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如何設計建造一個科學合理的冷庫
作者:admin 發布日期:2019-11-1 關注次數: 二維碼分享
冷庫是指用人工手段,創造與室外溫度或濕度不同的環境,也是對食品、液體、化工、醫藥、疫苗、科學試驗等物品的恒溫恒濕貯藏設備。
 
雖然中國的冷鏈產業發展迅猛,但是冷庫的制冷系統依然是建造整個冷庫的核心組成部分。所以制冷系統的設計合理性,是決定冷庫項目經濟性、環保性、科學性的關鍵因素。
 
制冷系統的制冷劑
 
國內冷庫制冷系統的制冷劑主要有:氟利昂、氨和二氧化碳三種。
 
氟利昂制冷劑應用較多的為R410A、R404A 和 R507。氨和二氧化碳是兩種天然制冷劑,氨ODP=0,GWP=0,二氧化碳 ODP=0,GWP=1,對環境的影響小,也是當今較為熱門的兩種制冷劑。 
 
根據環境保護部發布的《關于生產和使用消耗臭氧層物質建設項目管理有關工作的通知》,禁止新建和擴建生產和使用作為制冷劑等受控用途的 ODS 建設項目,R22已禁止使用于新建冷庫項目,R22 的替代與新型環保制冷劑的研究一直是行業熱點。
 

YEANYOUYUBENSHENJUYOUDUXING,KERANJIBAOZHAWEIXIANXING,BAOHANZAIGUOJIAANQUANJIANGUANZONGJUSHOUPIZHONGDIANJIANGUANDEWEIXIANHUAXUEPINMINGLUNEI,QIEYEANCHUCUNLIANGCHAOGUO 10 DUNJIBEIPANDINGWEIZHONGDAWEIXIANYUAN,YINCIANZHILENGXITONGSHOUDAOANQUANJIANDUBUMENYANGEJIANGUAN,DUIQIYINGYONGJUYOUHENDADEXIANZHIZUOYONG。ERYANGHUATANZUOWEITIANRANZHILENGJILISHIYOUJIU,YOUYUSHOUDAORENGONGHECHENGZHILENGJIDEYINGXIANG,ZAIGUONEIFAZHANDEJIAOWAN,YINCIHUANMEIYOUDEDAOGUANGFANDEYINGYONG,MUQIANYOUYUFULIANGDUIHUANJINGDEPOHUAIZUOYONGERZHONGDENGWUTAI,FAZHANQIANJINGKANHAO。


制冷系統的選擇 

 

冷庫按冷藏設計溫度分類可以分為高溫、中溫、低溫和超低溫四大類冷庫:

①高溫冷庫設計溫度為-2℃~+8℃;

②中溫冷庫設計溫度為-10℃~-23℃;

③低溫冷庫設計溫度為-23℃~-30℃;

④超低溫冷庫設計溫度一般為-30℃~-80℃。

 

冷庫的設計規模按冷藏間公稱容積可分為大型、中型和小型三大類冷庫:

①公稱容積大于20000m3為大型冷庫;

②20000m3~5000m3為中型冷庫;

③小于5000m3為小型冷庫。

 

為了減小制冷系統制冷劑的充注量,滿足經濟性和安全性要求,一般中小型冷庫采用氟利昂或氨制冷系統,大型冷庫根據冷庫的設計溫度采用氨和二氧化碳復疊/載冷制冷系統或氟利昂和二氧化碳復疊/載冷制冷系統。對于氨和二氧化碳復疊/載冷制冷系統,當制冷系統蒸發溫度高于-25℃,一般采用二氧化碳載冷制冷系統;當制冷系統蒸發溫度低于-25℃時,一般采用二氧化碳復疊制冷系統。

 

聚氨酯冷庫板以輕質聚氨酯作為冷庫板的內心材料,聚氨酯冷庫板的外部由SII,pvc彩鋼板和不銹鋼板組件而成,冷庫板材里面嵌入了鎖扣,在安裝使用的時候,兩塊板的陰陽槽內埋入的鎖扣相互搭接。

 

聚氨酯冷庫板一般厚度有:60 75 100 120 150 175 200mm,最低工作溫度可達-120度。冷庫達不到所需溫度的原因,除了制冷機器的原因,一個非常重要的原因,那就是冷庫板質量不過關。

 

選購聚氨酯冷庫板最重要的一點是板材氣密性。聚氨酯冷庫板氣密性不好的話,冷庫內外的空氣就流通開了,想要達到理想的隔熱保溫效果就必須要加大能源的消耗了;其次就是要注意聚氨酯冷庫板的隔熱保溫性能,這和聚氨酯冷庫板的厚度有關,也和聚氨酯板原材選取有關。

 

制冷壓縮機組的選擇 

 

制冷壓縮機是制冷系統的心臟,根據冷庫的規模和設計溫度等因素,合理選擇制冷壓縮機組是制冷系統設計的關鍵。

 

制冷壓縮機根據其工作原理可以分為容積型和速度型兩大類,在冷庫應用領域,通常采用容積型壓縮機,主要包含活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機。

 

氨制冷系統一般采用開啟式壓縮機,主要采用開啟式螺桿壓縮機。氟制冷系統一般采用渦旋式壓縮機及半封閉或全封閉式壓縮機,主要采用半封閉式螺桿壓縮機,半封閉式活塞壓縮機和半封閉式渦旋式壓縮機。二氧化碳制冷系統壓縮機選擇比較靈活,當制冷量較小時一般采用半封閉式活塞壓縮機,制冷量較大時一般采用開啟式螺桿壓縮機。 一般大型冷庫制冷系統采用螺桿式壓縮機,小型冷庫制冷系統采用活塞式壓縮機和渦旋式壓縮機。為了滿足制冷系統不同負荷條件下的經濟性要求,以及保證制冷系統運行的可靠性,壓縮機組可采用多個壓縮機并聯組合使用。

 

供液形式的選擇 

 

制冷系統供液方式分為:直接膨脹供液、重力供液、液泵供液、氣泵供液四種。

 

冷庫制冷系統較為常用的供液方式為直接膨脹式供液和液泵強制供液,通常小型制冷系統采用直接膨脹式供液系統,大型制冷系統采用桶泵強制供液系統。桶泵強制供液系統與直接膨脹式供液系統相比較,其優缺點如下:

 

桶泵供液的優點主要有:①蒸發器具有較高的換熱效率,冷卻效果好;②能夠保證長距離供液;③制冷壓縮機的運行工況得以改善,保證制冷壓縮機的安全運轉和提高壓縮機的制冷效率;④系統操作簡單可靠,便于集中控制和實現自動化。 

 

桶泵供液的缺點主要有:①制冷劑充注量大,增加了桶泵機組,機房占地面積增大,初投資增加;②系統回油較復雜,處理不好會導致整個制冷系統發生運行故障。

 

制冷系統自動化控制 

 

傳統冷庫自動化程度低、操作人員技術水平較低是我國冷庫事故頻繁發生的主要原因,尤其是氨制冷系統,一旦發生泄漏,極易對人身造成直接傷害,所以提高冷庫中制冷系統自動化程度、減少制冷劑液氨的充注量,對于提高制冷系統安全性可以產生明顯效果。

 

對于大型制冷系統,一般采用集中 PLC 控制系統,控制系統控制對象主要包括壓縮機、冷風機、蒸發式冷凝器、桶泵、沖霜水泵、事故風機。PLC 自控系統集中設置在控制室,除了監控速凍裝置、制冷機房、液罐區的氨氣泄漏、報警、事故排風、緊急切斷之外,還應設置與氨制冷機組各分控系統之間的數據通訊接口,并具備半年數據儲存、適時顯示各相關安全系統的運行狀態、氨氣濃度等技術指標。

 

氟利昂制冷系統與氨制冷系統回油方式不同,氨制冷系統只能用集油器放油,可以將油放出制冷系統外,收集后進行集中處理,再加進壓縮機曲軸箱補油。而氟利昂制冷系統一般采用回油器自動回油,油不放出系統外,直接送至各補油部位,采用封閉式回油的油路設計,回油技術是氟利昂制冷系統設計的關鍵技術。

 

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。

 

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。

 

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》GB  50316—2000(2008 年版)要求,除了低溫低應力工況外,10#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),20#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),16Mn 低合金鋼管(GB/T 8163)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。 

 

冷庫制冷系統是一個多種設備組合和關鍵技術運用的綜合體,制冷系統的合理設計是保證冷庫正常運行、環境友好、初投資及后期運行經濟的前提條件。只有把握好制冷系統設計的各個要點,憑借新技術及經驗不斷優化,才能使制冷系統設計趨于完美。

 
冷庫按冷藏設計溫度分類可以分為高溫、中溫、低溫和超低溫四大類冷庫:
①高溫冷庫設計溫度為-2℃~+8℃;
②中溫冷庫設計溫度為-10℃~-23℃;
③低溫冷庫設計溫度為-23℃~-30℃;
④超低溫冷庫設計溫度一般為-30℃~-80℃。
 
冷庫的設計規模按冷藏間公稱容積可分為大型、中型和小型三大類冷庫:
①公稱容積大于20000m3為大型冷庫;
②20000m3~5000m3為中型冷庫;
③小于5000m3為小型冷庫。
 
為了減小制冷系統制冷劑的充注量,滿足經濟性和安全性要求,一般中小型冷庫采用氟利昂或氨制冷系統,大型冷庫根據冷庫的設計溫度采用氨和二氧化碳復疊/載冷制冷系統或氟利昂和二氧化碳復疊/載冷制冷系統。對于氨和二氧化碳復疊/載冷制冷系統,當制冷系統蒸發溫度高于-25℃,一般采用二氧化碳載冷制冷系統;當制冷系統蒸發溫度低于-25℃時,一般采用二氧化碳復疊制冷系統。
 
聚氨酯冷庫板以輕質聚氨酯作為冷庫板的內心材料,聚氨酯冷庫板的外部由SII,pvc彩鋼板和不銹鋼板組件而成,冷庫板材里面嵌入了鎖扣,在安裝使用的時候,兩塊板的陰陽槽內埋入的鎖扣相互搭接。
 
聚氨酯冷庫板一般厚度有:60 75 100 120 150 175 200mm,最低工作溫度可達-120度。冷庫達不到所需溫度的原因,除了制冷機器的原因,一個非常重要的原因,那就是冷庫板質量不過關。
 
選購聚氨酯冷庫板最重要的一點是板材氣密性。聚氨酯冷庫板氣密性不好的話,冷庫內外的空氣就流通開了,想要達到理想的隔熱保溫效果就必須要加大能源的消耗了;其次就是要注意聚氨酯冷庫板的隔熱保溫性能,這和聚氨酯冷庫板的厚度有關,也和聚氨酯板原材選取有關。
 
制冷壓縮機組的選擇 
 
制冷壓縮機是制冷系統的心臟,根據冷庫的規模和設計溫度等因素,合理選擇制冷壓縮機組是制冷系統設計的關鍵。
 
制冷壓縮機根據其工作原理可以分為容積型和速度型兩大類,在冷庫應用領域,通常采用容積型壓縮機,主要包含活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機和渦旋式壓縮機。
 
氨制冷系統一般采用開啟式壓縮機,主要采用開啟式螺桿壓縮機。氟制冷系統一般采用渦旋式壓縮機及半封閉或全封閉式壓縮機,主要采用半封閉式螺桿壓縮機,半封閉式活塞壓縮機和半封閉式渦旋式壓縮機。二氧化碳制冷系統壓縮機選擇比較靈活,當制冷量較小時一般采用半封閉式活塞壓縮機,制冷量較大時一般采用開啟式螺桿壓縮機。 一般大型冷庫制冷系統采用螺桿式壓縮機,小型冷庫制冷系統采用活塞式壓縮機和渦旋式壓縮機。為了滿足制冷系統不同負荷條件下的經濟性要求,以及保證制冷系統運行的可靠性,壓縮機組可采用多個壓縮機并聯組合使用。
 
供液形式的選擇 
 
制冷系統供液方式分為:直接膨脹供液、重力供液、液泵供液、氣泵供液四種。
 
冷庫制冷系統較為常用的供液方式為直接膨脹式供液和液泵強制供液,通常小型制冷系統采用直接膨脹式供液系統,大型制冷系統采用桶泵強制供液系統。桶泵強制供液系統與直接膨脹式供液系統相比較,其優缺點如下:
 
桶泵供液的優點主要有:①蒸發器具有較高的換熱效率,冷卻效果好;②能夠保證長距離供液;③制冷壓縮機的運行工況得以改善,保證制冷壓縮機的安全運轉和提高壓縮機的制冷效率;④系統操作簡單可靠,便于集中控制和實現自動化。 
 
桶泵供液的缺點主要有:①制冷劑充注量大,增加了桶泵機組,機房占地面積增大,初投資增加;②系統回油較復雜,處理不好會導致整個制冷系統發生運行故障。
 
制冷系統自動化控制 
 
傳統冷庫自動化程度低、操作人員技術水平較低是我國冷庫事故頻繁發生的主要原因,尤其是氨制冷系統,一旦發生泄漏,極易對人身造成直接傷害,所以提高冷庫中制冷系統自動化程度、減少制冷劑液氨的充注量,對于提高制冷系統安全性可以產生明顯效果。
 
對于大型制冷系統,一般采用集中 PLC 控制系統,控制系統控制對象主要包括壓縮機、冷風機、蒸發式冷凝器、桶泵、沖霜水泵、事故風機。PLC 自控系統集中設置在控制室,除了監控速凍裝置、制冷機房、液罐區的氨氣泄漏、報警、事故排風、緊急切斷之外,還應設置與氨制冷機組各分控系統之間的數據通訊接口,并具備半年數據儲存、適時顯示各相關安全系統的運行狀態、氨氣濃度等技術指標。
 
氟利昂制冷系統與氨制冷系統回油方式不同,氨制冷系統只能用集油器放油,可以將油放出制冷系統外,收集后進行集中處理,再加進壓縮機曲軸箱補油。而氟利昂制冷系統一般采用回油器自動回油,油不放出系統外,直接送至各補油部位,采用封閉式回油的油路設計,回油技術是氟利昂制冷系統設計的關鍵技術。
 
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。
 
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。
 
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》GB  50316—2000(2008 年版)要求,除了低溫低應力工況外,10#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),20#碳鋼無縫鋼管(GB/T 8163),16Mn 低合金鋼管(GB/T 8163)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。 
 
冷庫制冷系統是一個多種設備組合和關鍵技術運用的綜合體,制冷系統的合理設計是保證冷庫正常運行、環境友好、初投資及后期運行經濟的前提條件。只有把握好制冷系統設計的各個要點,憑借新技術及經驗不斷優化,才能使制冷系統設計趨于完美。
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