广州市粤联水产制冷工程有限公司
摘要：本文通过一工程实例介绍了大型氟利昂集中制冷系统的设计、安装、调试，并就相关技术问题进行分析探讨，为今后大型氟利昂集中制冷系统的设计及研究提供很好的参考。
关键词：大型氟利昂集中制冷系统，设备的选型及配置，系统中的净化措施，系统中油的处理措施
1引言
通常我们称以氨为制冷剂进行制冷的系统为氨制冷系统，而以氟利昂作为制冷剂的系统则称为氟利昂制冷系统。我国大中型冷库及水产品冷冻加工配套制冷系统绝大部分采用氨集中制冷系统，极少采用氟利昂制冷系统，而在小型系统中应用较多。作为大型氟利昂制冷系统，因系统回油等诸多因素较少被采用。最近我司负责一个大型氟利昂集中制冷系统的设计、安装、调试，现已投入正常运行。现就本工程的设计做一介绍，并就相关技术问题进行分析探讨。
附：本工程现场实景
图1：厂房一角实景图2：氟集中制冷机房实景
2工程设计简介及分析
本项目为水产品综合加工厂配套制冷工程，包括五间低温冷藏库、三间急冻间、六台平板机及两条单体速冻装置（即IQF单冻线）的配套制冷工程设计，五间低温冷藏库总库容3500m3，三间急冻间的每间冻结能力为3吨/6小时，六台平板机有3台的冻结能力每台为600Kg/次，另外3台的冻结能力每台为1500Kg/次，两条单体速冻装置其中1条冻结能力为550Kg/h，另一条的冻结能力为800Kg/h。（机房及库房设备平面布置图见图3）
2.1设计参数
夏季室外设计温度：+30℃
夏季通风室外计算温度：+31℃
夏季室外计算湿球温度：+28℃
冷凝温度：+38℃
冷藏库设计温度：-25±2℃
平板机、急冻间、单体速冻装置设计温度：-38±3℃
2.2集中制冷系统的低压系统区域划分
根据本项目的特点及其生产的实际情况，并结合建设方的具体要求，本项目采用集中制冷系统。依据各用冷末端设备的性能、特点，以不同的冻结用冷末端设备各为一个系统为准则，保证冻结设备生产的稳定性，确定将集中制冷系统的低压系统划分为三个独立低压供冷系统，即平板机、急冻间、单体速冻装置各为一个独立低压供冷系统，并将低温冷藏库划入平板机的低压供冷系统。具体划分如下：①低温冷藏库及平板机低压供冷系统，为-35℃蒸发温度系统；②急冻间低压供冷系统，为-45℃蒸发温度系统；③单体速冻装置低压供冷系统，为-45℃蒸发温度系统。考虑到系统间使用的灵活性、互用性及经济性，在系统间设置过桥阀，实现系统间既可通过过桥阀并联在一起使用，又可分开独立使用。具体原理图见图4。
本项目原设计冷库配置分散独立的小型氟利昂机组，机组布置分散，占用使用面积大，管理、维护很麻烦；原设计平板机、急冻间及单体速冻装置是采用单一的低压供冷系统的集中制冷系统。若采用单一低压供冷系统，平板机、急冻间、单体速冻装置同时生产时，各冻结设备就会相互干扰，库温波动大，冻结时间较长，尤其是单体速冻装置，由于单体速冻装置是连续不间断的流水线生产，要求库温低、稳定，而平板机、急冻间是集中进货进行降温生产的，库温在整个降温冻结过程几乎都在变化，所以平板机、急冻间与单体速冻装置分开各自为独立低压供冷系统，才能保证单体速冻装置库温为稳定，不受干扰，确保生产连续性。
2.3制冷剂及供液方式的确定
本项目采用R22作为集中制冷系统的制冷剂，供液方式采用氟泵强制供液方式。
国内在大中型集中制冷系统均采用氨作为制冷剂，极少采用氟利昂，而本项目采用R22作为制冷剂主要是从两方面来考虑确定的，一是R22的毒性极小，不燃烧，不爆炸，使用中比氨安全可靠，即使泄漏也对人体及产品均没有什么危害，满足建设方的要求；二是所用的主机在低温工况的相同蒸发压力下R22比R717，采用R22可实现低的蒸发温度。
国内小型氟利昂系统大多采用热力膨胀阀控制的直接膨胀供液方式，而本氟利昂集中制冷系统采用供液方式为氟泵强制供液方式主要从以下两个方面来考虑确定，一是本系统为较大型集中制冷系统，选用的制冷工艺管的管径较大，管路较长，绝大部分采用无缝钢管，在安装施工过程中管道及容器等吹污难以保证吹得很干净，系统中的空气在抽真空也难以抽得很彻底，由于长期在真空状态运行，空气也会从轴封、阀芯等部位渗入系统，系统中就极有可能含有铁锈、水分及其他杂质等，若采用热力膨胀阀控制的直接膨胀供液方式，运行一段时间就会容易引起脏堵及冰堵，采用氟泵供液方式一般不会出现脏堵及冰堵现象；二是R22液体在蒸发器管内是强迫流动，蒸发管内能得到充分的润湿，管内R22液体吸热蒸发而产生的气泡，被较高流速的、数倍于蒸发量的R22液体迅速带走，同时蒸发器内润滑油也被冲刷带走，提高蒸发器制冷效率。
2.4设备的选型及配置
2.4.1主机的配置
根据各末端用冷设备的负荷要求及其生产实际要求，本集中制冷系统共配置4台螺杆机组，其中3台为单机双级螺杆液氟冷却制冷压缩机组（压缩机选用MYCOM机头）JZ2FSLG20/16，每台双级机组均配有独立中间冷却器；1台为带经济器单级螺杆液氟冷却制冷压缩机组JJZ2LG16F。每台机组均设有三路低压吸气管，分别接至三个低压供冷系统的回气总管上，使得四台机组均可在三个独立低压供冷系统中使用，并可通过每台机组3路低压吸气管路上的各个阀门操作实现各个独立低压供冷系统并联使用。各个低压供冷系统可根据生产的实际需要对每台机组进行调配使用，而1台单级机JJZ2LG16F可满足五间冷库的同时降温要求。
2.4.2主机的油冷却器冷却方式设计及其配置
主机的油冷却器采用液氟冷却方式，在系统中设置1台辅助贮液器FZF-18。
传统的油冷却系统一般采用循环冷却水方式，保养维护较麻烦，每隔一段时间就要清洗冷却塔及油冷却器，水冷式油冷却器的换热管易结垢生锈影响冷却效果，使用寿命也较短；本项目油冷却系统采用液氟冷却方式，油温控制稳定，始终稳定在一定的范围内，油温下限始终高于冷凝温度，上限与该油冷却器面积大小及压缩机运转的工况有关，一般能够很好的将油温控制在高于冷凝温度10℃∽20℃之间，油冷却效果好，维护保养简单方便，使用寿命长。
2.4.3低压循环贮液桶的配置
每个低压供冷系统均各配置1台立式低压循环贮液桶，共配置3个立式低压循环贮液桶；每台低压循环贮液桶各配置2台氟泵；每个立式低压循环桶设有自动供液装置，液位超高报警装置；氟泵压差保护，超压自动旁通；每个低压桶均配置1个集油器；低压桶间设有液相过桥阀及汽相过桥阀，系统间也可通过低压桶间的过桥阀并联在一起。
2.4.4末端冷却设备的配置
冷库冷却设备采用变片距吊顶冷风机，每台冷风机均配置微风速均匀送风管，达到均匀送风降温的目的；平板机采用成套设备，内配置有铝板蒸发器；急冻间冷却设备也是采用变片距吊顶冷风机，并设置导风棚，实现强制循环吹风；单体速冻装置也是采用成套设备，其冷却设备也是采用冷风机。
2.4.5其他设备的配置
本集中制冷系统选用2台CXV-207蒸发式冷凝器，1台高压贮液器ZY-8.0，1台自动空气分离器ZFK-1，制冷系统的所有阀门、仪表、自控元件均采用氟专用产品，其中截止阀采用焊接连接方式，尽量减少泄漏点的机会。
2.4.6供液回汽调节站的设计
每间冷库、每台平板机、每间急冻间及每条单体速冻装置均独立设置有供液回路、回汽回路及热氟冲霜回路、排液回路，冷库及急冻间的每个供液回路设有供液电磁阀，实现手动指令控制供液电磁阀；平板冻结器及单体速冻装置的每个回路系统均设有回汽电磁阀、热氟电磁阀、供液电磁阀，而冲霜排液管路设有旁通阀OFV20，实现自动控制及半自动控制。
2.4.7低压循环贮液桶的液面计选用及配置
低压循环贮液桶的液面显示刚开始设计时采用油包（结构不同于氨用的）加双面玻璃板式液面计进行设计安装，但实际使用的效果不好，油很快就从油包里跑走，液位计的液面有时看得到，有时根本看不到。后来拆掉油包及板式液面计，改用磁翻板液位计，效果就比较好，基本能通过磁翻板液位计了解桶内的液位情况。
2.4.8末端设备的融霜方式设计
冷藏库冷风机采用半自动水冲霜，辅助手动热氟融霜，主要采用水冲霜；平板冻结器采用手动水冲霜，半自动热氟融霜，主要采用热氟融霜；急冻间冷风机采用手动水冲霜，辅助手动热氟融霜，主要采用水冲霜；单体速冻装置的冷风机采用手动水冲霜，半自动热氟融霜，主要采用水冲霜。
冷库及急冻间的冷风机的翅片均采用变片距设计，翅片距大，基本可实行一天一次（一冻一次）水冲霜就可以，减少绝对冲霜次数，起到既减少劳动强度，又节能的效果。
3系统中的净化措施
由于系统在安装时，铁锈、焊渣等杂质很难清理干净，或多或少存在一些，为了确保供液电磁阀工作正常，在供液电磁阀前均安装供液过滤器。
因系统长期处于真空状态（负压）下运行，免不了从轴封、阀芯等部位吸入空气，长期运行，系统中的空气等不凝性气体增多，占去冷凝器部分有效空间，冷凝效果变差，冷凝压力升高，同时系统中水分增大，会影响节流阀效果，故一是在系统中设置自动空分，随时清除系统中不凝性气体；二是在主供液系统管路上加一旁路干燥器装置，定期对系统的工质干燥过滤，另在每个低压桶的供液管路设置干燥过滤器。
4系统中油的处理措施
制冷剂R22与油是部分溶解的，其溶解度随压力、温度的变化而变化，在高温高压状态下，油与R22能互溶在一起；而在低温低压状态下，油与R22能分层，上层富油层含油量达70%，对于氟泵强制供液方式其主要系统回油装置设在低压循环贮液桶处。根据油与R22这些特点，本工程在设计时系统各部分均要采取一些处理措施，尤其系统回油问题处理更是关键。
第一，液氟冷却方式的油冷却器相关管路设计：油冷却器管程高压R22液体因吸收壳程中油热量而蒸发，随着高压R22液体不断蒸发，管程中高压R22液体含油量不断增多，会导致油冷却效果越来越差。为了解决此问题，在油冷却器的进液管最低部设置排液管，通过排液管定期将管程中高压R22液体排至低压循环贮液桶，确保管程中高压R22液体的含油量不会过多，从而保证油冷却效果。
第二，低压循环贮液桶回油装置的设计：在低压循环贮液桶的富油层区域设置放油阀，并设置油加热装置，使低压桶富油层的油与低温R22液体混合物经过油加热装置后，被吸入回气总管，通过回气总管底部与主机回气立管间的导油管回到主机中。
第三，压缩机组油分离器的配置选择：要求随机配套高效油分离器，确保润滑油不会大量跑到系统中，仅有很小很小部分进入系统中。
第四，压缩机配套冷冻油的选择：由于各类制冷剂的特性不同，制冷系统的工作温度不同，压缩机配套冷冻油的也应不同，选择压缩机的冷冻油较为关键，对冷冻油的粘度、浊点、凝固点、闪点、化学稳定性等重要指标均有要求。一是选择油的粘度要适中，不可偏小，R22等氟利昂制冷剂可与油相互溶，而使油变稀，造成粘度下降，若选择的油粘度过小，则会使压缩机运动件之间难以形成所需的油膜，达不到应有的润滑和冷却的效果；二是选择油的浊点要低于蒸发温度，防止油析出石蜡，影响传热效果；三是选择油的凝固点越低越好；等等。考虑到本系统采用R22作为制冷剂，蒸发温度又低，可达-45℃以下，在吸取其它厂家案例经验情况下，本系统压缩机不宜采用氨系统通常采用的46#冷冻油作为润滑油，而是采用压缩机生产厂家专门配套的冷冻油。
5运行效果与总结
本系统安装完毕后，调试比较顺利，各项设计指标均基本达到设计要求，用户较满意，本氟利昂集中制冷系统总体来说还是合理的、成功的。本设计具有以下的优点，主设备选型合理；正确划分低压系统，保证单体速冻装置的库温稳定，不受其他冻结设备干扰；采用氟泵强制供液，简化系统；系统回油处理措施得当，合理。
本系统设计时在细节问题及关键技术问题上采用很多有效的措施，尤其在系统中油处理措施方面，在国内大、中型的氟里昂制冷系统的设计及安装开了先例，并取得较大的成功，为今后同类设计及研究提供很好的参考。
6参考文献：
[1]厦门水产学院制冷教研室制冷技术问答.农业出版社1981
[2]李明忠孙兆礼中小型冷库技术上海交通大学出版社1995
[3]张祉祐制冷空调设备使用维修手册机械工业出版社1998