氟制冷系統設計要點

陳立金

【摘要】隨著我國經濟的發展，人民群眾的生活水平日益提高，人們對食品安全和食品品質要求不斷上升，我國迎來了冷鏈建設蓬勃發展的年代。大型冷庫作為冷鏈建設中至關重要的基礎節點，也取得了巨大的發展。本文主要對大型冷庫制冷系統設計過程中涉及到的并聯壓縮機組、設備的選型及制冷管路管徑的計算等要點進行介紹，以供同行參考。

【關鍵詞】大型冷庫：制冷系統：設計要點

隨著大功率制冷壓縮機的不斷推出，大型并聯壓縮機組制造技術的日漸成熟。為了確保系統能夠正常穩定的運行，在設計階段就必須對機組、設備、制冷管路的管徑進行合理的選型與計算，筆者主要對設計過程中涉及到的要點進行闡述。

1、并聯壓縮機組

1.1機組的選型要求

1）一般根據冷庫的貯藏噸位進行機組的選型，1臺機組可對應1500～3000噸貯藏量的冷庫。通常情況下，1臺機組采用3～6個壓縮機，壓縮機為同一型號。對于下列情況，為節省能耗，可在機組上配1～2臺小容量壓縮機：對于冷藏間較多且貯藏噸位大小不一的冷庫，為防止出現大馬拉小車的情況，可用小容量壓縮機降溫。對于氣調庫，在入貨階段由于進貨量較為集中，機組要滿負荷運行，但庫溫穩定后或在較冷的季節，基本上只須平衡圍護結構的散冷量，所需的制冷量較少，可根據情況用小容量壓縮機或大、小壓縮機共用的方式為冷庫降溫。

2）對于一些既有高溫系統，又有低溫系統的冷庫，可將高溫型、低溫型壓縮機共同組裝在1臺機組上。冷凝器、貯液器為共用形式，氣液分離器分別對應各自的系統。即1臺機組可對應多個不同蒸發溫度系統，提高了機組的靈活性。

1.2機組的安裝位置

1）必須在機組周圍留有足夠的操作、檢修空間，機組的前后左右空間至少留有1m距離。

2）為減少供液管、吸氣管內的制冷劑流動阻力損失，機組應盡量放置在所對應冷庫的中間位置。尤其是吸氣管，管路越長，阻力損失越大。當吸氣流經機組的測壓點時，測取到的壓力值要比實際蒸發壓力低，機組的控制系統會誤認為此時的蒸發溫度已達到設定值而減少壓縮機的運行臺數甚至停機。但這時蒸發設備內的實際壓力（即實際溫度）還沒有達到要求的蒸發壓力（即蒸發溫度），這將會影響貯藏質量。所以，應盡量縮短機組與各蒸發設備的距離。

1.3機組選型時須要注意的問題

1）機組的控制系統要具有累計每臺壓縮機運行時間的功能，以自動平衡各臺壓縮機的運行時間，提高機組的使用壽命。在自動控制系統之外還要有一套手動控制系統，便于在某些情況下進行手動操作。

2）壓縮機目前以比澤爾和谷輪品牌較多，按運行工況劃分，壓縮機有高溫型和低溫型2種形式。高溫型壓縮機可在-30～+10℃的蒸發溫度之間運行，低溫型壓縮機可在-40～-5℃的蒸發溫度之間運行。對于蒸發溫度-10℃左右的冷庫，選用高溫型壓縮機；對于蒸發溫度-28℃左右的低溫冷藏庫和溫度更低的速凍庫，選用低溫型壓縮機。

2、冷凝器

機組有3種冷凝方式：水冷式、風冷式、蒸發式。

1）水冷式一般采用臥式殼管冷凝器，與機組一體化安裝，其結構緊湊，不必建造專用的冷凝器機組，但須配置水泵和冷卻塔。此外，為減少制冷管路內的壓力損失，機組一般都放置在冷庫附近，距離水池和水泵房較遠，冷卻水管路較長，沿程阻力損失較大，所需的水泵揚程也大，使能耗增加。

2）風冷式采用風冷冷凝器，與機組分體安裝，完全靠空氣冷凝制冷劑氣體。由于空氣的比熱容小，換熱效率低，所以，其外形尺寸較大，且冷凝溫度較高，一般在40～45℃。風冷冷凝器通常安裝在機組的上部位置，要求四周通風良好。但冷凝器很難避開陽光的照射，在一些夏季溫度較高的地區，陽光直射于冷凝器盤管上，使冷凝壓力長時間居高不下，有時冷凝溫度可達到50℃以上，造成制冷量減少、冷庫降溫時間延長及能耗增加等問題，嚴重時還造成壓縮機頻繁高壓保護，損壞機組。因此，選用風冷冷凝器時，要根據使用地區，適當加大盤管面積，盡量降低冷凝壓力。冷凝器的風扇電機可采用變速電機，在不同的季節采用不同的轉速來調節冷凝壓力，保證系統的正常運行。

3、熱力膨脹閥的選型

大型制冷系統的蒸發設備尺寸一般都較大，制冷劑在蒸發設備內的壓力降都超過相應蒸發溫度1℃，所以均采用外平衡式熱力膨脹閥，可按以下步驟進行膨脹閥的選取：

1）確定膨脹閥前后兩端的壓力差△p

△p=pk-p1-p2-p3-po

式中：pk為冷凝壓力；p1為制冷劑在管路內因流動阻力損失產生的壓力降；p2為上升立管內液位差引起的壓力降；p3為制冷劑流經蒸發設備分液器產生的壓力降；po為蒸發壓力。

2）結合蒸發設備的制冷量、壓力差△p，參照膨脹閥相關樣本進行選取。選取時要注意，如果制冷劑的過冷度超過4℃，必須對蒸發設備的制冷量進行修正。修正系數可根據過冷度進行選取，用蒸發設備的制冷量除以修正系數，即為制冷量的修正值，選取的膨脹閥制冷量要大于該值。

3）對于負荷比較穩定的蒸發設備，膨脹閥的制冷量應比蒸發設備的實際制冷量大20%～30%，對于負荷波動較大的蒸發設備，應大70%～80%。

4、蒸發設備

冷庫內的蒸發設備一般選用冷風機，最近幾年隨著三叉型鋁排管的推廣，有的冷庫也采用這種排管作為庫內蒸發設備。

1）冷風機靠風機強制循環庫內空氣為貨物降溫，在強制通風過程中必然造成貨物的水分流失，產生千耗現象。庫溫越低，千耗越大。可對冷風機的面積進行適當加大，以提高蒸發溫度，減少干耗，而且機組的制冷效率也會隨之提高。國內一般將冷風機面積在滿足使用要求的基礎上加15%～20%的余量，即可將蒸發溫度與庫溫間的溫差由10℃減少為8℃左右。雖然初期投資有所增加，但卻縮短了機組和設備的運行時間，節省了能耗，提高了貯藏質量。在國外一些發達國家，甚至將溫差控制在5℃左右。

2）三叉型鋁排管采用單管+3道外翼片組合而成，單管一般有21mm×1.75mm和32mm×2mm兩種規格，單管外表面有3條加強型換熱翼片，三角形布置，可大大增大單管的抗彎強度和有效換熱面積。制冷系統主要采用21mm×1.75mm型的鋁排管，為防止制冷劑腐蝕，鋁排管的鎂含量不得超過2%。這種排管的換熱面積在0.365～0.396m²/m之間，質量在0.82kg/m左右。鋁材的導熱系數為210W/（m·K），鋼材的在46.55～67.48W/（m·K）之間。因此，鋁排管具有較高的換熱性、輕便性。這種排管的橫擔及吊桿均可選用鋁材，耐腐蝕性和安全性更高，非常適用于高濕度環境下的冷庫。