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冷库氨制冷系统的改造

发表日期:2019/3/27 10:28:31 来源:《制冷与空调》 评论 总点击量:

2013年吉林宝源丰和上海翁牌两起涉氨企业重大事故的发生,制冷行业出现“谈氨色变”现象。人们纷纷把“氨”当作冷库事故的罪魁祸首,有的企业将已设计完成的氨制冷系统转而重新设计为氟系统;甚至很多企业废弃了已经运行十余年的氨制冷系统,更换为采用其他制冷剂的机组。2013年11月国家安全监管总局发文明确指出:在专项治理过程中,应严格避免产生以“氟制冷剂代替氨制冷剂”的简单化做法所带来的环境问题;应通过科学的技术手段和监管措施,充分发挥其性能优势,确保其安全可靠运行,注重提升涉氨制冷企业的技术、管理水平,促进涉氨制冷企业的健康发展。依据国家标准GB 18218—2014《危险化学品重大危险源辨识》,冷库制冷系统氨的充注量大于10吨,应列入重大危险源。而近几年随着消费方式的转变和农业产业化进程的加快,人们对于冷冻冷藏产品的需求增多,冷库需求加大,制冷系统氨的充注量远远超过10吨,有的达20吨或30吨,甚至更多。 那么如何在满足制冷系统使用要求的前提下,减少制冷系统氨的充注量是目前制冷行业最关注的问题之一。

1  间接制冷系统

减少制冷系统制冷剂充注量,并使制冷系统运行更加安全,可采用将直接蒸发制冷系统改造为间接制冷系统的方法。间接制冷系统流程如图1所示。在间接制冷系统中,制冷剂不直接流经冷库库房,制冷剂与载冷剂在中间换热器中进行热交换,再由载冷剂通过无相变的换热向库房传递冷量。

间接制冷系统广泛应用于医药、化工、食品加工行业原料降温,娱乐业大型滑冰场制冰、滑雪场制雪,新能源行业LNG冷库、风力发电机头防冻、太阳能防冻以及大型商超、数据中心等领域,冷库制冷系统的应用中亦有众多案例。例如,上海某冷链物流有限公司于2015年将库容38 000吨冷库的制冷系统改造为间接制冷系统;福州某食品有限公司于2014年将库容7 000吨冷库的制冷系统改造为间接制冷系统等。

2  氨直接蒸发制冷系统改为间接制冷系统

氨直接蒸发制冷系统改为间接制冷系统可以将制冷剂改为氟制冷剂,也可继续使用氨制冷剂。在经济条件允许的前提下,整体更换、改良原有老旧制冷系统可使冷库制冷效率、自动化程度更高。如为降低预算也可对原有老旧系统进行部分改造,减少设备更换。在原冷库面积、温度、库存量不变情况下,考虑到二次换热的冷损失可适当增容原制冷系统设备。

2.1  压缩机

改为氨间接制冷系统:旧的冷库制冷系统多采用活塞式压缩机,若压缩机裕量充足,则无须对压缩机改造;若裕量不足,则可选择并联一台与原压缩机同类型的小功率压缩机。并联后,在冷库负荷变化较大时可以实现梯级能量调节,对于夏冬季温差较大的地区更有优势。系统须增加载冷剂循环泵,相对于直接蒸发制冷系统来说减少了制冷剂泵(氨泵),蒸发温度下降导致冷量下降。将直接蒸发制冷系统改造为间接制冷系统过程中,因为在蒸发器处增加了二次换热过程,即将制冷剂产生的热量传输给载冷剂,存在约10 ℃的换热温差。以原有直接蒸发制冷系统冷凝温度37 ℃,蒸发温度-28 ℃为例,在只考虑换热温差的理想情况下,更改为间接制冷系统后,冷凝温度不变,蒸发温度降低为-38 ℃。

2.2  冷凝器

对于采用蒸发式冷凝器(适合相对湿度较低的地区)的系统,由于蒸发式冷凝器对冷却水设备要求较高,可将其设计为冷却水、融霜水合用系统,如图2所示。冷却水、融霜水合用互相换热,减少热损失,适当降低了冷凝温度,提高了制冷系统的性能系数,使得夏冬季系统冷凝温度波动小,降低了压缩机功耗(对于冬季温度较低的地区,为减小系统波动性可在冷却水管道增加旁通阀,调整旁通阀开度,进而调整冷热水比例,达到控制冷凝温度的目的)。

对于风冷式冷凝器,适当调节风速,或增加风机数量弥补因二次换热带来的冷凝负荷增大问题。

2.3  蒸发器

蒸发器无须做过多改造。只需要在原系统的节流元件之后添加壳管式蒸发器、敞开式蒸发器或板式换热器等,可使用专业清洗剂清洗原系统冷却设备(冷却盘管、冷风机)管内残留的氨及氨油残留,清洗后可继续使用。

本文所述只适合在原冷库面积、库容基本不变的基础上改建的冷库,而对库面积、库容进行较大改动的冷库,其改造方式较为复杂,并非简单的改动能够达到所需效果,建议在专业设计人员指导下完成。

3  间接制冷系统的优势

3.1  调节站设置

在直接蒸发制冷系统中,集中布置调节站适用于蒸发器与制冷系统其他设备较近的场合。当蒸发器与制冷系统其他设备较远时,一般设置分调节站,并将其布置于紧靠蒸发器的地方,这种布置为日常的操作带来了不便。采用间接制冷系统,蒸发器安装于设备间附近,若由专业技术人员设计可实现全自动控制、远程群控。智能化控制不仅节省人工,还提升了系统效率。

3.2  融霜方式

直接蒸发制冷系统蒸发管道在低环境温度情况下结霜率较高。现有除霜方式多以热氨/热氟融霜与人工扫霜结合的方式为主。在热氨/热氟融霜时,压缩机排气分流融霜不仅降低制冷系统效率,同时压缩机部分排气进入蒸发器,由于制冷剂温度较高,对蒸发器有较大的热冲击,易损坏蒸发器,造成制冷剂的泄漏。是否增加排液桶,储存融霜后制冷剂,也是设计单位需要考虑的问题。因为融霜后液体直接进入低压循环桶,会使正常供冷的蒸发温度提高,影响冷库降温速度。

间接制冷系统的融霜可采用最基本的电加热融霜与人工扫霜相结合的方案,该方法简单易行,易实现自动化。试验结果表明,在中、小型制冷系统中使用电加热的融霜方式与热氨/热氟融霜成本基本无差别。更加节能的融霜方式为采用暖液融霜(即融霜过程中,利用被换热器加热的载冷剂在库房载冷剂管道中循环达到融霜效果)与人工扫霜相结合的方案。间接制冷暖液融霜系统见图3。P. S. Hrnjak等对电加热及暖液融霜两种方式做了对比试验,认为暖液融霜会更加节能、高效。利用压缩机余热提高载冷剂温度,进行融霜操作,节能效果好。冷间较多时,还可采用单一冷间融霜的方式。

3.3  蓄冷能力

随着经济社会发展,电力需求持续增长。《“十三五”控制温室气体排放工作方案》明确提出到2020年,我国单位GDP的CO2排放比2015年下降18%,并着重将电力行业作为重点行业进行管控。国家鼓励移峰填谷,低谷电价只有高峰电价的20%~50%。因此,采用间接制冷系统,还可以通过增加载冷剂蓄冷缓冲罐合理利用峰谷低电价蓄冷。蓄冷缓冲罐可采用简单的水温自然分层法,其结构简单、控制方便。用户可根据需求使蓄冷缓冲罐承载25%~100%的制冷负荷。间接制冷蓄冷系统如图4所示。


4  案例分析对比

对上海市某冷链物流有限公司冷库改造案例进行分析,见表1。

由表1可以看出,间接制冷系统制冷设备集中管理,采用自控仪表及阀门,便于操控,费用约3万元,一次性投入。虽然采用间接制冷系统总电费增加近9万元/年,但操作工人费用节省约10万元/年。

5  结束语

随着经济的不断发展,氨直接蒸发制冷系统已经不能满足大型物流、商超类冷库的要求。同时国家正在大力倡导可持续发展,我国对环境保护、节能减排的要求也在不断增强。间接制冷系统因其自动化程度高、操作维护简单,有助于解决冷库制冷系统制冷剂泄漏易造成危害、自动化程度低等一系列问题。

本文选自《制冷与空调》2019年1月刊57-60页,作者:姜瑞雪  汤玉鹏  韩磊;未经许可,不得转载


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