丙烯螺桿制冷機組簡介

于 明

(大連冷凍機股份有限公司，遼寧大連西南路888號 116033)

在制冷領域，丙烯代號為R1270，屬于不飽和碳氫化合物制冷劑。對臭氧層完全沒有破壞，并且溫室效應亦非常小。丙烯是一種環境友好型制冷劑，屬于A3類制冷劑［1］。主要用于替代R22、R502等制冷劑，使用在低溫制冷設備中。

1 R1270，R22，R290 與 R717 的對比

丙烯(propylene，CH2=CHCH3)的分子量42.08，密度0.5139 g/cm3(20.4℃)，冰點 －185.3℃;沸點－47.7℃，閃點－108℃，易燃，爆炸極限為2% ～11.1%［2］;ODP 為 0，GWP 為 20［3］。

表1 R1270，R22，R290與 R717 的對比Table 1 Comparison between R1270，R22，R290 and R717

由表1可知，在同等工況下(－35℃/35℃，過熱度為0，過冷度為0):

1.單位容積制冷量qv:R1270＞R22＞R717＞R290;

2.單位容積軸功率WV:R1270＞R22＞R717＞R290;

3.COP:R717＞R22＞R1270＞R290。

2 丙烯制冷的基本原理

丙烯螺桿制冷機組主要由帶經濟器的丙烯螺桿壓縮機組、冷凝器、貯液器、供液閥組、氣液分離器、蒸發器組成。

丙烯制冷劑在蒸發器里，丙烯由液體蒸發變成低溫低壓的氣體，丙烯氣體經由氣液分離器進行氣液分離，分離后的純丙烯氣體則被丙烯螺桿壓縮機吸入，通過壓縮機的吸氣過濾器進入壓縮機的吸氣腔，壓縮機內部有兩個水平放置的陰陽轉子，轉子在電動機的帶動下，互相嚙合，將吸入的丙烯氣體壓縮，提高壓力，同時溫度也隨著壓縮而提升，高溫高壓的丙烯氣體由壓縮機排氣口排出到冷凝器，在冷凝器中，高溫高壓的丙烯氣體被冷卻水冷卻，冷凝形成丙烯液，冷凝后的丙烯液進入貯液器貯存緩沖，丙烯液由貯液器在高壓的作用下，供液到經濟器，丙烯液在經濟器中進一步過冷，過冷后的高壓液體經由供液閥組節流降壓，同時溫度達到工況的蒸發溫度，節流降壓后的丙烯液進入氣液分離器，由氣液分離器給各個蒸發器供液，丙烯進入各個蒸發器，蒸發換熱，達到制取工藝低溫的目的，由此丙烯制冷劑在密閉的制冷系統中循環。

圖1 丙烯制冷的基本原理圖Fig.1 Basic schematic diagram about propylene refrigeration

3 丙烯用于制冷機組時的注意事項

3.1 關于材質相容性方面

3.1.1 對非金屬材料

隨著時間的不斷推移，我國市場整體水平逐漸得到了一個整體性的提高，并且在互聯網的影響之下出現了新媒體市場的過渡趨勢。因為時代進步的速度非常快，所以，企業要想得到更為理想的發展就也必須要適應市場上快速的發展節奏和流行風格，為自己的企業引進先進的新媒體技術。例如向市場投放情景式廣告，并且將其呈現在相應城市中的標志性建筑上或者是地鐵的通道中。例如將廣告與電視劇、電影等影視作品相結合，將企業相應的產品放置在影視劇的環境中，利用各個演員的明星效應來帶動相應企業產品的銷量。

根據《腐蝕數據手冊》第824頁，丁腈橡膠不能用于丙烯介質機組。第838頁，氯丁橡膠不能用于丙烯介質機組。第852頁，丁基橡膠不能用于丙烯介質機組。第873頁，氟橡膠能用于丙烯介質機組［4］。

用于壓縮機內部的O形密封圈和PG型骨架式油封的材質可采用氟橡膠。機械密封需作特殊設計，以確保適合丙烯介質。油泵、吸氣過濾器、油粗過濾器、油精過濾器、油分濾芯中的膠圈應改為氟橡膠。

閥門的密封元件可以采用聚四氟乙烯。

3.1.2 對金屬材料

碳鋼:根據《腐蝕數據手冊》99頁，碳鋼能用于丙烯介質機組。

不銹鋼:根據《腐蝕數據手冊》218頁，不銹鋼能用于丙烯介質機組。

鋁:根據《腐蝕數據手冊》302頁，鋁能用于丙烯介質機組。

銅:根據《腐蝕數據手冊》351頁，銅能用于純丙烯介質機組。如果丙烯里含有大量乙炔雜質，則需另外考慮其它金屬材料。

黃銅:根據《腐蝕數據手冊》373頁，黃銅能用于純丙烯介質機組。如果丙烯里含有大量乙炔雜質，則需另外考慮其它金屬材料。

3.2 易燃易爆性對機組設計的特殊要求

3.2.1 對電氣元件的要求

所有電器元件，如電機、油分離器的電加熱器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位開關、電磁閥、電子膨脹閥等均采取防爆措施。一般來說，防爆等級可以為dⅡBT4。如果是可調壓縮機，其內容積比測定機構(直線位移傳感器)要求的防爆等級至少為dⅡBT4。

電機安全罩應采用無火花材料1060。

3.2.2 對制冷壓力容器的要求

由于丙烯屬于A3類制冷劑，對于丙烯介質的制冷壓力容器，根據NB/T 47012—2010《制冷裝置用壓力容器》，碳素鋼、低合金鋼容器應進行焊后熱處理，不銹鋼容器不需要。碳素鋼、低合金鋼的第Ⅱ類和第Ⅲ類容器的圓筒A類焊接接頭應按每臺容器制備產品焊接試件，不銹鋼容器不需要。A、B、D類焊接接頭應采用全焊透結構。第Ⅱ類容器的A類和B類焊接接頭需進行100%射線或超聲檢測，公稱直徑小于250 mm的接管與長頸法蘭、接管與接管對接連接的焊接接頭，需對表面進行100%磁粉或滲透檢測。

丙烯屬于易燃易爆介質，根據TSGR0004—2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》，鑄鐵材料不能用于設計壓力大于或等于0.15 MPa的丙烯壓力容器主要受壓元件。接管(凸緣)與殼體之間的接頭設計以及夾套壓力容器的接頭設計，應當采用全焊透結構。當在安全閥或者爆破片的排出口裝設導管，將排放介質引致安全地點，并且進行妥善處理，不得直接排入大氣。如果安全閥與壓力容器之間設有截止閥，壓力容器正常運行期間截止閥必須全開(加鉛封或者鎖定)，截止閥門的結構和通徑不得妨礙安全閥的安全卸泄。液面計要有防泄漏的保護裝置。

3.3 機組油路的設計

丙烯螺桿壓縮機擬采用噴油螺桿壓縮機型式，在機組設計上需考慮油路設計的合理性。油路系統主要承擔壓縮機的噴油冷卻、潤滑和密封，同時承擔壓縮機軸承潤滑和能量調節的控制。不可調機組一般可以采用雙油路設計，一用一備，自動切換，實現在線維修更換過濾芯等工作。可調機組一般采用雙油精。

機組潤滑油可以選用美國CPI的CP4600-68。

4 丙烯螺桿機組的制冷量和軸功率的計算

現以制冷工況:蒸發溫度－35℃，冷凝溫度35℃為例進行制冷量和軸功率的計算。取吸氣過熱度為5℃，液體過冷度為5℃。制冷循環lg P-h圖見圖2，計算用的相關數值見表2。

圖2 制冷循環lg P-h圖Fig.2 lg P-h graph of refrigeration cycle

表2 計算用的相關數值Table 2 Relative value for calculation

4.1 制冷量計算

制冷量:Q0=Mr×(h1－h5)

式中，qvt為低壓級壓縮機理論容積流量，m3/h，對于LG20壓縮機，取qvt=1215 m3/h;ηv為容積效率，通常 ηv=0.75 ～0.95［5］，取 ηv=0.827; υ1為低壓級吸氣狀態制冷劑比容，m3/kg。

4.2 軸功率計算

壓縮機的軸功率為:

式中，ηad為壓縮機的絕熱效率，通常ηad=0.65～0.75，取 ηad=0.65。

4.3 主電機的選用

電機功率一般取軸功率的1.1倍，再圓整至通用規格，即選用200 kW的主電機。

5 結束語

丙烯是一種環境友好型制冷劑。通過與R717，R22，R290對比，可知丙烯的單位容積制冷量較高;丙烯螺桿制冷機組主要由丙烯螺桿壓縮機、冷凝器、貯液器、經濟器、供液閥組、氣液分離器、蒸發器組成。丙烯機組的非金屬材料可以采用氟橡膠和聚四氟乙烯。制冷劑為純丙烯時，丙烯機組的金屬材料選材比較廣泛。如果丙烯制冷劑中含有大量乙炔雜質，金屬材料最好不采用銅和黃銅。丙烯的易燃易爆性對機組設計有一些特殊要求，如，電器元件的防爆等級一般采用dⅡBT4，壓力容器需要焊后熱處理等。機組可以采用雙油路，使機組不間斷運行。機組潤滑油可以選用美國CPI的CP4600-68。舉例進行了丙烯機組的制冷量和軸功率的計算。通過對丙烯制冷機組的簡介，希望與大家互相交流。

［1］GB/T 7778—2008制冷劑編號方法和安全性分類［S］.

［2］HG 20660—2000壓力容器中化學介質毒性危害和爆炸危險程度分類［S］.

［3］吳業正.制冷原理及設備［M］.西安:西安交通大學出版社，2010:60.

［4］左景伊.腐蝕數據手冊［M］.北京:化學工業出版社，1982:824-873.

［5］邢子文.螺桿壓縮機——理論、設計及應用［M］.北京:機械工業出版社，2000:99-102.