冷库载冷剂间接制冷系统分析

摘要：本文将介绍如何减少氨的充注量，对载冷剂间接制冷系统的安全、环保和节能进行阐述，针对设备选型、节能经济优化、融霜系统优化及载冷剂的选择分别做了分析。最后阐述了载冷剂间接制冷系统相对氨制冷的优缺点，仅供参考。

"氨"作为一种低价的制冷剂被普遍应用在冷库及食品速冻等行业，但是氨具有毒性和刺激性气息，遇明火会发作爆炸，一旦泄漏会形成严重的人身伤亡事故，同时冷库主要建立在人口密集的市场区域。2013年吉林省和上海市发生的两起特大液氨泄露事故，引起了制冷行业的广泛关注。载冷剂间接制冷系统有效解决了这个问题。

1、间接制冷系统概述

1.1 间接制冷：载冷剂与制冷剂进行低温传热，低温的载冷剂被泵加压输送到冷库间内循环，从而达到冷冻冷藏的作用。在直接制冷剂不易应用的位置或者不可运用直接制冷剂的特殊环境中，常常用载冷剂替代直接制冷剂用来冷却被冷却物体（如：中央空调系统、冰蓄冷系统等）。

1.2 载冷剂：一种以间接冷却方式工作的制冷装置中，将被冷却物体的热量传给正在蒸发的制冷剂的物质（如：盐水、乙二醇、水、陶普斯冷媒）。

2、间接制冷系统配置的优化

2.1　制冷剂氨优良的物性参数是首选，同时我们目的也是减少氨的充注量，故选择氨压缩机。目前，氨制冷压缩机多为活塞式和螺杆式制冷压缩机。前者出现较早，使用广泛，其优点在于：使用方便、运行可靠、管理经验成熟，冷量范围大、单位制冷量耗电量较低，加工较简单，造价较为低廉；其缺点是压缩机体积大、耗金属多、占地面积大，易损部件多，维护费用高，单机产量不能太大，能量无级调节比较困难。而螺杆式压缩机的结构简单、体积小、易损部件少、重量轻，振动小，容积效率高、对湿压缩不敏感，能实现无级调节；其缺点是单位冷量耗电比活塞式稍高，喷油冷却使润滑油系统复杂而庞大，耗油高，噪声大，螺杆的加工精度要求高。相对而言，因螺杆式压缩机能方便地控制排气温度，在氨制冷系统中将优于活塞式。采用直接制冷系统，制冷剂输送至蒸发器进行制冷所经管路大多较长，管道冷量损失大，制冷剂压降与过热度都较大，压缩机输气系数降低，严重影响压缩机效率。采用陶普斯冷媒间接制冷系统，集中安装制冷系统设备，压缩机与蒸发器距离较小，制冷剂无需远距离输送，其压降与过热度小，压缩机效率高。

2.2 冷凝器

冷库载冷剂间接制冷系统

采用高效节能型蒸发式冷凝器，把冷却塔和管壳式冷凝器结合在同一个设备中，冷却塔不仅利用了冷凝水的显热，而且充分地利用了冷凝水蒸发成水气的潜热；自带一个集水槽，通过喷淋循环水泵将水从集水槽送到喷淋系统，从喷嘴喷淋到冷凝盘管表面，启用风机强迫空气穿过下落水和盘管表面，使部分水蒸发，带走制冷剂中的热量，从而使盘管内的制冷剂冷凝下来，剩余的冷凝水回到集水槽。

2.3 换热器

冷库载冷剂间接制冷系统

随着科技的发展和生产的需要，传统的管壳式换热器已经达不到要求，这种换热器不仅仅传热能力不足，而且体积较大，运输和维修都比较费力，所以建议采用板式换热器，相比有几大优势：（1）传热性能良好，体积较小；（2）传热效率高；（3）对数平均温差大；（4）安装方便，可操作性强，没有复杂的结构。

2.4 盘管

冷库载冷剂间接制冷系统

冷库蒸发器具有换热系数高、重量轻、不生锈、使用寿命长、安装方便等诸多优点，铝排管导热系数达210W是铜管换热系数的5倍。

根据热力学冷库蒸发器的换热面积等于换热量除以换热系数，那么冷库采用铝排管作为蒸发器那么冷库的蒸发器的换热面积就要小5倍，这样一来不仅节省了冷库蒸发的采购成本而且也大大的减少了冷库蒸发器的吊装与承重工作量。

由于铝排管换热系数的减少也使冷库蒸发器的总容积减少，从而减少冷库工程的载冷剂充注量，从而大大的减少了冷库的一次性投资。

3、节能经济性优化

载冷剂不同于制冷剂的一个优势是可以蓄冷，不仅可以抵消间接制冷不可避免的能耗损失，还可以高效利用移峰填谷用电，夜间电价低谷期，拉低载冷剂温度做蓄冷。利用载冷剂蓄冷存在几大优势：（1）平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设，对国家而言是节能的，对客户来讲是费电省钱的；（2）能使制冷主机的装机容量减少。（3）充分利用夜间气温变化，提高了制冷机组的产冷量。

4、融霜系统优化

4.1 盘管

盘管形式的采用高温载冷剂进行暖液融霜。与载冷系统相反，载冷剂与高温制冷剂进行换热，将高温的载冷剂用泵加压反向输送到逐个冷库间，进行暖液融霜。暖液融霜相比电融霜库温升高约少10℃，能耗降低9%左右。同时有效利用高温制冷的热量，起到节能的作用。

4.2 冷风机

冷风机形式的采用水冲霜，利用水泵或喷水装置向冷风机管表面喷水，使霜层被水的热量融化并去掉的方法。水冲霜操作简单、时间短，是非常有效的方法。

5、载冷剂的选择

5.1 盐水

盐水的凝固温度随浓度而变，氯化钙盐水的最低凝固温度为-55℃；氯化钠盐水的最低凝固温度为-21.2℃。氯化钙和氯化钠溶液对设备腐蚀性很大，最常见的现象是形成点腐蚀、碳钢设备的电化学腐蚀、破坏氧化膜、形成络合物。时间久了会严重腐蚀设备、管道、蒸发器。

5.2乙二醇

性质稳定，与水混溶，其溶液的凝固点随浓度而变，通常用它们的水溶液作为载冷剂。虽然乙二醇溶液的凝固点低,可达-50℃以下，但是低温下溶液的粘度上升非常迅速，因此，一般工业应用温度为-20℃以上。其水溶液有腐蚀性，原因有三个：（1）乙二醇氧化成酸性物质；（2）电化学腐蚀；（3）气泡溃灭穴蚀。

5.3 改性多元醇

经过改性的多元醇，添加了防腐蚀剂、增溶剂、水稳剂、防霉剂等，彻底解决了一些腐蚀问题和低温黏度大的问题。温度可达-50℃，均可满足冷藏库、冷冻库的温度要求。在载冷剂领域属于尖端技术。

改性技术处理的载冷剂，具有5大优势。

①低温流动性强，降低系统能耗；

②阻止管壁结垢，保持系统清洁；

③减少凝结杂质，延长液体寿命；

④抑制液体挥发，减少使用消耗；

⑤抑制细菌霉变，防止生物污染。

6、载冷剂间接制冷流程示意图

7、总结

载冷剂制冷系统相比制冷存在很多优势，减少氨的充注量，降低生产安全风险，有效的保障人身安全。间接制冷只有载冷剂进入冷库车间，常压循环，维修维护简单、工业用电波峰波谷蓄冷、回收压缩机热量融霜、氨库可实现不停产改造。

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