载冷剂在冷库中的应用

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 间接制冷技术在间接制冷技术在冷库冷库中的应用中的应用 张楠楠张楠楠 宋喆宋喆 朝阳光达化工有限公司 辽宁朝阳 122000 摘要 摘要 介绍一种间接制冷技术 在制冷系统管路中增加二次冷却液储液罐 使制冷剂将冷量传递给载冷 剂 然后再通过泵在常压下将载冷剂的冷量传递给库房实现制冷 同时该系统在压缩机后设有热交换器 及除霜液储罐 当冷库间进行除霜时 将除霜液通过泵输送到冷库间进行热除霜 该系统中载冷剂与除 霜液均为冰河冷媒专利产品 解决了传统直接制冷系统存在的安全性问题 延长设备使用寿命 同时当 夜间电费低时 可以将制冷机满负荷运行 冷量储存在载冷剂中 白天用电量大时 关闭制冷机组 让 储存的冷量进行循环 实现了电力的移峰填谷 关键词 载冷剂 间接制冷 防锈性 暖液除霜 安全环保 ApplicationApplication ofof IndirectIndirect RefrigerationRefrigeration TechnologyTechnology inin ColdCold StorageStorage Zhang Nan nan Song Zhe Chao yang Guangda Chemical Industry Co Ltd Chaoyang 122000 China Abstract Introduce an indirect refrigeration technology coolant buffer tank is added at the pipeline of refrigeration system quantity of cold energy is transmitted from refrigerant to coolant And then normal pressure coolant is pumped to cold storage for refrigeration Moreover hear exchanger and warm liquid storage tank are arranged behind the the compressor When frost removing the warm liquid is pumped to the cold storage The coolant and frost removing liquid in the system are Icy River Coolant proprietary products the system solves security issues of the traditional direct refrigeration system and extends life of equipment Meanwhile When electricity fees is low at night you can run refrigerator at full capacity quantity of cold energy is stored in the coolant Turn off refrigerator when the power consumption is high during the day time at this time stored quantity of cold energy circulates the system achieves peak shift of power valley 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 Keywords Coolant Indirect cooling Anti rust Warm liquid frost removing safe and environmental protection 引言引言 2013 年以来 全国范围内连续发生多 起涉氨制冷企业爆炸事故 行业内外 谈 氨色变 国家出台了严厉的专项治理措施 地方安监部门对涉氨企业的安全监管力度 达到了史无前列的高度 与此同时 各种 类型的冷藏系统改造工程纷纷展开 有的 企业仍然建设液氨直接蒸发制冷冷库 有 的涉氨企业为了减少麻烦 直接将液氨直 冷改为氟利昂直冷系统 有的制冷机厂家 在推广二氧化碳制冷系统 有的企业采用 间接制冷系统 在 安全 环保 经 济 的前提下 哪种方案更适合冷冻冷藏 行业呢 目前行业内还没有达成共识 1 1 国家监管政策及导向国家监管政策及导向 1 11 1 关于氨制冷系统相关政策 国家明确要取缔关闭一批违法企业 治理整改一批隐患企业 提升一批较好企 业 要求在人员较多的生产场所严禁采用 氨直接蒸发制冷系统 1 并规定氨构成重 大危险源的临界数量为 10 吨 2 国务院 安委会办公室定于 2017 年 2 月至 11 月开 展专项治理验收工作 对全国涉氨制冷企 业液氨使用专项治理情况开展全面验收 彻底消除作业场所采用氨直接蒸发制冷的 空调系统和快速冻结装置未设置在单独作 业间内的两类重大事故隐患 全面提升企 业液氨使用安全水平 有效遏制重特大事 故发生 3 1 21 2 关于氟利昂制冷系统相关政策 截止到 2010 年 1 月 1 日 在全球范围 内已实现了 CFCs 的全面淘汰 在 CFCs 淘 汰转换工作提前完成的基础上 在 2007 年 9 月份召开的 蒙特利尔议定书 第 19 届 缔约方大会上 国际社会又进一步达成了 加速淘汰 HCFCs 的调整案 该调整案 规定 对于议定书第 5 条款缔约方 即通 常所说的中国等发展中国家 其 HCFCs 消 费量与生产量到 2020 年 削 减 35 到 2025 年削减 67 5 到 2030 年完成全部淘 汰 4 2016 年 10 月 蒙特利尔议定书 第 28 次缔约方会议重点审议了关于 HFCs 削 减控制的修正案 最后形成了新的 基加 利修正案 中国等主要发展中国家 自 2024 年 HFCs 开始冻结 2029 年削减 10 最终 2045 年实现削减 80 5 以保护地球臭氧层不受破坏 我国先 后下发 关于严格控制新建使用含氢氟氯 烃生产设施的通知 消耗臭氧层物质管 理条例 等对其进行管理 在专项治理过 程中 应严格避免产生以 氟利昂制冷剂 代替氨制冷剂 的简单化做法所带来的环 境问题 其中还明确要求 对人员较多 的生产场所的制冷系统要采用载冷剂间接 制冷系统 6 2 2 氨制冷系统氨制冷系统 2 12 1 NH3制冷剂 1859 年氨作为制冷剂的理论确立 1875 年开始用于工业制冷 NH3凝固温度 77 7 标准沸点 33 3 临界温度 132 4 临界压力 11 52Mpa 常温下冷凝 压力一般在 1 1Mpa 1 3Mpa 夏季最高不 超过 1 5Mpa 单位容积制冷量约 2177KJ m ODP 0 GWP 0 2 22 2 NH3制冷系统优缺点 2 2 12 2 1 优点 NH3制冷剂对环境友好性 破 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 坏臭氧层潜能值 ODP 为 0 全球气候变 暖潜能值 GWP 为 0 具有优良的热力学性 质 其单位容积制冷量较传统的氟利昂制 冷剂大 比重和粘度小 价格便宜 易获 得 氨机造价低 由于单个氨机制冷量可 达到 250 kW 甚至更大 而氟机 低温工况 最大为 100kW 若要用于大冷量工况 就必 须多机并联 因此 在大功率 100kW 以上 的情况下 氨机明显较氟并联机组价格低 氨系统若发生泄漏易被发现 2 2 22 2 2 缺点 氨几乎不溶于矿物油 管道和 换热器的传热面会积油 形成油膜 影响 传热 氨制冷系统需配用复杂的油分离系 统 造成产品体积庞大 氨在含油 含水 时 对铜和铜合金 磷青铜外 有腐蚀作 用 氨毒性较大 对人体器官有强烈刺激 作用 空气中氨的含量达到 0 5 0 6 时 人在其中停留半小时即可中毒 达到 11 13 即可点燃 达到 16 25 时遇明 火就会爆炸 少量氨泄漏就可导致储藏品 受到污染 大量泄漏则危及人身安全 需 保持通风使空气中氨含量 0 02mg L 7 在人员较多的生产场所严禁采用氨直接蒸 发制冷系统 3 3 氟利昂制冷系统氟利昂制冷系统 3 13 1 氟利昂制冷剂 氟利昂是饱和烃类的卤族衍生物总称 20 世纪 30 年代美国首先研究出氯氟烃类 R12 随后 CFCs 和 HCFCs 陆续得到研发 根据氟利昂制冷剂分子结构 可分以下三 类 氯氟烃类 主要包括 R11 R12 R113 R114 R115 R500 R50 2 等 此类制冷剂含氯元素破坏臭氧层 被 蒙特利尔议定书 列为一类受控物质 目前已禁止使用 氢氯氟烃类 R22 R123 R141b R142b 等 此类制冷 剂氯含量较少 被视为过渡性替代物质 R22 被限定于 2020 年淘汰 发展中国家截 止到 2030 年 氢氟烃类 R134a R125 R32 R404A R407C R41 0A R152 R507 等 此类制冷剂不含氯元 素 但在 联合国气候变化框架公约 京 都议定书中定性为温室气体 3 2 氟利昂制冷系统优缺点 3 2 13 2 1 优点 氟利昂制冷剂与冷冻油互溶 氟机无需复杂的油分 结构简单 体积小 制冷剂充注量小 一般为氨机的 1 2 或 1 3 机房要求高度低 机房占地面积小 压缩机并联运行 可实现自动能量调节 可实现全自动控制和远程监测报警 可保 存库房各温度参数 机房无需专人值守 3 2 23 2 2 缺点 氟利昂无色无味泄露难发现 遇明火温度 400 以上会分解有毒气体 受 两国际公约限制 价格相对氨较高 热工 性能不如氨 单位换热效率低 氟机单机 功率较氨小 在大功率的情况下要并联运 行 从而使机组造价提高 4 4 二氧化碳制冷系统二氧化碳制冷系统 4 14 1 CO2制冷剂 二氧化碳制冷剂是在 1850 年 最初是 由美国人 Alexander Twining 提出在蒸汽 压缩系统中采用 CO2作为制冷剂 1867 年 Thaddeus S C Lowe 首次成功使用 CO2应用 于商业机 标准沸点 78 2 凝固温度 56 55 临界压力 7 372Mpa 临界温度 31 1 0 时的容积制冷量 22601KJ m ODP 0 GWP 1 4 24 2 CO2制冷系统优缺点 4 2 14 2 1 优点 环境友好性 CO2是天然物质 破坏臭氧层潜能值为 0 全球气候变暖潜能 值为 1 不燃 不爆 价格便宜 不需要回 收设备 单位容积制冷量大 系统体积小 传热性能和流动性能好 CO2黏度小 流 体的流动阻力小 传热性能比 CFC 类制冷 剂好 4 2 24 2 2 缺点 运行压力高 CO2临界压力 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 7 38MPa CO2跨临界制冷循环的工作压力 最高可达到 10MPa 约为传统制冷工质 CFC 或 HCFC 系统压力的 6 8 倍 对设计 设 备尤其是阀门要求很高 且后期操作维护 专业性要求高 CO2系统中如果有水分 不 但会造成冰堵 CO2和水反应生产碳酸 对 系统造成腐蚀 CO2的泄露危险性 大气中 CO2和 O2的浓度比为 1 700 O2浓度下降 1 5 不会引起致命的危害 CO2浓度上升 1 5 是致命的 CO2冲霜的问题 如果采 用电融霜 运行费用非常高 采用水融霜 融霜时间长 并且冷库地面会出现冻冰现 象 通常采用工质融霜 停电时 CO2系统压 力升高 一旦制冷系统停止运行 必须保 证辅助制冷系统可靠运行 由于需采用双 系统工作 初投资较大 系统复杂 5 5 一种优化的间接制冷系统一种优化的间接制冷系统 5 15 1 间接制冷系统 二次制冷技术 也就间接制冷技术 在 制冷系统管路增加二次冷却液储液罐 使 制冷剂可以在一个局部小的范围内 将冷 量传递给载冷剂 然后再通过泵在常压下 将载冷剂的冷量传递给冷库实现制冷 本 系统设有载冷剂储罐与蒸发器连接 蒸发 器吸收储罐中载冷剂的热量 将载冷剂降 温 载冷剂储罐与冷却泵连接 冷却泵将 载冷剂运输到冷库间释放冷量 以达到制 冷的目的 同时该系统在压缩机后设有热 交换器及除霜液储罐 压缩机放出的热量 进行热交换后储存在除霜液储罐中 当冷 库间进行除霜时 将除霜液通过泵输送到 冷库间进行热除霜 该系统中载冷剂与除 霜液均为冰河冷媒专利产品 该系统解决 了传统直接制冷系统存在的安全性问题 暖液除霜系统利用压缩机余热除霜 达到 节能的目的 本系统的优点是设有载冷剂储罐 其 容量为载冷剂循环量的一倍以上 需要冷 量时 载冷剂在冷库间及操作间常压循环 解决了传统氨冷库的安全性问题 也方便 以后进行管路维修 同时当夜间电费低时 可以将制冷机满负荷运行 冷量储存在载 冷剂中 白天用电量大时 可以关闭制冷 机组 让储存的冷量进行循环 实现了电 力的移峰填谷 优化的二次制冷改造方案如图 1 所示 图 1 优化的二次制冷改造方案示意图 图中 1 压缩机 2 蒸发器 3 8 载冷剂储罐 4 膨胀阀 5 冷凝器 6 冷却水系统 7 热交换器 9 冷库 间 10 11 载冷剂泵 此优化方案中所用载冷剂为朝阳光达化工有 限公司专利产品冰河冷媒 其特点是用量省 如 图 2 LM 1 冰河冷媒与乙二醇对比 在同一使用温 度 30 下 LM 1 使用浓度为 38 乙二醇浓度 为 50 LM 1 用量较省 载冷能力强 见表 2 氯 化钙 乙二醇 酒精 冰河冷媒在同一冰点下冰 河冷媒导热系数较高 粘度较小 防锈性能突出 表 1 为中科院金属研究所权威检测 A3 钢在 25 乙 二醇 LM 1 LM 4 溶液中腐蚀 168h 后的重量变 化 A3 钢在 25 乙二醇锈蚀严重 在 LM 1 LM 4 溶液中几乎无变化 无毒 较环保 无闪点 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 不然 不爆 解决了传统载冷剂存在的问题 使设备使用寿命至 15 年以上 相关物性参数对比见图 2 表 1 表 2 图 2 两种载冷剂的冰点曲线图 5 25 2 优化间接制冷系统案例 案例 1 松林啤酒 LM 1 型冷媒替代酒精 松林啤酒 1997 年以前 一直使用酒精做载冷剂 工艺温度 10 啤酒年产量 5 万吨左右 每年做 载冷剂用酒精 50 吨以上 该公司 1998 年扩建 啤酒产量每年达到 20 万吨 扩建后选用 LM 1 型 冰河冷媒 年用量仅 10 20 吨 1997 年以前制 冷系统每年要大修一次 使用冰河冷媒后 五年 以上才需要大修一次 结论 由以上数据可以看出 使用冰河冷媒后 无论是载冷剂消耗量还是系统维修费用都大大降 低 到目前为止 该公司已使用冰河冷媒 10 年以 上 系统中的载冷剂仍然清澈透明 系统寿命显 著提高 同时也节约了大量的电力 提高了生产 效率 案例 2 上海津沛物流 氨系统改优化间接制冷系统 上海津沛物流 2015 年建设 库容 22 5 万 m 装货 38000 吨 18 冷藏库 4 台氨机改造的 氟机 两开 两备 每台 200KW 自制热交换器 储液罐 200 m 载冷剂 LM 450 储液罐循环泵 4 台 入库循环泵 6 台 风机冷却 常温水除 霜 每日除霜一次 晚间制冷蓄冷 白天不制冷 保温严 管理严 高端货物 12 入库 冬季每 月电费 10 万元 夏季每月电费 40 万元 一人看 机 经客户反馈 比以前氨直冷系统省电 结论 效果良好 制造成本经济 维护简单 运 行成本 人工成本低 5 35 3 间接制冷系统优缺点 5 3 15 3 1 优点 安全 只有载冷剂进入冷藏车间 常压循环 安全无害 环保 制冷剂仅在机房循 环 用量仅为直接制冷方式的 1 10 以内 常压环 保型载冷剂在车间循环 有效避免环境污染 5 3 25 3 2 缺点 间接制冷难免会有能量损失劣于直 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 膨系统 一旦载冷剂选用不当会造成设备腐蚀 要选用专业载冷剂 优化间接制冷系统 氨系统 氟系统 CO2系 统对比见表 3 表表 3 3 不同制冷系统性能比较不同制冷系统性能比较 项目项目优化间接制冷系统优化间接制冷系统氨系统氨系统氟系统氟系统COCO2 2系统系统 经济性经济性 投资费用适中投资费用适中投资费用高投资费用高 安全性安全性 冰河冷媒载冷剂 不燃 不爆 无毒 无腐蚀性 常压循 环系统 查漏及维 修简单方便 氨易燃 易爆 有 毒 一旦泄露 后 果严重 空气中含 量按体积计 0 5 0 6 按质量 计 3g m 5g m 暴 露 0 5h 造成人员 死亡或严重危害 氟利昂泄露时毫无 征兆 查漏及补充 成本高昂 R22 空气 中含量按体积计 18 22 6 按质 量计 645g m 810g m 暴露 2h 造成人员 死亡或严重危害 运行压力高 遇水 对系统有腐蚀性 泄露时毫无征兆 空气中含量按体积 计 29 3 0 按质 量计 530g m 550g m 暴露 0 5 1h 造成 人员死亡或严重危 害 环保环保环保 NH3 ODP 0 GWP 0 环保 R22 ODP 0 034 GWP 1700 R507A ODP 0 GWP 3300 不环保 CO2 ODP 0 GWP 1 NH3 ODP 0 GWP 0 环保 相关规范相关规范国内现已非常健全国内现已非常健全国内现已非常健全 国内相关规范 不健全 操作操作 自动控制或半自动 控制均可 操作简单 操作人 员比较成熟 氨系统无法完全实 现全自动控制 需 设专业人员对氨机 进行 24 小时管理 操作简单 操作人 员比较成熟 自动控制 非常成 熟 操作简单 操作人 员比较成熟 自动控制 繁琐 操作较复杂 操作 人员要求比较高 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 压缩机压缩机 NH3压缩机或氟利昂 压缩机 仅 NH3压缩机氟利昂压缩机 NH3和 CO2压缩机或 氟利昂和 CO2压缩机 管道材质管道材质 20 钢 铜 不锈钢 等无特殊要求 20 钢铜 20 钢 CO2侧 16MnR 和 304 不锈钢 NH3侧 20 钢 蒸发器蒸发器 冲霜方式冲霜方式 冰河融霜系统 可全工质融霜 或混合冲霜 工质融霜 电热融 霜 水冲霜 水冲霜或工质融霜 工质融霜压力较高 6 6 结论结论 随着我国冷藏冷冻食品市场发展快速增长 对安全 环保 节能 高效制冷技术的需求急剧 上升 氨制冷系统需严格监管 少量氨泄