全年性制冷系统运行特性及对策探讨

武汉化工学院学报全年性制冷系统运行特性及对策探讨陆靓燕（武汉化工学院物理与热能工程系，湖4北武汉，430073）经济性方面，探讨了制冷系统的设计创新，并分析了适当提高冷凝器传热面积给系统带来的稳定性。

P66：A制冷技术已广泛应用在生产和生活各领域。

根据制冷系统的作用时间可分为季节性制冷和全年性制冷。季节性制冷是在一年的部分时间中工作，比如夏季为空调系统提供冷源；全年性制冷则是应用冷要求全天候运行的一种制冷方式；它广泛应用在化工、轻工、冶金医药卫生等行业。

1原理和分析不同领域制冷系统具有不同的运行特点。季节性制冷只要根据该季平均气候条件和用冷负荷就可以确定整个系统配置。全年性制冷系统的设置则要求复杂得多，该系统主要有两大运行特点。第一，运行工况变化范围大，尤以冷凝工况的变化范围之大，有时运行在极限条件下，会给系统的设置和运行带来较大困难。第二，系统工作的无间断性。全年性制冷系统运行具有长期连续性，否则将造成用户巨大的损失甚至安全事故，因此系统和设备的维护必须和冷量生产同步进行。

全年性制冷系统的这两个运行特点，决定了专业人员在进行工艺设计时，必须保证系统有最大程度的可调性和互补性。

2设计实例21设计条件某制药集团冷冻车间制冷系统采用氨重力供液制冷工艺，载冷剂为NaCl水溶液，主要设计参数为。蒸发温度t：- 15*C；冷凝温度t38C；制冷负荷：2326kW（设计工况）；送冷冻盐水温度：- 10°C；回冷冻盐水温度：-4°C. 22设计特点该制冷系统自1993年试车成功运行至今运行良好，系统主要设计特点如下。

22.1系统主要设备的合理配置该系统的冷量用户有两个，为了调整方便，配置以四台DZA270型蒸发器与盐水进行冷交换，其它主辅设备也据此四台配置（详见表1），采用并联管接，表1主要设备序号名称规格型号单位数量喷油式螺杆制冷压缩机台螺旋管立式蒸发器台盐水泵台氨液分离器台罐氨器台集油器台油氨分离器台立式冷凝器台高压液体调节器台空气分离器台高压氨储液器台储油罐台循环水泵台冷却塔台紧急泄氨器台使各个设备之间形成对应的布局，如此设计的目的是为了便于视用冷量变化调整产量，既保证生产又降低运行能耗。而对于动力设备和输送设备则配置以一定的备份额，采用并联管接，以避免运行过程中设备故障导致停机。比如系统配置六台LG20CA- 50制冷压缩机（开四备二）；8台100FS- 37盐水泵（开四备四）和6台S250-24A冷却水泵（开四备二），如此做法虽然增加了设备初投资，但与保证系统持继运行的作用相比是十分必要的，而且运行设备能互换使用，保证经常性的维护，对延长使用寿命都十分有益。

22.2实现系统最大的可调性和互补性在设备保证一定备份额的基础上，为了确保冷量生产和不间断供应，在设计中应充分考虑系统的可调性和互补性。因为运行过程中，四台制冷压缩机中的哪一台出现故障完全是随机的，也就是说当一台压缩机在使用中出现故障必须停机时，其它五台压缩机中的任何一台都能顶替其运行。为此在系统的低压部分设计了一个环形吸气总管（见），它具有最大程度的可调性，能够实现六台主机和四台蒸发器之间的任意配置，而且调换操作既简单迅速，又安全可靠，实效显著。

22.3适当提高冷凝器传热面积根据建筑布局条件和水源条件，该制冷系统采用立式壳管式水冷凝器。按设计选型原则，冷凝器的传热面积为单位面积热负荷，kJ/h.m2.考虑到各种因素对传热系数的不利影响，设计规范通常增加10%的传热面积，以保证使用的安全性。然而在该制冷系统中，把安全系数放大到20%，实际选用了五台LNA315型立冷理论台数：n=/w/315=3.8台实际台数：N=1.2n=4.6台如此选型是基于以下三点考虑：其一：增强系统在超高温季节运行的安全性。全年性制冷系统运行工况跨越四季，尤其在炎热的夏季，超高温气候降低了冷却塔的功效，会引起冷凝器换热效率下降，发生压缩机频繁开停、排汽温度过高、排汽压力过高等故障，给生产带来重大的安全隐患，因此在冷凝器环节加大安全系数，使系统“安全渡夏”是十分必要的。其二：主机正常运行的需要。该制冷系统采用氨喷油式螺杆制冷压缩机，众所周知，润滑油系统保持正常油温、油压是螺杆机正常工作的前提，提高冷凝器安全系数，也对主机油系统的冷却产生了积极作用。其三：消除冷凝器传热系数降低的影响。在运行一段时间后，冷凝器受水垢和油垢的影响，传热系数会降低，所以适当增加安全系数，以抵消传热系数降低导致的冷凝效224开式循环操作采用立冷-冷却塔开式冷却水循环系统，冷却效果好。冷却塔填料均为塑料制品，受冷却水的冲刷和大气侵蚀极易老化，其碎片随冷却水进入冷凝器后极易产生堵塞，不利于冷凝换热。采用开式循环，残渣碎片能在不停产的情况下在立冷进水口处清理掉，既安全又不影响生产。

22.5油系统操作的改善由于压缩机排气中混有数量不等的润滑油蒸汽，随着制冷剂蒸汽进入到换热设备。为避免过多的润滑油进入制冷系统，影响制冷设备的传热效能，该系统选用二台离心式油氨分离器。另外，为了安全快捷地进行放油操作，在系统油路中设计了一个放油调节器。蒸发器、氨液分离器、压缩机、冷凝器、油氨分离器氨槽和高压分气包等放油都集中在此，使放油操作简单直观，便于管理。

23经济性分析23.1动力输送设备配置如上所述，该系统的动力输送设备数量配置均大于常规配置，共计增加初投资人民币24万余元（即制冷压缩机一台，盐水泵二台，冷却水泵一台）。此举之目的是为了保证系统持续运行，不间断地生产和供应冷量。第一、二原料药车间年产值近1亿元，平均一天有近30万元产值，全年运行当中，只要制冷系统停止供冷，就会直接导致原料药车间停产，影响产值。其二，原料药的生产是通过数种基料在反应釜中并在一定低温条件下经一定的合成周期（通常为数十至数百小时）而成，如果冷量供应中断半小时以上，则合成工艺过程中断，不但无法生产出合格产品，而且反应釜中的基料全部报废，造成无法挽回的成本损失。

所以，动力输送设备配置的备份额比例增大，这虽然带来了较大的初投资，却在很大程度上避免了用冷户几倍乃至几十倍的经济损失，其必要性是显而易见的。并且如此配置保证了制冷系统本身设备的维护，对制冷系统的高效、经济运行亦十分有益。

23.2冷凝器配置该系统在确定冷凝器传热面积时，将安全系统由常规设计的10%提高到20%，亦是经过反复考证的。通过对四个氨重力供液全年性制冷系统的运行状况调查显示，在盛夏季节都存在冷凝压力超高的问题，系统在极限条件下运行，故障频繁，有时被迫停机。本系统取用20%的安全系数，会使初投资有2%的增加，但与系统运行的可靠性和安全性相比是完全率下降4-2015ChinaAcademicJournalElectronic Publ值得的I实践证明n有了宽裕令凝面W证胤net使得整个制冷系统数年来从未受到炎热气侯的影响，始终保持安全稳定运行。

3结语全年性制冷系统工况变化范围大，运行具有长期连续性的特点，要求设技人员从系统的特点入手，在成熟制冷工艺的基础上，着力于系统可调性和互补性的创新，设计出安全合理的系统配置，使其更好更广泛地为各行业生产和生活服务。