浅谈氨制冷系统的优化配置

摘　要：在本文中，首先就氨作为制冷剂的优点和缺点进行了简要论述，进而从冷凝器、压缩机、润滑油及换热器论述了氨制冷系统配置的优化，最后就提高制冷系统的密封性进行简单论述，以供参考。

关键词：氨制冷系统；优化配置
冷库制冷系统有氨系统和氟系统两种。在小型冷库中一般使用氟系统，它能比较容易地实现自控；大中型冷库用的则是氨系统，由于氨制冷对安全性要求较高，而以前氨的自控元器件不过关、控制技术不成熟，搞自动化的较少。现在，随着技术进步和计算机的发展，利用信息技术改造传统的制冷工业已经成为可能。冷库采用计算机自动控制其制冷与配套动力系统，可以保证了制冷设备和系统稳定、可靠地运行，达到高效、节能、安全的目的。
　　节能减排项目，提高散热性能，是我们一直关注的问题，为老问题寻找新的解决方案，我们通过实践中得到的经验和学习中得学到的系统的专业知识来应用到氨制冷系统的优化方案中，现我们就如何让氨制冷制冷系统更高效、更可靠、操作成本更低，我们在这里谈谈对氨制冷系统优化的一些看法，以期能达到节约能耗的目的。
　　1. 氨的概述
　　1.1氨作为制冷剂其优点是：单位容积制冷量较大；黏度较小，使得流体输运性质优良；价格低廉；氨压缩式制冷系统运行效率高；放热系数大，所以在相同温度、相同制冷量时，氨压缩机的尺寸小、结构紧凑；另外由于氨的密度小于空气，很容易通过通风的方式加以排除；氨制冷剂能与水以任何比例互溶，形成氨水溶液，所以在系统出现紧急情况时，可以用水吸收氨以减少事故的发生；系统的干燥不需要象氟利昂系统那么严格，氨制冷系统不必设置干燥过滤器；氨制冷系统由于有使用100多年的历史而技术相当成熟。
　　1.2氨作为制冷剂也有一些缺点。氨具有一定的火灾爆炸危险性，在空气中氨的容积浓度达到11%以上时可燃，容积浓度为16%-25%时可爆。但是氨的着火极限比同为自然工质的丙烷和异丁烷要高，属于低度可燃性物质，燃烧热要远小于后两者。氨具有毒性，在ASHRAE34-1997标准的安全分类中，被列为B2级，属高毒性气体。另外氨与普通矿物润滑油不相溶，油溶解度低于1%。油进入系统，会在制冷剂管道及换热器上形成油膜，影响传热效果。但是新的可溶润滑油一直在研究之中，聚酯黄油（PAO）就是建议推广使用的润滑油之一[5]。氨对钢铁无腐蚀作用，但氨含水后会腐蚀锌、铜及铜合金材料（磷青铜除外）。
　　2. 氨制冷系统配置的优化
　　2.1冷凝器
　　采用高效节能型蒸发式冷凝器，即把冷却塔和管壳式冷凝器结核在同一个设备中，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蒸汽的潜热；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；配置一个自动加水阀，先设定一个合适水位，当实际水位低于设定值时，自动水阀打开自动补水，达到给定水位后又自动关闭。
　　2.2压缩机
　　目前，在氨制冷系统中，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。2.4　采用高效节能型蒸发式冷凝器，即把冷却塔和管壳式冷凝器结核在同一个设备中，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蒸汽的潜热；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；配置一个自动加水阀，先设定一个合适水位，当实际水位低于设定值时，自动水阀打开自动补水，达到给定水位后又自动关闭。
　　2.3润滑油
　　润滑油是润滑、冷却、密封运动部件的介质，是制冷压缩机安全、可靠运行，延长使用寿命的重要条件。氨制冷系统润滑油的危害是一个世界性的历史性的技术难题。现有的各种方法均建立在热氨蒸气中分离液体润滑油，不能分离高温下以蒸气形式存在的润滑油；系统在湿运行时，此方法不能保证正常分离。对于进入系统的润滑油，目前只有热氨冲溶，定期放油，不能完全清除；且造成额外的能量损失，影响正常生产。欲在氨制冷系统中简化油路系统，就必须找到与氨相溶润滑油，目前国际上已开发出能溶于氨的合成润滑油，如PAG油，我们应该优先选用。
　　2.4换热器
　　壳管式换热器应用较为普遍，但是其质量、占地面积、换热性能及拆卸灵活性等不如板式换热器。板式换热器应用于氟利昂系统已有20余年的历史，此前未在氨系统中应用的根本原因是焊接钎料含有铜。近年来，随着社会经济和科学技术的发展，为减少系统中氨的充灌量，人们又倾向于使用板式换热器，因此在传统板式换热器的基础上进行了大量改进，可作为冷凝器、蒸发器、油冷却器、过冷换热器和载冷剂冷却器等。如瑞典的AlfaLaval公司实施每两片不锈钢板片用激光焊接成封门模槽流道组，然后在组与组之间用橡胶封圈密封，有螺栓施加密封压力，这样就避免了传统方式中封闭氨的边框橡胶封圈，大大减少氨的渗漏为杜绝氨的微量渗漏，该公司又研制了采用镍合金为焊料的焊接板式换热器。德国GEAECOFLREX公司在瑞典工厂生产99.99%铜钎料的焊接板式换热器（SUS316板片），在氨的流通模槽中采用耐氨腐蚀涂层，其最大工作压力/温度分别达3.0MPa/200℃。
　　3. 提高制冷系统的密封性
　　我国地域辽阔，环境温度差异较大，设计压力一般比欧洲高一些。所以防止泄露，在我国具有更高的挑战。氨制冷剂的泄露部位主要在轴封，轴封处的防泄露和轴封寿命的延

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长目前已研究出许多有效的方法，如采用螺旋槽型干气密封能充分减少轴封端面磨损，延长轴封使用寿命。此外采用半封闭和全封闭式压缩机是解决泄露的一个更为有效的途径。目前已有很多新型的封闭和半封闭氨压缩机研究出来，如文献［4］中提到的封闭式压缩机，利用定子和转子之间设置的屏蔽罩来有效防止氨的泄露。文献［8］中提出了一种压缩机的压力平衡式密封结构，可实现对电动机定子的无压差静密封。另外，为减少泄露，在设计和安装制冷系统时，应尽量将所有的管道连接采用焊接，不用或少用法兰连接。管道系统尽量简单，系统中只设必要的阀门，且尽量采用带密封冒的专用阀。
　　4. 结束语
　　我们的目标是协助中发现的手段，以优化制冷系统“最低能源使用，以满足设施要求在尽可能最低的经营成本。”利用各种设备的效率方面的能力，以维持这样的表现，可以促进氨制冷系统的操作总成本降低。
参考文献：
[1]涂中强，魏龙.氨制冷系统在国内冷库中的应用分析[J].冷藏技术，2011（4）.
[2]赵永志.制冷系统运行中的工艺安装与节能[J].工会博览：理论研究，2011（6）.
[3]王磊.浅谈氨制冷系统中的节能[J].啤酒科技，2010（7）.

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