平臺冷凍冷藏系統改造

姚剛明+陳超杰

摘要：平臺冷藏冷凍系統使用已經10年時間，隨著使用時間的推移，設備一定程度的老化、磨損，冷凝器散熱量不足，導致各凍庫的溫度均高出建議溫度，比如1#凍庫最佳溫度為-18℃至-15℃，而實際溫度只能達到-8℃。同時，冷凍機多次出現高壓停車故障。為此，本文通過理論計算冷凝器安裝在室內、室外的散熱量，并進行了冷凝器室外安裝實例設計與分析。實例設計與分析結果表明，將冷凝器安裝于室外，提高冷藏系統的工作效果，降低冷藏系統的故障率，比冷凝器安裝于室內更具合理性。

關鍵詞：冷藏冷凍；散熱量；實例設計；工作效果

1.背景

由于鉆井平臺大多原離后方基地，因此需要一定時間的生活自持時間（通常7～10天）。因此平臺上就要儲備一定數量的食物，自持時間越長，食品的儲藏時間也越長。有些食品在常溫下數日就變質，氣溫越高腐爛越快，為使食品久藏，必須設法消滅各種微生物，或抑制它們的繁殖。因此鉆井平臺像一般的船舶一樣都設有伙食冷庫和相應的制冷裝置。

2.問題分析

平臺冷藏冷凍系統用于平臺制冷1#凍庫、2#凍庫、菜庫，使其達到規定的溫度，延長食物的儲存時間。平臺冷凍冷藏系統冷凝器采用的是強制風冷肋片式冷凝器，風扇驅動空氣在冷凝器管外流動，冷凝器中制冷劑放出的熱量被空氣帶走，制冷劑在管內冷凝。但環境溫度的高低對冷肋片式冷凝器的冷卻效果影響相對較大。

平臺冷凍冷藏系統1#、2#冷凝器均安裝在冷凍機房室內，因此其冷卻功能有所不足。通過對流換熱系數的基本計算公式，我們可以得出在其他條件一致的情況下，冷凝器安裝在室外、室內，傳熱熱量的差別。

對流換熱系數的基本計算公式：

Q=h*A*（tw-t∞）

式中：

tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度，單位K；

A為壁面面積，單位㎡；

Q為面積A上的傳熱熱量，單位W；

h稱為表面對流傳熱系數，單位W/（㎡*K）；

經現場對公式中數據進行測量，經壓縮的制冷劑為80℃，tw=80+273.15=353.15K，冷凍機房室內溫度為33℃，t∞內=33+273.15=306.15K，冷凍機房室外溫度為22℃，t∞外=22+273.15=295.15K，壁面面積A為1平方米， 表面對流傳熱系數為60 W/（㎡*K）。

Q內=h*A*（TW- t∞內）

=60×1×（353.15-306.15）=2820W

Q外=h*A*（TW- t∞外）

=60×1×（353.15-295.15）=3480W

由上式可知，由于平臺冷凍冷藏系統冷凝器在室內、室外，傳熱熱量有明顯差別。

制冷劑選擇R404A，此冷劑在船舶上廣泛使用。無毒、無味、不燃不爆、熱穩定性好。和火焰（800℃以上）接觸時會分解產生有毒光氣。工作壓力適中，標準沸點為-40.8℃。單級壓縮制冷蒸發溫度可達-40℃。R404A在-15℃時的蒸發壓力為0.295MPa，+30℃時冷凝壓力為1.19MPa。屬中壓中溫制冷劑。標準工況壓縮終溫為83℃，可不用水冷卻壓縮機。在系統中含水較多時會發生冰塞。氣態的溶水性小于液態，當系統漏泄時其液體中的含水量就會增加。

融霜方式選擇電熱融霜，這種方法采用電熱器加熱蒸發器，適用于冷風機式蒸發器。電熱融霜系統具有系統簡單、容易自動控制等優點。

滑油選擇美孚ARTIC 68#，有如下優點：

1）凝固點比工作時的最低蒸發溫度低2.5℃，以免在蒸發器中凝固而堵塞通道；

2）閃點應比最高排氣溫度高出15～30℃，國產冷凍機油閃點（開口）在150～180℃之間；

3）具有適當的粘度：船用制冷壓縮機軸承負荷不高，潤滑作用對冷凍機油粘度的要求容易滿足，主要要考慮密封的要求。若粘度過低，則活塞環與氣缸壁間的油膜就容易被氣體沖掉，從而使漏氣增加。氟利昂易溶于油，溶人5 %的氟利昂就能使油的粘度下降一半，所以在氟利昂裝置中使用的冷凍機油粘度應大些；

4）含水量低：以免引起制冷系統冰塞、腐蝕或產生鍍銅現象等。冷凍機油必須密封存放，否則空氣中的水蒸氣可能進入油中而使含水量增加；

5）全封閉式和半封閉式壓縮機要求：潤滑油的電絕緣性好；

6）酸值低、抗腐蝕性好、灰分及機械雜質含量少。

壓縮機選擇活塞式壓縮機，熱效率較高，單位耗電量較少，特別是在偏離設計工況運行時更為明顯，裝置系統比較簡單容易拆卸、維修。

分離器選擇離心式油分離器，冷劑氣體進入油分離器后，沿著葉片呈螺旋形運動，產生離心力，將挾帶的油滴分離出來，沿著油分離器筒體流聚到底部，分離效果較好。

3.冷藏冷凍系統改造

目前1#、2#冷凍系統冷凝器均安裝在冷凍機房室內，冷凝器采用風冷，冷凍機房室內空氣溫度較高，嚴重影響冷凝器的工作效率，無法保證平臺冷藏冷凍系統的正常運行。因此，平臺檢修人員決定修改管線路線，將冷凝器移到室外，有針對性疏通、清潔改造管線，包好保溫棉，提高冷凍系統可靠性，優化設備性能，降低設備故障率。

1）訂購設備配件，管線、閥門、保溫棉、制冷劑、潤滑油

2）依據方案，檢修人員實地測量轉移冷凝器，所需的材料，并查閱設備資料，按照配件手冊，制定訂購計劃，提交訂單。

3）冷凍系統制冷劑回收至鋼瓶，拆下冷凝器，進行清潔、維護，并將冷凝器轉移至室外架子上。

4）系統管路、閥門有不同程度的輕微泄漏，更換系統泄漏管線及閥門，并對系統的管路進行清潔、疏通。

5）室外重新焊接冷凝器，使用10mm的橡塑保溫棉對新安裝的銅管進行隔溫，進行保壓實驗。

6）充注美孚冷凍機油 68#，為視液鏡二分之一，抽真空，充制冷劑R404A，低壓端為1bar。

7）冷凍系統機進行運轉測試，1#、2#凍庫溫度為-20℃、菜庫的溫度為2℃，各項運行參數符合手冊要求。

4.改造效果

通過將冷凝器移出室外，并對冷凍系統更換系統泄漏管線及閥門，并對系統的管路進行清潔、疏通后，整個冷凍系統性能得到了較大提高，壓縮機高壓報警現象消除。極大地降低了冷凍系統故障率，使其可靠性達97%以上。

本次設計在已有設備的基礎上進行了較大規模的改造，其目的是為了保證平臺冷藏系統的工作正常，選擇合理的制冷部件，與整個系統進行搭配，組裝完成后進行了大規模的檢漏測壓，保證系統無泄漏。工程徹底完成后，又進行了制冷能力測試。經實地檢測，可以使高溫庫的庫溫降低到5度，低溫庫降低到-18～-22度，有效的保證了制冷系統的有效工作。

平臺作為在海上從事生產作業的設施，平臺冷藏冷凍系統的改造，降低了平臺凍庫失效，造成食物變質的風險，對現場后勤工作至關重要。

參考文獻：

[1]陸耀慶. 實用供熱空調設計手冊[M]. 中國建筑工業出版社，2004。

[2]曹曉林，牛璐琳，吳業正.食品陳列柜冷風幕的可視化研究及換熱機理分析[J]. 流體機械，1999。

[3]陳天及等. 陳列柜蒸發器結霜對其風幕性能的影響[J].上海水產大學學報， 2002。endprint