冷库制冷系统的安全分析

冷库制冷系统的安全分析

张堃

天津新技术产业园区大远东制冷设备工程技术有限公司

天津市300000

摘要：我国的第一座以存储肉类为主的冷库在1955年建成，随着技术的不断发展，冷库制冷工艺的技术也得到了更好的发展，但是在迅猛发展的历程中，也出现了很多有待解决的问题，不利于冷库行业的稳定发展。

关键词：冷库；制冷系统；安全

前言：在宏观经济稳步发展，业态创新大环境活跃，居民收入和消费水平日益提高以及诸多冷链物流扶持政策的推动下，中国的食品冷链物流产业发展迅猛，冷库建设规模获得快速增长。制冷系统是整个冷库的核心组成部分，制冷系统设计合理性是决定冷库项目经济性、环保性、科学性的关键因素。

1制冷系统选择

1.1制冷剂的选择

目前国内冷库制冷系统制冷剂主要有氟利昂、氨和二氧化碳三种。氟利昂制冷剂应用较多的为R410A，R404A和R507。氨和二氧化碳是两种天然制冷剂，氨ODP=0，GWP=0，二氧化碳ODP=0，GWP=1，对环境的影响小，也是当今较为热门的两种制冷剂。根据环境保护部发布的《关于生产和使用消耗臭氧层物质建设项目管理有关工作的通知》（环大气〔2018〕5号）文件，禁止新建和扩建生产和使用作为制冷剂等受控用途的ODS建设项目，R22已禁止使用于新建冷库项目，R22的替代与新型环保制冷剂的研究一直是行业热点[3]。液氨由于本身具有毒性，可燃及爆炸危险性，包含在国家安全监管总局首批重点监管的危险化学品名录内，且液氨储存量超过10吨即被判定为重大危险源，因此氨制冷系统受到安全监督部门严格监管，对其应用具有很大的限制作用。

1.2制冷系统形式的选择

冷库按冷藏设计温度分类可以分为高温、中温、低温和超低温四大类冷库：①高温冷库设计温度为-2℃～+8℃；②中温冷库设计温度为-10℃～-23℃；③低温冷库设计温度为-23℃～-30℃；④超低温冷库设计温度一般为-30℃～-80℃。冷库的设计规模按冷藏间的公称容积可分为大型、中型和小型三大类冷库：①公称容积大于20000m3为大型冷库；②20000m3～5000m3为中型冷库；③20000m3～5000m3为小型冷库。为了减小制冷系统制冷剂的充注量，满足经济性和安全性要求，一般中小型冷库采用氟利昂或氨制冷系统，大型冷库根据冷库的设计温度采用氨和二氧化碳复叠/载冷制冷系统或氟利昂和二氧化碳复叠/载冷制冷系统。对于氨和二氧化碳复叠/载冷制冷系统，当制冷系统蒸发温度高于-25℃，一般采用二氧化碳载冷制冷系统；当制冷系统蒸发温度低于-25℃时，一般采用二氧化碳复叠制冷系统。

1.3制冷压缩机组的选择

制冷压缩机是制冷系统的心脏，根据冷库的规模和设计温度等因素，合理选择制冷压缩机组是制冷系统设计的关键。制冷压缩机根据其工作原理可以分为容积型和速度型两大类,在冷库应用领域，通常采用容积型压缩机，主要包含活塞式压缩机、螺杆式压缩机和涡旋式压缩机。氨制冷系统主要采用开启式螺杆压缩机。氟制冷系统一般采用涡旋式压缩机及半封闭或全封闭式压缩机，主要采用半封闭式螺杆压缩机，半封闭式活塞压缩机和半封闭式涡旋式压缩机。二氧化碳制冷系统压缩机选择比较灵活，当制冷量较小时一般采用半封闭式活塞压缩机，制冷量较大时一般采用开启式螺杆压缩机。一般大型冷库制冷系统采用螺杆式压缩机，小型冷库制冷系统采用活塞式压缩机和涡旋式压缩机。
    1.4供液形式的选择

制冷系统供液方式分为直接膨胀供液、重力供液、液泵供液和气泵供液四种。冷库制冷系统较为常用的供液方式为直接膨胀式供液和液泵强制供液，通常小型制冷系统采用直接膨胀式供液系统，大型制冷系统采用桶泵强制供液系统。桶泵强制供液系统与直接膨胀式供液系统相比较，其优缺点如下：桶泵供液的优点主要有：①蒸发器具有较高的换热效率，冷却效果好；②能够保证长距离供液；③制冷压缩机的运行工况得以改善，保证制冷压缩机的安全运转和提高压缩机的制冷效率；④系统操作简单可靠，便于集中控制和实现自动化。桶泵供液的缺点主要有：①制冷剂充注量大，增加了桶泵机组，机房占地面积增大，初投资增加；②系统回油较复杂，处理不好会导致整个制冷系统发生运行故障。

1.5制冷系统自动化控制

传统冷库自动化程度低、操作人员技术水平较低是我国冷库事故频繁发生的主要原因，尤其是氨制冷系统，一旦发生泄漏，极易对人身造成直接伤害，所以提高冷库中制冷系统自动化程度、减少制冷剂液氨的充注量，对于提高制冷系统安全性可以产生明显效果。对于大型制冷系统，一般采用集中PLC控制系统，控制系统控制对象主要包括压缩机、冷风机、蒸发式冷凝器、桶泵、冲霜水泵、事故风机。PLC自控系统集中设置在控制室，除了监控速冻装置、制冷机房、液罐区的氨气泄漏、报警、事故排风、紧急切断之外，还应设置与氨制冷机组各分控系统之间的数据通讯接口，并具备半年数据储存、适时显示各相关安全系统的运行状态、氨气浓度等技术指标。

2冷库制冷系统安全性分析

2.1集中式氨制冷系统

集中式氨制冷系统是指将制冷装置的主要机器、设备集中安装于特定的机房内，通过气、液调节站，回气、供液管道将各库房的冷却设备连接起来。该系统一般应用于大型冷库系统中。这种系统供冷量大，且供冷均匀，但设备多、系统复杂，制冷剂充注量大，管道长，管道阻力大，自动控制化程度低。因此系统泄漏率较高，危险性较大。

2.2集中式氨制冷系统的安全性措施

要提高集中式制冷系统安全性，可通过简化系统、管路以降低泄露概率，优化系统、设备来减少制冷剂充注量，提高系统自动化程度降低人为因素发生的事故率。如库内蒸发器选用高效变片距不锈钢盘管冷风机代替光排管，在相同冷量下制冷剂充注量只占传统光滑排管注氨量的5%，减少95%注氨量;采用冷风机取消高压贮液桶，中间冷却器与高压级循环桶合并，取消排液桶，减少压缩机台数，尽量缩短管道长度等措施，在简化系统的同时，可减少氨的充注量。但这些方法对系统安全性的提高是有限的。

2.3减少氨充注量的制冷系统

2.3.1分散式直接膨胀制冷系统

分散式制冷系统是指将压缩机、冷凝器、节流装置等设备组装为一体，通过管路直接与库房内的冷却设备进行连接。这种分散式系统不需要机房，布置灵活。这种系统通常采用直接膨胀式，具有系统简单、设备少、管路短、制冷剂充注量少、自动化程度高、安全性能好等优点。但制冷量较小，适合应用于小型冷库系统。这种制冷系统目前主要是采用R22作为制冷剂，但随着螺杆式氨压缩机的出现，板式换热器、干式蒸发器的使用，氨膨胀阀及与氨互溶的润滑油的研制成功，使得氨制冷系统中小型化成为可能。据研究表明，采用干式蒸发器取代传统的满液式蒸发器可减少氨充注量90%～95%。为了增大分散式冷库的制冷能力，该分散式直接膨胀氨制冷系统可采用多机头并联机组，它秉承了分散式系统的优点，同时兼备了集中式系统的长处，具有很好的应用前景。

2.3.2二次回路载冷系统

二次回路载冷系统是由主回路氨制冷剂循环系统和载冷剂循环系统两个独立子系统组成，载冷剂可以采用乙二醇水溶液、盐水溶液、氨等。CO2载冷系统与盐水溶液、乙二醇水溶液等常规载冷系统相比，具有明显的节能优势;与直接冷却式制冷系统相比较，系统设计简单，缩短了制冷剂系统的循环管路，减少了制冷剂的充注量和泄漏率。

结束语

简而言之，针对当前我国冷库制冷工艺经常出现的问题，文章认为制冷系统必须经过科学的设计、选择合适的配件，促使系统不断优化等，进而保证机组能够稳定运行的同时，最大化地提高冷库制冷系统的运行效率，为企业走上可持续发展道路打下坚实的基础。

参考文献：

[1]谷鑫,李雪柏,王晓雪,等.卫生应急保障冷库温度波动较大的原因分析与对策探讨[J].中国医学装备,2018,14(4):140-142.

[2]徐旻晟,谢晶,王金锋.基于虚拟仪器技术的渔船超低温冷库制冷监控系统研究[J].食品与机械,2017,33(1):122-127