冷库制冷系统方案的确定

冷库制冷系统方案的确定制冷系统方案是设计单位依据设计任务书而提出的初步设想，是一个关键的环节，冷库或其它制冷装置，使用效果的好坏都与所选择的制冷方案有着密切的关系，若制冷方案确定的不当，会给冷库的建设造成不应有的损失和操作管理不便。因此在确定方案时，应从先进、实用、发展、经济等方面出发，同时考虑几个不同的方案进行比较，权衡利弊，选择最佳的设计方案。1确定制冷系统方案的原则满足食品冷加工工艺要求，保证质量，降低干耗；制冷系统要运转可靠和操作管理方便，又要有安全保障；制冷系统尽量采用新机器、新设备、新技术、新工艺、应优先选用自动控制方案；考虑经济性，综合比较初置费用和运转费用；考虑技术经济发展趋势。2冷库制冷系统的确定2.1氨作为制冷剂的特点氨是目前应用最为广泛的一种制冷剂，主要用于制冰和冷藏制冷。氨作为制冷剂其优点是单位容积制冷量大；蒸发压力和冷凝压力适中;氨黏度小，流动阻力小，传热性能好，对钢铁不产生腐蚀作用；氨易溶于水，系统不易发生“冰塞”现象；氨价格便宜，容易购买。氨的主要缺点是对人体有较大的毒性。氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味，刺激人的眼睛与呼吸器官。氨易燃易爆，当空气中氨的体积分数达16%〜25%时可引起爆炸，达到11%〜14%时即可点燃。因此，车间内的工作区里氨蒸气浓度不得超过20kg/m3。氨几乎不溶于油，如果润滑油进入换热设备，在换热设备的传热面上会形成油膜，影响其传热效果。因此，在氨制冷系统中必须设置油分离器。此外，在运行中润滑油还会积存在冷凝器、贮液器和蒸发器等设备的下部，下部有排油装置，应定期排油。2.2制冷系统供液方式的确定蒸气压缩机制冷系统根据向蒸发器供液的方式不同可分为直接供液、重力供液、液泵供液三种。（1）直接供液方式直接供液是指制冷剂液体通过膨胀阀直接向蒸发器供液，而不经过其它设备的制冷系统，又称直接膨胀供液系统。直接供液方式的特点是：口经过节流膨胀后的制冷剂，处于气液两相混合状态，两相流体在多路蒸发器管路中，不能按设计要求均匀地分配。□高压制冷剂液体，经节流膨胀后，产生大量闪发气体，这些气体进入蒸发器不仅没有制冷，而且会使蒸发器的传热效果降低。口采用直接节流供液的蒸发器通常为单一通道，蒸发器盘管的长度受到限制，不能大长，不然沿程阻力引起的蒸发器内压力降太大，会影响蒸发器的正常工作。口为了简化制冷装置，便于操作管理，直接供液系统一般采用压缩冷凝机组为宜重力供液方式重力供液是利用制冷剂液柱的重力来向蒸发器供液。这种系统是将经过膨胀阀的制冷剂先经过氨液分离器，将其中氨蒸气分离后，使氨液借助于氨液分离器的液面和蒸发器的液面之间的液位差作为动力，达到向蒸发器供液的目的。这种供液方式的特点是：□高压制冷剂经过膨胀阀节流后将产生闪发气体，在氨液分离器里被分离出来，这样供给蒸发器的液体不再是气液两相的混合体，从而提高了蒸发器传热面积的利用率，也为并联的蒸发器能均匀供液提供了条件。□由氨液分离器向并联的各组蒸发器供液时，可以用调节阀的开启度调节各蒸发器的进液量，容易实现蒸发器的供液均匀。□当蒸发器负荷有较大变动时，很容易使回气带液滴。□重力供液是靠液位差为动力，蒸发压力受静液柱的影响，蒸发器管线约长，阻力损失越大，其影响越大。口利用液柱的重力供液，动力较小，使蒸发器内与制冷剂一起进入的润滑油很难排出，致使传热表面形成油膜，降低了制冷。□重力供液的氨液分离器要超过蒸发器一定高度，使氨液分离器与蒸发器之间的静液柱压力差足以克服制冷剂的流动阻力。液泵供液方式液泵供液是指制冷系统借助液泵来向蒸发器供液。也称液泵强制循环。这种供液方式的特点是:□这种供液方式送入蒸发器的液量为实际蒸发量的3〜6倍，管壁润湿良好，传热增强，因而能使蒸发器发挥更大的制冷性能。□供液量充分，回流过热度小，可以提高压缩的效率，提高制冷循环的制冷系数。口重力供液常用的氨液分离器、排液桶等辅助设备，可以被低压循环贮液器所取代，以简化系统，操作简单便利。□液泵的设置将使制冷系统的动力消耗增加1%〜1.5%左右，同时要增加泵的维护检修工作。综上所述，液泵供液比其它供液方式优越的多，它具有制冷装置效率高、安全性好、便与操作管理及易于实现自动化控制等特点，因此，本设计中采用氨泵供液。2.3冷间冷却方式的确定库房冷却设备主要是蒸发器，即墙、顶盘管、搁架式盘管、冷风机等。冷却设备是冷库的重要吸热设备，应根据冷藏间性质、贮藏食物种类、库温要求、供液方式以及冷加工的特点进行选择，以满足库房降温速度、食品冷加工速度及冷藏质量的要求。冷却设备选型的原则为：□冷却间、冻结间和冷却物冷藏间的冷却设备采用冷风机。□冻结盘装、箱装或听装食品时，可采用搁架式排管或平板冻结器等冻结设备。□冻结物冷藏间采用墙排管、顶排管等冷却设备；当食品有良好的包装时，可采用冷风机。□储冰间采用分散均匀满布的方式设置顶排管。口对于包装间，当室温底于一5□时采用墙排管；室温高于一5口时宜采用冷风机。□冷却设备的计算温差应根据减少食品干耗、提高制冷效率，节省能源等，通过技术经济比较确定，一般为10口。故在本次设计中，冻结间采用吊顶式冷风机冷却，冻结物冷藏间采用单层光滑蛇形墙排管冷却。2.4供冷方式的确定（1） 集中供冷式把制冷装置的主要机器和设备，在现场安装于特定的机房内。用供液、回气管道和各库房的冷却设备连接起来，这种方式称集中供冷方式。目前我国冷库一般均采用这种供冷方式。（2） 分散供冷式把制冷机器和设备在制造厂组装成为一套紧凑高效的具有全自动性能的制冷机组。故在本次设计中采用集中供冷式。2.5制冷系统蒸发温度回路的方案确定（1）蒸发温度回路的概念一个制冷系统中，常常存在着几种不同的蒸发温度。如果把制冷剂在循环时所经历的路径叫做“回路”，那么某种蒸发温度的制冷剂所对应的“回路”就称做这种蒸发温度的回路，^口-15口回路、-28口回路、-33口回路等。蒸发温度回路的划分方案蒸发温度回路的合并可简化系统、节省投资和管理费用，但同时会增加压缩机的运转电耗。因此在设计制冷装置时，如何进行综合经济比较，定出合理的蒸发温度回路数是制冷装置设计的重要课题之一。在考虑制冷系统蒸发温度回路的划分时，应当遵循的主要原则是首先保证食品冷加工相冷贮藏的质量.在此前提下兼顾系统的经济合理性。2.6蒸发器除霜方案的确定在冷库中由于蒸发设备的表面温度低于室内空气的露点温度，食品和空气中的水分就会在设备表面凝结。由于设备表面温度低于冰点，所以，管子外表面会结成霜层。这种霜层的存在会使蒸发设备的传热系数减小，这样会导致制冷量降低，无谓的耗电量增加。因此，为了确保制冷效果，应当定期将蒸发设备表面的霜层除去。除霜的方法有两种：一种是采用专门的器具进行除霜，这种方法叫“扫霜七另一种方法是利用高压高温的氨蒸气通过蒸发设备，使蒸发设备外的霜层受热融化而自行脱落，这种方法称为'冲霜”。在冷库制冷系统中冲霜所采用的高温高压过热蒸气，大多数是从氨液分离器后的排气管上引出的，因为该处的排气温度较高，含油量少，这样可以缩短冲霜时间和减少油对蒸发排管的污染。在本设计中，冻结物冷藏间的墙排管采用人工扫霜与热氨融霜相结合的方式，冻结间的冷风机采用热氨融霜的方法。2.7提高制）令效率的基本措施（1）润滑油的分离与回收润滑油对于压缩机来说不仅起着润滑、降低摩擦力的作用，还起着密封、带走潜屑和热量以及作能量调节机构的动力的作用，尤其是对螺杆压缩机的正常运行更显得重要。但是，压缩机在运行时，当排气速度达到24—30顺/5时，就会把部分润滑油带出气缸。此外，当排气温度达90□—140□时，部分润滑油也会气化为油气（宜径为5—50Pm的油较），随着制冷剂蒸汽进入排气管，所以，压缩机在运行时总是把润滑油源源不断地排入系统的高压部分。润滑油进入系统的循环回路将造成下述不良后果：□油积存在设备和管道内，使其工作容积减少；□油的粘度大，遇到活物和机械杂质后易混合成为胶状物质。当其积累在截面较小的管道或阀门中时，易造成堵塞，使系统不能正常运行；□油的导热系数远比金屑小，当时在热交换器壁面时，将使传热恶化，引起冷凝温度升高和蒸发压力下降，并使排气温度上升，从而使制冷装置的工作效率降低；□若淘滑油无法及时返回压缩机曲轴箱时，可能导致压缩机失油而发生事故。因此，在设计时必须采取措施使油从系统的积油设备中分离出来，然后通过手动或自动使之返回压缩机曲袖箱循环使用。首先，应在压缩机和冷起器之间的排气管上设置油分离器，利用降低流速、改变流向、液态制冷刑洗涤和冷却，或利用重力和离心力的作用，使绝大部分的油在进入冷踞器之前就被分离出来。为了进一步分离少量混入冷凝器、又随冷剂液体流出的润滑油，还可以在冷凝器的出液管上设置液油分离器，利用离心力的作用使油从液体中分离出来。通过这两道分离后，仍有少量的润滑抽混同在制冷剂液体中而进入其他设备，所以在贮液器、中冷器、低压循环桶、排液桶、汽液分离器以及蒸发器等设备的底部，都会沉积润滑油，因此还应在这些设备的底部设置放油管道。从集泊器中放出的油应经过油处理设备的再生处理，经抽除氨气，过滤油污，蒸发水份后再注入压缩机循环使用。（2）不凝性气体的分离在制冷装置中，由于金属材料的腐蚀，润滑油的分解，制冷剂不纯及接触污物后的分解，负压运行时由于制冷装置不密闭或手动加油时把空气吸入系统，投产前和维修后对系统的空气抽除不干净等原因，使系统内含有o2、n2、h2、C12、水汽和其他碳氢化合物的混合气体。这些混合气体混同制冷剂在制冷装置中循环，由于不能被液化，使冷凝器内增加这部分不凝性气体的分压力造成冷凝压力升高，冷凝器的传热效果下降。而且，混合气体中的水份相对会加剧对金属材料的腐蚀和加速润滑油的氧化。由于不凝性气体总是和制冷剂气体混合存在，采用直接排放的方法势必同时放掉一部分制冷剂，这样既不安全又造成浪费，所以应设置空气分离器，通过它来冷凝回收不凝性气体中的制冷剂。只有经常处在正压下工作的制冷装置，才可以不设置空气分离器，但仍需设置放空气阀，必要时从冷凝器或贮液器的顶部直接排放掉系统中的不凝性气体。高压制冷剂液体的过冷蒸发器的除霜和排液2.8制冷系统的安全保护措施压缩机的安全保护口安全保护装置：压缩机的安全保护装置主要有商低压