第2章 冷庫設(shè)計 制冷系統(tǒng)方案設(shè)計

第二章制冷系統(tǒng)方案設(shè)計如何設(shè)計冷庫制冷系統(tǒng)冷庫容量計算冷庫耗冷量計算制冷設(shè)備選型設(shè)備安裝連接制冷系統(tǒng)方案確定§2.1概述制冷系統(tǒng)方案設(shè)計的原則（1）滿足食品冷加工工藝要求；（2）系統(tǒng)要運(yùn)行可靠，操作管理方便，有安全保障；（3）系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先采用新設(shè)備、新工藝及新技術(shù)；（4）要考慮經(jīng)濟(jì)性。制冷系統(tǒng)方案確定制冷方案確定制冷方案設(shè)計的內(nèi)容（1）供液系統(tǒng)（2）蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)（4）融霜系統(tǒng)（3）壓縮冷凝系統(tǒng)冷庫的制冷系統(tǒng)分類氨制冷系統(tǒng)氟利昂制冷系統(tǒng)單級壓縮制冷系統(tǒng)雙級壓縮制冷系統(tǒng)按制冷劑不同按壓縮級數(shù)不同§2.2制冷系統(tǒng)冷庫的制冷裝置大多采用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)。本課程只限于該種系統(tǒng)的設(shè)計。1、單級壓縮制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器→壓縮機(jī)→冷凝器→節(jié)流閥→蒸發(fā)器2、雙級壓縮系統(tǒng)為獲得－20℃～－40℃以下的低溫，采用雙級壓縮系統(tǒng)。要求：氨制冷系統(tǒng)壓比≤8，最低蒸發(fā)溫度＝-25℃；氟利昂制冷系統(tǒng)壓比≤10；蒸發(fā)溫度＝-37℃氨泵供液的雙級壓縮制冷循環(huán)3．單、雙級綜合系統(tǒng)

單級系統(tǒng)與雙級系統(tǒng)共用同一個油分離器、冷凝器、高壓貯液桶，經(jīng)高壓調(diào)節(jié)站分配。單、雙級綜合制冷系統(tǒng)流程冷庫制冷系統(tǒng)原理圖§2.3制冷系統(tǒng)方案設(shè)計一、提高制冷效率的基本措施1、潤滑油的分離與回收1）潤滑油的作用：潤滑、降溫、密封、提供動力。2）回收潤滑油的原因：①積存于設(shè)備、管道中，占用工作容積；②與污物雜質(zhì)結(jié)合為膠狀物，堵塞管道、閥門；③附在熱交換器壁面，使傳熱惡化；④壓縮機(jī)需要潤滑油。I）分離①在壓縮機(jī)和冷凝器之間設(shè)置油分離器使大部分油被分離；②在冷凝器出液管設(shè)液油分離器；③在貯液器、中冷器、低壓循環(huán)桶、汽液分離器、蒸發(fā)器的底部設(shè)置放油管道。（氨比油輕，油下沉）。

II）回收經(jīng)集油器升溫、降壓，除去氨氣，再經(jīng)油處理設(shè)備再生處理（抽除氨氣、過濾油污、蒸發(fā)水分）。3）方法4）油分離器

（1）作用：分離制冷劑中攜帶的潤滑油（2）類型：

過濾式

油分離器類型

洗滌式

離心式

填料式

①洗滌式油分離器方法：排氣減速、改變流動方向、在液氨中冷卻洗滌。效率不高，已少用。（3）結(jié)構(gòu)及工作原理②離心式油分離器③過濾式及填料式油分離器通常用于小型氟里昂制冷系統(tǒng)中2．不凝氣體的分離

系統(tǒng)含O2、N2、Cl2、水汽和其它碳?xì)浠衔锊荒龤怏w。金屬材料的腐蝕，潤滑油的分解、制冷劑不純與污物接觸后分解，系統(tǒng)不嚴(yán)密或手動加油吸入空氣。危害：冷凝壓力升高，傳熱效果差，加劇金屬材料的腐蝕，潤滑油的氧化。方法：設(shè)置空氣分離器（冷凝、回收不凝氣體中的制冷劑）。放空氣管從冷凝器的下部出口處和頂部及貯液器的頂部引出接至空氣分離器?？諝獗劝睔庵?；空氣比氨液輕。

空氣分離器結(jié)構(gòu)原理圖空氣分離器3、高壓制冷劑液體的過冷作用：避免冷凝器后的供液管出現(xiàn)閃氣；減少節(jié)流后的閃氣，提高單位容積制冷量。方法：設(shè)置中間冷卻器。如圖示。融霜方法人工掃霜熱蒸氣融霜水沖霜電熱融霜4、蒸發(fā)器的除霜和排液（1）除霜作用：減少蒸發(fā)器傳熱熱阻。措施：①人工掃霜；簡單、庫溫波動小、無融霜滴水。②水沖霜；融霜速度快。冷量損失大，起霧、頂棚滴水，若水盤泄水口冰堵，水滿溢，造成冷間地坪結(jié)冰。③制冷劑熱蒸汽融霜；、④電熱融霜；簡單，初投資少，耗電量大。擱架式排管及墻、頂排管：用人工掃霜＋制冷劑熱蒸汽融霜。隔8～10周（翅片排管）或半年以上（光滑排管）用一次熱蒸汽融霜。一般是低溫冷藏間。干式冷風(fēng)機(jī)：水沖霜、制冷劑熱蒸汽融霜。一般為凍結(jié)間、高溫庫。小型制冷機(jī)組：電熱融霜。如電冰箱。一臺壓縮機(jī)配多臺蒸發(fā)器的熱氣融霜（2）排液原因：①除霜前，停止向蒸發(fā)器供液，同時排掉其中的制冷劑液體，以發(fā)揮除霜效果。②除霜時，將熱蒸汽冷凝下的液體排出。方案：A、引至其它冷間正在使用的蒸發(fā)器。用于小型冷庫。B、至排液桶。放油、加壓回高調(diào)站。用于重力及液泵供液系統(tǒng)。C、至低壓循環(huán)桶。用于液泵供液系統(tǒng)。排液桶5．設(shè)置高壓貯液器作用：1）調(diào)節(jié)和平衡熱負(fù)荷與制冷劑循環(huán)量的供需關(guān)系。2）在高壓和低壓段間形成液封。防止高壓氣體竄入供液管道，破壞正常的制冷循環(huán)。二、制冷系統(tǒng)的安全保護(hù)措施1、壓縮機(jī)的安全保護(hù)1）安全保護(hù)裝置高低壓保護(hù)，油壓、油溫保護(hù)，排氣溫度保護(hù)，水套斷水保護(hù)等。2）防濕沖程措施措施：對蒸發(fā)器回氣進(jìn)行充分的氣液分離。具體為：A、重力供液系統(tǒng)，在氨液分離器設(shè)液位控制器。B、液泵供液系統(tǒng)，在低壓循環(huán)桶設(shè)液位控制器。C、直流供液系統(tǒng)，在回氣管設(shè)回氣桶。3）壓縮機(jī)安全啟動---設(shè)壓縮機(jī)卸載啟動裝置。2．液泵的安全保護(hù)1）低壓循環(huán)桶正常液位控制及設(shè)置加壓管，“凈正吸入壓頭”防氣蝕。2）液泵裝抽氣管和壓差控制器，防氣蝕。3）泵出口處設(shè)自動旁通閥和止逆閥，防止液體倒流。1）設(shè)置安全閥2）安全熔塞－小型制冷系統(tǒng)的壓力容器3、壓力容器的安全裝置4、制冷裝置的緊急泄液突發(fā)事件時（火災(zāi)、空襲）排放制冷劑液體5．設(shè)備液面的控制和顯示液面控制－為了正常的制冷循環(huán)和安全生產(chǎn)。如中冷器、汽液分離器、低壓循環(huán)桶等。用浮球閥或液位控制器。液面顯示－用液位指示器

1、供液方式

直流供液重力供液液泵供液氣泵供液三、制冷系統(tǒng)供液方式的確定直流供液重力供液液泵供液利用冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的壓力差，將液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流閥膨脹后直接供給蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器與節(jié)流閥之間增設(shè)一個氣液分離器，使其中的液面高于冷卻設(shè)備的工作液面，借助液柱的靜壓力來克服流動阻力，使液態(tài)制冷劑流入冷卻設(shè)備。借助泵的壓力克服制冷劑在管道，閥門及冷卻設(shè)備中的各種流動阻力而向冷卻設(shè)備強(qiáng)制供液.2、各供液方式的原理及特點(diǎn)

1）直流供液直流供液特點(diǎn)：①系統(tǒng)簡單②閃氣進(jìn)入蒸發(fā)器影響傳熱；③兩相流體不易均勻分配到并聯(lián)的蒸發(fā)器中，造成制冷量不足或因供液量過大使壓縮機(jī)液擊；④當(dāng)冷凝溫度變化或冷庫負(fù)荷變化時，節(jié)流閥需人工調(diào)節(jié)開啟度。

直流供液適用于負(fù)荷較穩(wěn)定的小型制冷裝置。2）重力供液系統(tǒng)特點(diǎn)：①能實(shí)現(xiàn)配液均勻；②實(shí)現(xiàn)汽液分離，避免壓縮機(jī)液擊；③為保證足夠的靜液柱差ΔH，重力桶需一定的安裝高度，對單層冷庫要加建閣樓。3）液泵供液系統(tǒng)特點(diǎn)：①制冷劑供液量大，流速高，傳熱效果好；②蒸發(fā)器的供液量數(shù)倍于蒸發(fā)量，蒸發(fā)器面積得到充分利用，壓縮機(jī)吸氣過熱度小，提高了制冷系數(shù)；③融霜裝置和操作簡單，易實(shí)現(xiàn)自動化；④設(shè)備費(fèi)、維修費(fèi)、耗電量增加。3、方案選擇小型制冷裝置采用直流供液；鹽水制冰采用重力供液；（不需建閣樓，省電，易管理）大中型冷庫采用液泵供液；（熱交換好，易實(shí)現(xiàn)集中和自動化控制）。四、冷間冷卻方式1、直接冷卻方式制冷劑在冷間的蒸發(fā)器中直接蒸發(fā)。傳熱效率高，但對系統(tǒng)密封性要求高。普遍應(yīng)用。2、間接冷卻方式由載冷劑通過冷間的冷卻設(shè)備冷卻冷間。傳熱效率低，費(fèi)用大。目前僅鹽水制冰采用。五、制冷系統(tǒng)供冷方式1．集中供冷：

機(jī)器、設(shè)備集中設(shè)置，通過管道與各庫房的冷卻設(shè)備相連接。優(yōu)點(diǎn)：1）一套設(shè)備向不同的用冷設(shè)施同時供冷；2）冷量可互相調(diào)劑，設(shè)備利用率高。缺點(diǎn)：建庫周期長，費(fèi)用高；設(shè)計、安裝影響效率；庫房間相互影響。2．分散供冷制冷機(jī)組成套設(shè)備可直接現(xiàn)場安裝。一套制冷機(jī)組負(fù)責(zé)一間庫房。優(yōu)點(diǎn)：1）互不干擾，控溫準(zhǔn)確；2）建庫周期短。缺點(diǎn)：設(shè)備利用率低。六、蒸發(fā)溫度回路的確定1．蒸發(fā)溫度的確定蒸發(fā)溫度與庫溫存在溫差，溫差值Δt=tn-te。Δt取決于：1）冷卻設(shè)備的一次投資；Δt小，投資大；2）壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)；Δt小，壓縮機(jī)功率小，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低；3）食品貯藏要求的相對濕度。Δt大，食品干耗大。

凍結(jié)間、低溫冷藏間、冰庫：Δt=10℃

如魚、肉類凍結(jié)間tn=-23℃te=-33℃魚、肉類冷藏間tn=-18℃te=-28℃貯冰間tn=-4～-6℃te=-15℃

果蔬貯藏間：Δt=5～8℃

2．蒸發(fā)溫度回路1）回路一個制冷系統(tǒng)若存在幾個不同的蒸發(fā)溫度，通常要用不同的壓縮機(jī)來升壓，用不同的節(jié)流閥來降壓，即不同蒸發(fā)溫度的制冷劑循環(huán)的路徑不同，其路徑稱為“回路”。某種蒸發(fā)溫度的制冷劑所對應(yīng)的回路稱為這種蒸發(fā)溫度的回路。2）蒸發(fā)溫度的回路的合并：

為簡化系統(tǒng)，把蒸發(fā)溫度相差不大的的制冷劑共用一種壓縮機(jī)升壓。為保證各自的蒸發(fā)溫度，在蒸發(fā)壓力較高的蒸發(fā)器出口處設(shè)置氣體降壓閥。壓縮機(jī)的吸氣壓力是蒸發(fā)溫度低的蒸發(fā)器的制冷劑壓力。所以以最低的蒸發(fā)溫度命名合并后的回路。3．蒸發(fā)溫度回路的劃分方案冷庫常用的蒸發(fā)溫度回路的劃分方案：1）制冰、貯冰間的制冷系統(tǒng)設(shè)計為同一蒸發(fā)溫度回路；果蔬、蛋冷藏間的制冷系統(tǒng)設(shè)計為同一蒸發(fā)溫度回路；規(guī)模小的凍結(jié)間和凍藏間的制冷系統(tǒng)設(shè)計為同一蒸發(fā)溫度回路。2）果蔬、蛋等的冷卻和冷藏不能與制冰共用同一蒸發(fā)溫度回路。原因：①果蔬冷卻和冷藏對相對濕度要求高。大溫差Δt使食品干耗嚴(yán)重；所以制冰的蒸發(fā)溫度低于果蔬冷卻和冷藏蒸發(fā)溫度。②果蔬冷卻和冷藏要求蒸發(fā)溫度穩(wěn)定，而制冰熱負(fù)荷很不穩(wěn)定?？傉{(diào)節(jié)站壓縮機(jī)部分高壓側(cè)部分汽液-28℃壓縮機(jī)部分汽液-33℃壓縮機(jī)部分汽液-10℃壓縮機(jī)部分汽液-15℃蒸發(fā)溫度回路總調(diào)節(jié)站汽液-15℃壓縮機(jī)部分高壓側(cè)部分汽液-28℃汽液-10℃壓縮機(jī)部分壓縮機(jī)部分汽液-33℃蒸發(fā)溫度回路合并3）對冷庫中冷量要求少的加工車間，采用以下方案：合并在制冰，冷卻物冷藏回路；（單級壓縮）合并在雙級壓縮機(jī)的高壓級回路；利用恒壓閥，控制空調(diào)器蒸發(fā)溫度。七．制冷系統(tǒng)自控方案1、手動式機(jī)器、設(shè)備、工藝流程手動控制。2、半自動式制冷系統(tǒng)的安全保護(hù)；局部回路的自控（液泵、凍結(jié)間、冷藏間回路）；壓縮機(jī)指令開停機(jī)，庫房內(nèi)的冷卻設(shè)備在機(jī)房的遙控和庫溫遙測；3、全自動式壓縮機(jī)自動開停機(jī)和能量調(diào)節(jié)；輔助設(shè)備自控；電腦進(jìn)行最佳工況調(diào)節(jié)；冷加工工藝調(diào)節(jié)；庫房管理自控。

我國冷庫多采用半自動式?！?.4制冷機(jī)器、設(shè)備的配置方案冷庫制冷系統(tǒng)分為：壓縮機(jī)部分、高壓側(cè)部分、低壓側(cè)部分、獨(dú)立部分。一．壓縮機(jī)部分1．范圍：壓縮機(jī)入口～油分離器入口。2．組成:壓縮機(jī)、吸排氣管道、中冷器1）單級壓縮機(jī)的配置形式設(shè)檢修閥一臺壓縮機(jī)設(shè)反抽閥；（維修冷凝器時，抽除其中的制冷劑氣體）吸入管設(shè)切換閥，切換不同的溫度回路。單級壓縮機(jī)的配置2）雙級壓縮機(jī)單機(jī)雙級壓縮機(jī)組：節(jié)省初投資、占地面積制冷效率高，便于操作管理。單級機(jī)配組形式：可合理的配置高低壓輸配比，工況更佳；在冬季，低溫庫的庫溫可由單級機(jī)實(shí)現(xiàn)；對凍結(jié)間，進(jìn)貨預(yù)冷時，先采用單級機(jī)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。配組式雙級壓縮機(jī)單機(jī)雙級壓縮機(jī)3）單、雙級壓縮機(jī)綜合系統(tǒng)（普遍）單、雙級壓縮機(jī)不同回路相互切換。兩臺雙級機(jī)可同時承擔(dān)-28℃和-33℃回路，或分別負(fù)責(zé)。單級機(jī)同時承擔(dān)-15℃和-28℃回路，或分別負(fù)責(zé)，冬季-28℃溫度可用單級機(jī)實(shí)現(xiàn)。單、雙級壓縮機(jī)綜合系統(tǒng)二、高壓側(cè)部分范圍：從油分離器入口～節(jié)流閥前。組成：油分離器，冷凝器、貯液器，總調(diào)節(jié)站一）冷凝器的配置有水冷式，空冷式，蒸發(fā)式（風(fēng)機(jī)冷卻），淋水式（自然冷卻）冷凝器1．空冷式冷凝器的配置用于小型氟制冷，與壓縮機(jī)組裝成機(jī)組。不需要管道設(shè)置。2．水冷式冷凝器的配置立式、臥式。水冷式冷凝器的配置3、蒸發(fā)式特點(diǎn)：壓損大，并聯(lián)時易發(fā)生排液桶不暢。（上進(jìn)下出）4、淋水式（下進(jìn)上出）蒸發(fā)式冷凝器蒸發(fā)式、淋水式冷凝器的配置二）貯液器的配置1）通過式：廣泛采用。波動式：當(dāng)回氣量與供液量相等時,不經(jīng)貯液器，防止冷凝液體升溫。為保證冷凝器的液體進(jìn)通暢地進(jìn)入貯液器：1）保證安裝高差；2）設(shè)均壓管；貯液器底部設(shè)油包。貯液器的配置三）油分離器的設(shè)置油分離器設(shè)有進(jìn)氣、出氣、放油管接口。有的還有供液管接口或自動回油裝置。分類有：洗滌式、離心式、填料式、過濾式。通常多臺壓縮機(jī)合用一臺油分離器（省錢）。多臺壓縮機(jī)分設(shè)各自的油分離器時，油分離器間設(shè)橋閥溝通。洗滌式油分離器的設(shè)置四）總調(diào)節(jié)站的配置1、作用：1）向低壓部分分配制冷劑液體；2）根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)控制制冷劑供液量。2、類型：1）直流供液式的總調(diào)節(jié)站設(shè)節(jié)流閥；適用于機(jī)房與庫房距離近、單級壓縮小型制冷系統(tǒng)。2）重力和液泵供液的總調(diào)節(jié)站無節(jié)流閥；小型冷庫的液泵供液不設(shè)總調(diào)節(jié)站。四）總調(diào)節(jié)站的配置三、低壓部分的配置1、范圍：從節(jié)流閥出口～第一級壓縮機(jī)入口。2、組成：蒸發(fā)器、低壓調(diào)節(jié)站、低壓循環(huán)桶（重力桶、氣液分離器）。3、配置：一）蒸發(fā)器1、制冷劑流向的確定（1）制冷劑的流向：上進(jìn)下出特點(diǎn)：蒸發(fā)器存液少，靜液柱較小，易自動化控制；不積油。傳熱效果差，要求循環(huán)桶位置低于蒸發(fā)器。下進(jìn)上出（2）下進(jìn)上出----應(yīng)用廣泛特點(diǎn)：易實(shí)現(xiàn)配液均勻，傳熱效果好；靜液柱影響大，易積油。2、“下進(jìn)上出”的管道配置（1）同類蒸發(fā)器①串聯(lián)特點(diǎn)：流速高、換熱好②并聯(lián)配液均勻（2）不同類蒸發(fā)器大型冷庫：不同類蒸發(fā)器由調(diào)節(jié)站分別控制中型冷庫：不同類蒸發(fā)器回氣管可共用，供液管分開小型冷庫：不同類蒸發(fā)器回氣管、供液管均可共用。（使蒸發(fā)壓力接近）二）低壓調(diào)節(jié)站設(shè)置方案：1、單閥單流向供液、回汽調(diào)節(jié)站簡單適用于小型冷庫，貨物經(jīng)常出空。采用開門除霜。操作方便，廣泛應(yīng)用。2、雙閥雙流向供液、回汽調(diào)節(jié)站3、液單、汽雙調(diào)節(jié)站除霜排液在庫內(nèi)，不經(jīng)調(diào)節(jié)站。蒸發(fā)器積油可排凈，但操作不方便，有泄漏氨的危險。4、液雙、汽單調(diào)節(jié)站僅適用于氨泵供液系統(tǒng)的凍藏間（除霜次數(shù)少）。利用回氣管排液到低壓循環(huán)桶。蒸發(fā)器的制冷劑流向必須是上進(jìn)下出三）不同供液方式的低壓部分配置1、直流供液一只節(jié)流閥向一組蒸發(fā)器供液；每一通路的蒸發(fā)器當(dāng)量長度不宜過長；氨系統(tǒng)蒸發(fā)器采用下進(jìn)上出；回汽管設(shè)汽液分離器和排液桶，防液擊。2、重力供液1）蒸發(fā)器的配置A．制冷劑流向?yàn)橄逻M(jìn)上出，蒸發(fā)器管組并聯(lián)。B．每一通路的蒸發(fā)器當(dāng)量長度有限制。2）汽液分離器設(shè)置A．保證正常供液所需的靜液柱。取1.5m.設(shè)置在上層川堂或加建閣樓，庫房與機(jī)房較遠(yuǎn)時，在機(jī)房設(shè)二次分離器，防濕沖程。B．汽液分離器的數(shù)量不同蒸發(fā)回路分別設(shè)置；不同蒸發(fā)器類型分別設(shè)置；多層庫房分別設(shè)置。2、重力供液3）低壓調(diào)節(jié)站分散（分層）布置。不便于集中管理和自動控制。重力供液系統(tǒng)僅當(dāng)總裝機(jī)容量小于350kW可考慮采用。3、液泵供液①低壓循環(huán)桶和液泵的配置A．低循桶的數(shù)量不同的蒸發(fā)溫度分別設(shè)置。同一蒸發(fā)溫度回路由冷量的多少決定。B．低循桶的容積和直徑保證汽液分離所需的空間；泵停時，能容納蒸發(fā)器和管道的回液；C．防液泵氣蝕1、桶液位和泵中心線的高差；2、設(shè)抽氣管排氣；3．壓差控制器，當(dāng)泵斷液時，自動斷電；

4．選抗氣蝕強(qiáng)的產(chǎn)品；5．減少阻力。止回閥防液體倒流；自動旁通閥：引液回低循桶，防蒸發(fā)壓力高。

D．液體再循環(huán)倍率β=供液量/蒸發(fā)量β大，K高。按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。②蒸發(fā)器的配置A．允許通路長B．流向----庫溫自動控制采用上進(jìn)下出；手動控制采用下進(jìn)上出。C．蒸發(fā)器管組接法---串聯(lián)，頂管優(yōu)選蛇形頂管③低壓調(diào)節(jié)站如圖1-3-18～213、液泵供液四．獨(dú)立部件系統(tǒng)正常時不參與運(yùn)作的部分。含：安全管網(wǎng)、緊急泄氨器、空氣分離器、集油器、排液桶。1、安全管網(wǎng)—避免壓力過高2、緊急泄氨器與貯液器、低循桶、蒸發(fā)器底部通。方法1）只從貯液器接出；2）利用容器的放油口作接口。3、空氣分離器有供液管、回汽管、混合氣體管、排液管、放空氣管。①供液管—向空氣分離器供冷液。②回氣管--將蒸發(fā)后的氣體送回低循桶或汽液分離器。③混合氣體管—引自冷凝器和高貯桶。④