冷庫制冷系統設計要點分析

秦曉穎

大連博森納海洋技術有限公司 遼寧大連 116600

隨著冷鏈產業的不斷發展，我國流冷庫建設規模不斷擴大，其建設數量也在持續增多。就冷庫設計而言，人們在進行新型冷庫設計、施工的基礎上，加強了對現有冷庫的優化改造，從而確保其在產品冷凍、冷藏和保險方面職能的發揮。冷庫制冷效率優化是其設計改造的重要內容。

1 制冷系統的選擇

1.1 制冷劑

當前冷庫內部的制冷劑主要包含二氧化碳、氨與氟利昂等，氟利昂的使用品種為R507、R404A與R134a，由于二氧化碳與氨氣的天然屬性，其并不會對環境產生較大影響，此二類制冷劑應用較為廣泛。在運用氨氣制冷系統的過程中，由于其易燃易爆炸，且帶有毒性，產生的液氨屬危險化學品，若其儲存量高于10噸，該區域可被視為重大危險源，監督機構需嚴格檢查冷庫制冷系統中的液氨情形，其應用量也會有所控制[1]。作為天然制冷劑的一種，二氧化碳的使用歷史雖久，但其發展與應用的時間較晚，目前發展前景最被看好的制冷劑為氟利昂。

1.2 制冷系統的形式

依照不同溫度的冷藏設計，其可分成四種冷庫，即超低溫冷庫，該系統的溫度設計大多在-30至-80℃之間；低溫冷庫的溫度在-23至-30℃間；而-10至-23℃則屬中溫冷庫；高溫冷庫的溫度在-2至8℃。若根據規模的不同，當其體積低于5000m3時，其類型為小型冷庫；在20000-5000m3之間的為中型冷庫；大型冷庫的體積在20000m3以上。為降低制冷劑內部的充注量，提升制冷系統的安全性與經濟性，氨氣或氟利昂制冷劑通常作用在中小型冷庫中，而大型冷庫大多采用多種制冷劑，即同時使用兩到三種制冷劑。若制冷系統的蒸發溫度在-25℃以下時，該系統大多采用二氧化碳及氟利昂或氨；如果其溫度在-25℃以上時，可運用氨或氟利昂制冷劑[2]。

1.3 壓縮機組

制冷系統的中心為壓縮機組，依照冷庫內部不同的溫度與規模，壓縮機組的選擇極為關鍵。根據系統內部的工作原理，壓縮機可分成速度型與容積型，而在正常溫度下的冷庫中多數應用容積型，其主要的壓縮機類型是渦旋式、螺桿式與活塞式壓縮機。氨氣制冷系統內部的壓縮機主要運用螺桿開啟式，而氟利昂制冷系統多為全封閉、半封閉或渦旋式壓縮機。二氧化碳型制冷系統中的壓縮機形式較靈活，其根據制冷量的不同而發生改變，比如，若其制冷量較大，通常為螺桿壓縮機；制冷量較小時又會采用活塞式壓縮機[3]。小型冷庫多應用渦旋式或活塞式壓縮機，而螺桿式壓縮機需應用在大型冷庫中，制冷系統的負荷不同，則其經濟性要求也會有所區別。

2 冷庫制冷系統具體的設計方案

2.1 制冷系統回油技術

2.1.1 并聯壓縮機組回油

并聯壓縮機組的關鍵技術是各并聯壓縮機能順利而均衡地回油，從而保證各壓縮機的正常潤滑和工作。并聯壓縮機組系統的回油問題主要受兩個因素影響：一是系統設計因素，即系統布局與管路設計；二是化學因素，即潤滑油和制冷工質混合物性質。一般系統布局與管路設計是設計重點，通過系統設計優化，減少甚至消除管道中潤滑油積存現象，增強系統回油能力。渦旋并聯壓縮機組和螺桿并聯壓縮機組適宜采用高壓回油方案，活塞并聯壓縮機組適合采用低壓回油方案[4]。

2.1.2 氟利昂桶泵機組回油

大型氟利昂制冷系統通常采用桶泵強制供液系統集中制冷。在低壓循環桶內，冷凍油與氟利昂分離，由于油比重較氟利昂小，冷凍油聚集在低壓循環桶的上部。氟利昂桶泵供液系統的關鍵技術在于如何將聚集在低壓循環桶上部的冷凍油不停地回流到壓縮機，從而保證壓縮機的正常潤滑和工作，保持制冷系統運行安全。桶泵回油的關鍵技術在于采取以下三個必要措施：①在低壓循環桶控制液位的上下各100mm處，分別設置一根回油管，不管低壓循環桶內的冷凍油液面處于什么位置均能通過回油管導出，冷凍油和氟利昂混合液在換熱裝置中分離，氟利昂液體被加熱形成氣體后回到低壓循環桶，冷凍油則被吸入壓縮機回氣管，回到壓縮機。通過調節回油管上的閥門，控制回油量，從而使油路系統均衡；②選擇高質量高靈敏度的液位控制器，有利于回油系統持續穩定運行；③采用臥式低壓循環桶，因其截面相對立式桶大，桶內液面波動小，更有利于系統回油均衡。

2.2 制冷系統壓力管道材質選擇

冷庫制冷系統中最常用的管道材質為20#碳鋼無縫鋼管，其次為紫銅管、10#碳鋼無縫鋼管和16Mn低合金鋼管。氨制冷系統制冷管道不能采用銅管。根據《工業金屬管道設計規范》GB50316—2000（2008年版）要求，除了低溫低應力工況外，10#碳鋼無縫鋼管（GBT8163），20#碳鋼無縫鋼管（GBT8163），16Mn低合金鋼管（GBT8163）的使用溫度下限分別為-29℃；-20℃；-40℃。在冷庫溫度范圍內，10#碳鋼無縫鋼管應用于低于-29℃工況條件下，只有部分管徑滿足低溫低應力工況條件。20#碳鋼無縫鋼管可用于低于-20℃工況，滿足低溫低應力工況條件，16Mn低合金鋼管一般應用于二氧化碳制冷系統及超低溫冷庫制冷系統管道材料。

3 結語

綜上所述，在建設冷庫制冷系統時，設計工作極為重要，為保證其運行穩定，技術人員運用多種關鍵技術與設備，嚴格把握設計過程中的每項環節，在積累經驗與技術的基礎上，提升制冷系統的經濟性，也使該系統的整體設計更加完善。