淺談冷庫(kù)氨制冷系統(tǒng)節(jié)能降耗的途徑

蘇榮壯

摘要：文章就冷庫(kù)氨制冷系統(tǒng)的特性和系統(tǒng)運(yùn)行中的節(jié)能降耗提出了一些方法和途徑，同時(shí)探討了可以改進(jìn)的措施和需要努力的方向。

關(guān)鍵詞：冷庫(kù)；制冷劑；氨制冷系統(tǒng)；節(jié)能降耗；壓縮機(jī)；換熱器

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，冷凍冷藏食品每年以5%～10%的速度迅速增長(zhǎng)，這無(wú)疑對(duì)冷庫(kù)的建設(shè)發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，但針對(duì)以氨為制冷劑的集中式系統(tǒng)冷庫(kù)現(xiàn)狀而言有許多不利因素。我國(guó)現(xiàn)有的大中型冷庫(kù)大多在20世紀(jì)70～80年代由國(guó)家投資建造而成，這些冷庫(kù)裝備陳舊，工藝落后，冷卻設(shè)備耗金屬量大，安全措施很不完善，管理、維修人員業(yè)務(wù)水平相對(duì)較低，存在較大的安全隱患。冷卻效果也差，自動(dòng)化程度較低，導(dǎo)致能耗較高，已不適應(yīng)現(xiàn)在社會(huì)環(huán)境的發(fā)展需要，因此應(yīng)加大改造、改建力度。

1氨制冷劑應(yīng)用的必要性

自1987年《蒙特利爾議定書(shū)》簽訂以來(lái)，制冷界為了保護(hù)地球大氣臭氧層免遭破壞，緩解全球變暖的速度，在短期內(nèi)很快發(fā)現(xiàn)一種理想的制冷劑也極不可能的前提下，人們把眼光又重新轉(zhuǎn)向了對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)無(wú)害的氨、二氧化碳等自然工質(zhì)。氨是一種值得推廣的制冷劑，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉且易制備，工作壓力適中，單位容積制冷量大，不溶解于潤(rùn)滑油，放熱系數(shù)高，在管道中流動(dòng)阻力小，易發(fā)生泄漏。不足之處是有刺激性臭味、有毒、會(huì)燃燒和爆炸，對(duì)銅和銅合金有腐蝕作用。

2氨制冷系統(tǒng)應(yīng)用于冷庫(kù)當(dāng)中需要進(jìn)一步做的改進(jìn)內(nèi)容

2.1壓縮機(jī)

針對(duì)壓縮式制冷過(guò)程中消耗的能量，壓縮機(jī)占據(jù)的比例最為龐大。我國(guó)的冷庫(kù)系統(tǒng)大多數(shù)以氨作為主要的制冷劑，多數(shù)都采用活塞式壓縮機(jī)，在對(duì)能量調(diào)節(jié)的過(guò)程中存在一定的缺陷，無(wú)法進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)程中的無(wú)極變速，只能夠利用手動(dòng)進(jìn)行加卸載，所以冷庫(kù)系統(tǒng)具有的綜合性能較弱，消耗能量大。但是對(duì)于螺桿式壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，容易發(fā)生損壞的部件較少，使用壽命長(zhǎng)，對(duì)于濕壓縮的敏感程度較低。在中等制冷量的范圍中，螺桿式壓縮機(jī)的熱力性能也非常好，而且調(diào)節(jié)性能沒(méi)有降低，對(duì)于出現(xiàn)的一些苛刻的工況變化能夠快速地適用。下面簡(jiǎn)單介紹一下螺桿式壓縮機(jī)的性能。

2.1.1螺桿式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，容易損壞的部件較少，因此使用壽命較長(zhǎng)，能夠進(jìn)行自動(dòng)化操作。

2.1.2螺桿式壓縮機(jī)的一個(gè)主要特點(diǎn)就是能夠進(jìn)行強(qiáng)制輸氣，也就是說(shuō)壓力對(duì)輸氣量產(chǎn)生的影響較小，具有較高的工作效率。

2.1.3螺桿式壓縮機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)速度在3000r以上，因此轉(zhuǎn)速較高，并且具有體積小等特點(diǎn)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。

2.1.4螺桿式壓縮機(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)不同，它不具備吸氣閥以及排氣閥，并且壓縮結(jié)構(gòu)性也非常簡(jiǎn)單，全部支撐點(diǎn)都屬于滾動(dòng)型，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中都是半密封的，擺脫了以往密封式的設(shè)計(jì)模式，確保了氣體進(jìn)行良好泄露。

2.1.5螺桿式壓縮機(jī)不具有往復(fù)質(zhì)量慣性力，因此在動(dòng)力平衡性上較為良好，基礎(chǔ)能夠減少到很小。

2.1.6螺桿式壓縮機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)型的壓縮機(jī)，因此并不具備離心式以及往復(fù)式壓縮機(jī)的壓縮運(yùn)動(dòng)方式。在進(jìn)行壓縮排氣過(guò)程中產(chǎn)生的壓力震動(dòng)也是很低的，主要是因?yàn)槁輻U在旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，回收壓縮一周出現(xiàn)的平均震動(dòng)次數(shù)為6次。

近幾年，在西方的一些發(fā)達(dá)國(guó)家使用的螺桿機(jī)已經(jīng)能夠進(jìn)行變頻調(diào)速了。這就意味著我國(guó)的氨庫(kù)還需要進(jìn)一步加大氨高性能螺桿式壓縮的推廣和應(yīng)用。

2.2換熱器

2.2.1冷凝器。在我國(guó)冷庫(kù)中通常會(huì)使用殼管式冷凝器，它的主要作用原理是通過(guò)水溫升高產(chǎn)生的熱有效地帶走冷凝熱。但是殼管式冷凝器的用水量很大，必須采用循環(huán)水，因此得配置相應(yīng)的冷卻塔。這就加大了投資，增加了占地面積以及相關(guān)的維修管理等費(fèi)用。相對(duì)于蒸發(fā)式冷凝器來(lái)說(shuō)，該冷卻水系統(tǒng)的水泵需要消耗大量的能量，而蒸發(fā)式冷凝器可以對(duì)水進(jìn)行有效地冷卻，不需要再配置冷卻塔，而且該冷凝器在結(jié)構(gòu)上較為緊湊，耗費(fèi)的水量也相對(duì)較少，不過(guò)在實(shí)際使用的過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)管組嚴(yán)重結(jié)垢等問(wèn)題，限制了蒸發(fā)式冷凝器的進(jìn)一步推廣。

2.2.2蒸發(fā)器。到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)能夠與氨進(jìn)行有效溶解的溶滑油，因此在氨制冷系統(tǒng)當(dāng)中，蒸發(fā)器的換熱性能一直以來(lái)都比較差。在氨庫(kù)中通常使用的液式管殼蒸發(fā)器具有較高的傳熱系數(shù)，在外形上來(lái)說(shuō)尺寸較小，但是充灌量卻比較大，為了有效地降低充灌量，進(jìn)一步增強(qiáng)液式管殼蒸發(fā)器的換熱性能，最近幾年在強(qiáng)化換熱的研究方面逐漸引入了納米科技，在很大程度上減低了制冷劑具有的粘性，有效地減小了流動(dòng)阻力系數(shù)，改善了制冷劑分配不均勻的問(wèn)題，這些研究成果值得借鑒。

3進(jìn)一步簡(jiǎn)化系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)智能化控制

成功開(kāi)發(fā)了能夠與氨進(jìn)行有效相溶的溶滑油之后，就能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程中省去使用油氨分離器、集油器以及相關(guān)的閥門(mén)等設(shè)施了，在氨制冷系統(tǒng)中充分應(yīng)用氨電子膨脹閥之后也可以省去低壓循環(huán)桶這些其他設(shè)備，同時(shí)在使用了蒸發(fā)式冷凝器之后可以免去安設(shè)循環(huán)水泵產(chǎn)生的花費(fèi)。

4進(jìn)一步提高維護(hù)結(jié)構(gòu)具有的良好隔熱性能

不管是從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，還是從施工上來(lái)看，冷庫(kù)為了有效節(jié)能采取的有效措施之一就是減少深入冷間的熱負(fù)荷。由于通常冷庫(kù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷會(huì)占據(jù)總體負(fù)荷大約20%～35%，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傳熱量與傳熱系數(shù)有直接的關(guān)系，所以隔熱材料的質(zhì)量越好就越能有效地提高維護(hù)結(jié)構(gòu)具有的隔熱性能。通常我們使用的隔熱材料包括軟木、硬直聚氨酯泡沫塑料以及海泡石等。此外還可以通過(guò)增加隔熱層的厚度來(lái)降低動(dòng)力消耗，采取這一措施還能夠減少開(kāi)機(jī)的總次數(shù)，是一個(gè)非常好的節(jié)能方法。

在選擇冷庫(kù)的保溫材料時(shí)一定要遵循因地制宜的原則，隔熱性能不僅要好，還要經(jīng)濟(jì)實(shí)用。通常可以將冷庫(kù)的隔熱材料劃分為幾個(gè)不同的類(lèi)型，其中一種是加工成為固定規(guī)格的板塊，要求每一板塊有固定的長(zhǎng)、寬、厚，還可以按照庫(kù)體的要求確定合適的庫(kù)板，通常高溫和中溫的冷庫(kù)都會(huì)選擇厚度為10cm的庫(kù)板，而對(duì)于低溫的冷庫(kù)則會(huì)選擇厚度為12cm或者15cm的庫(kù)板；還有一種隔熱材料是利用聚氨酯噴涂發(fā)泡，可以直接將材料噴涂到待建磚上，不過(guò)這種材料花費(fèi)的成本比較高。而聚苯脂具有良好的吸水性能，花費(fèi)的成本也不高，但是隔熱性能卻相對(duì)較差。

5安全措施

氨具有一定的毒性和可燃性。氨液飛濺到皮膚上會(huì)引起凍傷、燒傷。氨能以任意比例與水互相溶解，組成氨水溶液。在低溫下，水也不會(huì)從氨液中析出而凍結(jié)。但是氨液中溶有水后，它的蒸發(fā)溫度便會(huì)稍許提高，同時(shí)對(duì)金屬有腐蝕作用。因此安裝時(shí)要嚴(yán)格地進(jìn)行試壓試漏檢測(cè)，配備良好的機(jī)械設(shè)備和控制元件，配備氨氣含量檢測(cè)和報(bào)警裝置，在機(jī)房和庫(kù)房?jī)?nèi)設(shè)獨(dú)立的水系統(tǒng)裝置進(jìn)行消防噴淋，一旦發(fā)生泄露立即供水處理。

在機(jī)器、設(shè)備附近及車(chē)間內(nèi)，禁止堆放無(wú)關(guān)的物品。各通道內(nèi)應(yīng)無(wú)障礙物。冷間內(nèi)的貨物與冷卻排管應(yīng)保持規(guī)定的距離。

建立車(chē)間工作日記以及機(jī)器和設(shè)備的履歷本，認(rèn)真記載其技術(shù)數(shù)據(jù)、檢修和事故等情況。

急救箱、防毒面具及其他保護(hù)用具，都要放在方便易取的地方，并標(biāo)明使用方法。

6結(jié)語(yǔ)

冷庫(kù)氨制冷系統(tǒng)存在的問(wèn)題系統(tǒng)復(fù)雜，如換熱金屬耗材大、壓縮機(jī)自控能力薄弱、安全措施不完善等。鑒于目前的環(huán)保形勢(shì)和要求，應(yīng)加大這方向的研究力度，勇于借鑒外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)，盡快改善現(xiàn)狀。