，借鑒國際先進(jìn)技術(shù)，改善現(xiàn)狀。

參考文獻(xiàn)：

[1]張宇.氨制冷系統(tǒng)中液氨儲罐工藝流程優(yōu)化設(shè)計[J].當(dāng)代化工，2021，50（01）：237-239.

[2]唐思明.氨制冷壓力容器更換升級改造時如何安全快捷抽空氨[J].中外酒業(yè)·啤酒科技，2020（11）：17-22.

[3]馬一太，王派.2022年北京冬奧會國家速滑館CO_2制冷系統(tǒng)和國家雪車雪橇中心氨制冷系統(tǒng)的簡介[J].制冷技術(shù)，2020，40（02）：2-7.

作者簡介：

張存建（1980—），男，漢族，山東省煙臺市人，本科學(xué)歷，工程師職稱（工程技術(shù)），主要研究方向，制冷系統(tǒng)安裝。