氟制冷系统设计要点

文/陈立金 山东省鲁商冰轮建筑设计有限公司 山东济南 250101

随着大功率制冷压缩机的不断推出，大型并联压缩机组制造技术的日渐成熟。为了确保系统能够正常稳定的运行，在设计阶段就必须对机组、设备、制冷管路的管径进行合理的选型与计算，笔者主要对设计过程中涉及到的要点进行阐述。

1、并联压缩机组

1.1 机组的选型要求

1）一般根据冷库的贮藏吨位进行机组的选型，1台机组可对应1500～3000吨贮藏量的冷库。通常情况下，1台机组采用3～6个压缩机，压缩机为同一型号。对于下列情况，为节省能耗，可在机组上配1～2台小容量压缩机：对于冷藏间较多且贮藏吨位大小不一的冷库，为防止出现大马拉小车的情况，可用小容量压缩机降温。对于气调库，在入货阶段由于进货量较为集中，机组要满负荷运行，但库温稳定后或在较冷的季节，基本上只须平衡围护结构的散冷量，所需的制冷量较少，可根据情况用小容量压缩机或大、小压缩机共用的方式为冷库降温。

2）对于一些既有高温系统，又有低温系统的冷库，可将高温型、低温型压缩机共同组装在1台机组上。冷凝器、贮液器为共用形式，气液分离器分别对应各自的系统。即1台机组可对应多个不同蒸发温度系统，提高了机组的灵活性。

1.2 机组的安装位置

1）必须在机组周围留有足够的操作、检修空间，机组的前后左右空间至少留有1m距离。

2）为减少供液管、吸气管内的制冷剂流动阻力损失，机组应尽量放置在所对应冷库的中间位置。尤其是吸气管，管路越长，阻力损失越大。当吸气流经机组的测压点时，测取到的压力值要比实际蒸发压力低，机组的控制系统会误认为此时的蒸发温度已达到设定值而减少压缩机的运行台数甚至停机。但这时蒸发设备内的实际压力（即实际温度）还没有达到要求的蒸发压力（即蒸发温度），这将会影响贮藏质量。所以，应尽量缩短机组与各蒸发设备的距离。

1.3 机组选型时须要注意的问题

1）机组的控制系统要具有累计每台压缩机运行时间的功能，以自动平衡各台压缩机的运行时间，提高机组的使用寿命。在自动控制系统之外还要有一套手动控制系统，便于在某些情况下进行手动操作。

2）压缩机目前以比泽尔和谷轮品牌较多，按运行工况划分，压缩机有高温型和低温型2种形式。高温型压缩机可在－30～＋10℃的蒸发温度之间运行，低温型压缩机可在－40～－5℃的蒸发温度之间运行。对于蒸发温度－10℃左右的冷库，选用高温型压缩机；对于蒸发温度－28℃左右的低温冷藏库和温度更低的速冻库，选用低温型压缩机。

2、冷凝器

机组有3种冷凝方式：水冷式、风冷式、蒸发式。

1）水冷式一般采用卧式壳管冷凝器，与机组一体化安装，其结构紧凑，不必建造专用的冷凝器机组，但须配置水泵和冷却塔。此外，为减少制冷管路内的压力损失，机组一般都放置在冷库附近，距离水池和水泵房较远，冷却水管路较长，沿程阻力损失较大，所需的水泵扬程也大，使能耗增加。

2）风冷式采用风冷冷凝器，与机组分体安装，完全靠空气冷凝制冷剂气体。由于空气的比热容小，换热效率低，所以，其外形尺寸较大，且冷凝温度较高，一般在40～45℃。风冷冷凝器通常安装在机组的上部位置，要求四周通风良好。但冷凝器很难避开阳光的照射，在一些夏季温度较高的地区，阳光直射于冷凝器盘管上，使冷凝压力长时间居高不下，有时冷凝温度可达到50℃以上，造成制冷量减少、冷库降温时间延长及能耗增加等问题，严重时还造成压缩机频繁高压保护，损坏机组。因此，选用风冷冷凝器时，要根据使用地区，适当加大盘管面积，尽量降低冷凝压力。冷凝器的风扇电机可采用变速电机，在不同的季节采用不同的转速来调节冷凝压力，保证系统的正常运行。

3、热力膨胀阀的选型

大型制冷系统的蒸发设备尺寸一般都较大，制冷剂在蒸发设备内的压力降都超过相应蒸发温度1℃，所以均采用外平衡式热力膨胀阀，可按以下步骤进行膨胀阀的选取：

1）确定膨胀阀前后两端的压力差Δp

式中：pk为冷凝压力；p1为制冷剂在管路内因流动阻力损失产生的压力降；p2为上升立管内液位差引起的压力降；p3为制冷剂流经蒸发设备分液器产生的压力降；po为蒸发压力。

2）结合蒸发设备的制冷量、压力差Δp，参照膨胀阀相关样本进行选取。选取时要注意，如果制冷剂的过冷度超过4℃，必须对蒸发设备的制冷量进行修正。修正系数可根据过冷度进行选取，用蒸发设备的制冷量除以修正系数，即为制冷量的修正值，选取的膨胀阀制冷量要大于该值。

3）对于负荷比较稳定的蒸发设备，膨胀阀的制冷量应比蒸发设备的实际制冷量大20%～30%，对于负荷波动较大的蒸发设备，应大70%～80%。

4、蒸发设备

冷库内的蒸发设备一般选用冷风机，最近几年随着三叉型铝排管的推广，有的冷库也采用这种排管作为库内蒸发设备。

1）冷风机靠风机强制循环库内空气为货物降温，在强制通风过程中必然造成货物的水分流失，产生干耗现象。库温越低，干耗越大。可对冷风机的面积进行适当加大，以提高蒸发温度，减少干耗，而且机组的制冷效率也会随之提高。国内一般将冷风机面积在满足使用要求的基础上加15%～20%的余量，即可将蒸发温度与库温间的温差由10℃减少为8℃左右。虽然初期投资有所增加，但却缩短了机组和设备的运行时间，节省了能耗，提高了贮藏质量。在国外一些发达国家，甚至将温差控制在5℃左右。

2）三叉型铝排管采用单管＋3道外翼片组合而成，单管一般有21mm×1.75mm和32mm×2mm两种规格，单管外表面有3条加强型换热翼片，三角形布置，可大大增大单管的抗弯强度和有效换热面积。制冷系统主要采用21mm×1.75mm型的铝排管，为防止制冷剂腐蚀，铝排管的镁含量不得超过2%。这种排管的换热面积在0.365～0.396m2／m之间，质量在0.82kg／m左右。铝材的导热系数为210W／（m•K），钢材的在46.55～67.48W／（m•K）之间。因此，铝排管具有较高的换热性、轻便性。这种排管的横担及吊杆均可选用铝材，耐腐蚀性和安全性更高，非常适用于高湿度环境下的冷库。