冷库制冷系统设计要点分析

秦晓颖

大连博森纳海洋技术有限公司 辽宁大连 116600

随着冷链产业的不断发展，我国流冷库建设规模不断扩大，其建设数量也在持续增多。就冷库设计而言，人们在进行新型冷库设计、施工的基础上，加强了对现有冷库的优化改造，从而确保其在产品冷冻、冷藏和保险方面职能的发挥。冷库制冷效率优化是其设计改造的重要内容。

1 制冷系统的选择

1.1 制冷剂

当前冷库内部的制冷剂主要包含二氧化碳、氨与氟利昂等，氟利昂的使用品种为R507、R404A与R134a，由于二氧化碳与氨气的天然属性，其并不会对环境产生较大影响，此二类制冷剂应用较为广泛。在运用氨气制冷系统的过程中，由于其易燃易爆炸，且带有毒性，产生的液氨属危险化学品，若其储存量高于10吨，该区域可被视为重大危险源，监督机构需严格检查冷库制冷系统中的液氨情形，其应用量也会有所控制[1]。作为天然制冷剂的一种，二氧化碳的使用历史虽久，但其发展与应用的时间较晚，目前发展前景最被看好的制冷剂为氟利昂。

1.2 制冷系统的形式

依照不同温度的冷藏设计，其可分成四种冷库，即超低温冷库，该系统的温度设计大多在-30至-80℃之间；低温冷库的温度在-23至-30℃间；而-10至-23℃则属中温冷库；高温冷库的温度在-2至8℃。若根据规模的不同，当其体积低于5000m3时，其类型为小型冷库；在20000-5000m3之间的为中型冷库；大型冷库的体积在20000m3以上。为降低制冷剂内部的充注量，提升制冷系统的安全性与经济性，氨气或氟利昂制冷剂通常作用在中小型冷库中，而大型冷库大多采用多种制冷剂，即同时使用两到三种制冷剂。若制冷系统的蒸发温度在-25℃以下时，该系统大多采用二氧化碳及氟利昂或氨；如果其温度在-25℃以上时，可运用氨或氟利昂制冷剂[2]。

1.3 压缩机组

制冷系统的中心为压缩机组，依照冷库内部不同的温度与规模，压缩机组的选择极为关键。根据系统内部的工作原理，压缩机可分成速度型与容积型，而在正常温度下的冷库中多数应用容积型，其主要的压缩机类型是涡旋式、螺杆式与活塞式压缩机。氨气制冷系统内部的压缩机主要运用螺杆开启式，而氟利昂制冷系统多为全封闭、半封闭或涡旋式压缩机。二氧化碳型制冷系统中的压缩机形式较灵活，其根据制冷量的不同而发生改变，比如，若其制冷量较大，通常为螺杆压缩机；制冷量较小时又会采用活塞式压缩机[3]。小型冷库多应用涡旋式或活塞式压缩机，而螺杆式压缩机需应用在大型冷库中，制冷系统的负荷不同，则其经济性要求也会有所区别。

2 冷库制冷系统具体的设计方案

2.1 制冷系统回油技术

2.1.1 并联压缩机组回油

并联压缩机组的关键技术是各并联压缩机能顺利而均衡地回油，从而保证各压缩机的正常润滑和工作。并联压缩机组系统的回油问题主要受两个因素影响：一是系统设计因素，即系统布局与管路设计；二是化学因素，即润滑油和制冷工质混合物性质。一般系统布局与管路设计是设计重点，通过系统设计优化，减少甚至消除管道中润滑油积存现象，增强系统回油能力。涡旋并联压缩机组和螺杆并联压缩机组适宜采用高压回油方案，活塞并联压缩机组适合采用低压回油方案[4]。

2.1.2 氟利昂桶泵机组回油

大型氟利昂制冷系统通常采用桶泵强制供液系统集中制冷。在低压循环桶内，冷冻油与氟利昂分离，由于油比重较氟利昂小，冷冻油聚集在低压循环桶的上部。氟利昂桶泵供液系统的关键技术在于如何将聚集在低压循环桶上部的冷冻油不停地回流到压缩机，从而保证压缩机的正常润滑和工作，保持制冷系统运行安全。桶泵回油的关键技术在于采取以下三个必要措施：①在低压循环桶控制液位的上下各100mm处，分别设置一根回油管，不管低压循环桶内的冷冻油液面处于什么位置均能通过回油管导出，冷冻油和氟利昂混合液在换热装置中分离，氟利昂液体被加热形成气体后回到低压循环桶，冷冻油则被吸入压缩机回气管，回到压缩机。通过调节回油管上的阀门，控制回油量，从而使油路系统均衡；②选择高质量高灵敏度的液位控制器，有利于回油系统持续稳定运行；③采用卧式低压循环桶，因其截面相对立式桶大，桶内液面波动小，更有利于系统回油均衡。

2.2 制冷系统压力管道材质选择

冷库制冷系统中最常用的管道材质为20#碳钢无缝钢管，其次为紫铜管、10#碳钢无缝钢管和16Mn低合金钢管。氨制冷系统制冷管道不能采用铜管。根据《工业金属管道设计规范》GB50316—2000（2008年版）要求，除了低温低应力工况外，10#碳钢无缝钢管（GBT8163），20#碳钢无缝钢管（GBT8163），16Mn低合金钢管（GBT8163）的使用温度下限分别为-29℃；-20℃；-40℃。在冷库温度范围内，10#碳钢无缝钢管应用于低于-29℃工况条件下，只有部分管径满足低温低应力工况条件。20#碳钢无缝钢管可用于低于-20℃工况，满足低温低应力工况条件，16Mn低合金钢管一般应用于二氧化碳制冷系统及超低温冷库制冷系统管道材料。

3 结语

综上所述，在建设冷库制冷系统时，设计工作极为重要，为保证其运行稳定，技术人员运用多种关键技术与设备，严格把握设计过程中的每项环节，在积累经验与技术的基础上，提升制冷系统的经济性，也使该系统的整体设计更加完善。