氨制冷系统节能技术研究

    氨是应用最早而且目前仍为广泛使用的天然制冷工质，具有较好的热力性能和物理性质，可用于蒸发温度在-65℃以上的大型或中型单级、双级系统中。以1859年Ferdinand Carre研究出氨吸收式制冷机为标志，氨应用于制冷技术已有148年的历史。1876年Carl制造出第一台氨蒸汽压缩式制冷机，并通过次年的技术改进，提高效率，开创了氨蒸汽式制冷技术路线。应用氨的优点是ODP值为零、GWP值为零，价格低廉，能效高、传热性能好；缺点是毒性大，易燃-易-爆。

1、氨制冷剂特点

氨于1874年问世，是最古老的制冷剂之一，是一种应用广泛的天然中温制冷剂。氨制冷剂在蒸发器与冷凝器内的压力适中，冷凝压力一般为0.981～1.570Mpa，蒸发压力为0.098～0.491Mpa，大气压力的蒸发温度可达到-33.4℃。可以用于两级压缩，获得-50℃的低温。在我国大中型冷库中得到广泛应用。氨的单位容积制冷量比R12和R22大，所以相同温度下，相同制冷量时，氨压缩机的尺寸较小，氨的价格也比较便宜，在大型系统中具有明显的价格优势。氨制冷剂特点如下：

（1）氨对钢和铁无腐蚀作用，对黄铜或类似的合金有轻微的腐蚀作用。如果氨中有水分，对铜及其合金就有强烈的腐蚀作用。故在氨制冷装置中的阀门、管道、仪表等均不采用铜及铜合金材料。

（2）氨易溶于水，在常温常压下，氨与水能够以任意比例互溶，形成氨水溶液。在普通低温下，水分不会析出造成冰堵。所以按系统可以不设干燥器。但氨水溶液对金属的腐蚀加剧，且蒸发温度也略有升高，故氨系统内含水量仍不得超过0.2%。

（3）氨在润滑油中不易溶解（溶解度不超过1%）。氨制冷装置的管道和热交换器表面会积有油膜，影响传热效果。另外，润滑油还会积存在冷凝器、贮液器以及蒸发器的下部。要求氨制冷系统的这些部位应定期放油。

（4）氨与空气混合，达到一定的浓度和温度时就会燃烧或爆炸。为了防止爆炸，要求氨制冷机的排气温度和压力不超过规定值，并必须经常从系统中放出不凝性气体。氨制冷剂的燃点高，大约700～800℃，故氨制冷系统中允许使用普通电机而不并考虑外壳的密封。

（5）氨具有强烈的刺激性气味且有一定的毒性，在其安全性分类中属于B2类制冷剂。若有泄漏，易污染食品；氨液飞溅到人的皮肤上会引起肿胀甚至冻伤；在空气中氨蒸气的容积浓度达到0.5%～0.6%时，人停留半小时就会中毒，若氨制冷系统内含有空气，不仅造成系统制冷能力下降，功耗增加，并且容易引起爆炸等恶性事故。所以氨制冷系统中必须设空气分离器，及时排除系统中的不凝性气体。

2、氨制冷系统节能途径

在大中型冷库中主要采用氨制冷系统，据文献记载，在美国使用氨的冷库约占87%，只有13%采用卤化碳制冷剂。冷库氨制冷系统的电能消耗是冷库生产成本的主要部分，约占总成本的20%-30%或更多。减少冷库制冷系统的电能消耗，对于降低冷库企业生产成本，提高能源利用率，加强节能减排，增强企业的核心竞争力具有重要意义。

2.1设备选型

   （1）压缩机选型

压缩机是蒸汽压缩式制冷系统中最重要的部件之一，它起着压缩和输送制冷剂的作用，宛如制冷系统的“心脏”。据统计，压缩机的能耗通常约占制冷装置的2/3或更高，其内部结构复杂，价格昂贵。投产后的能效、操作调节与维护管理直接影响到企业的安全运行于经济效益。目前冷库系统中常用的两种类型的氨制冷压缩机为活塞式和螺杆式，显然，不同的压缩机配置其初投资与运行经济性不尽相同。活塞式制冷压缩机能够适应较为广泛的工作压力范围和制冷量要求，价格低廉，结构简单，维修技术性要求不高。螺杆式制冷压缩机具有高效可靠、操作简单、适应性强等特点，目前已经占据了中等制冷量市场的优势份额。经过计算，当制冷量大于750KW时，螺杆式制冷压缩机在初投资、运行费用等方面均比选用活塞式制冷压缩机合理。

（2）冷凝器选择

我国主要以水冷式冷凝器为主，而国外普遍选用蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器是一种高效节能的换热设备。具有传热效率高、结构紧凑和安装方便等优点。对蒸发式冷凝器及水冷式冷凝器的循环水量、能耗以及经济性进行分析，结果表明蒸发式冷凝器比水冷式冷凝器更节能。

（3）供液系统选择

液泵供液系统利用制冷剂泵，将低压循环桶内的低温液态制冷剂以数倍于蒸发量的流量，直接输送到各个库房的蒸发器中。具有制冷效果好、蒸发系统负荷变化的适应性强、融霜操作简单方便和便于实现自动化等特点。

2.2运行操作

（1）合理调整压缩机开机时间

压缩机是冷库的主要用电设备。冷库设计中针对不同的蒸发温度系统，按照机械负荷的要求选配压缩机，以满足进货旺月的要求。实际运行时，通过调节运行时间，调整制冷系统供液量。为了降低压缩机能耗，首先需要做到根据负荷调整压缩机运行台数和运行时间。不仅因为用电低峰电费低，而且因为夜间冷凝温度低，制冷系统效率高。

（2）适当提高蒸发温度

根据有关资料，蒸发温度提高1℃，可以节约电能2.0%，因此制冷系统的蒸发温度如果能提高5℃，就可使设备节能约10%。尤其是对于高温制冷系统，应当根据库房冷量要求，合理调节节流阀开度和供液量大小，保证系统蒸发温度。

由于蒸发温度的提高，减少了蒸发器于室内空气的传热温差，有利于保持库房内空气湿度，减少食品干耗，提高贮存食品的质量。

（3）定期除垢

水冷式冷凝器运行一定时间后，冷凝器的表面会形成水垢。水垢的存在使冷凝器管壁厚度增加。从而使换热器管壁的传热热阻增加，使冷凝器冷凝效果恶化。造成冷凝温度的升高和制冷装置能耗的增加。有资料统计，冷凝器水侧表面1.5mm厚的水垢会使冷凝温度升高2.8℃，使制冷装置功耗增加9%～10%，增加企业的运行成本。在生产旺季有可能造成制冷系统制冷量满足不了冷库进货要求的严重后果。所以，必须及时去除冷凝器中的水垢，保证制冷装置正常、安全、经济的运行。

（4）及时除霜

制冷系统运行一段时间后，库房中的蒸发器传热表面就会积霜，霜的热导率为0.3W/(m·K)，钢的热导率为36～49W/(m·K)，是霜的120倍以上。霜层的存在，增大了蒸发器表面的传热热阻，换热效率下降，从而造成制冷量减少，压缩机功耗增大。所以及时除霜，保证蒸发器有高的传热系数，才能保证制冷装置正常运行，实现高效节能。

2.3维护保养

（1）定期放油

氨为制冷剂的系统中，由于氨不溶解于油，进入系统中的润滑油以油膜状态吸附在热交换器设备的传热面上，大大增加热阻，降低设备的热交换能力。同时润滑油积存在辅助设备和管道内，必然使其工作容积减少，影响了制冷剂的通道面积，增大流动阻力。实验证明，蒸发器油膜增加0.1mm，蒸发温度下降2.5℃，耗电量增加11%。应当根据制冷系统运行情况，分析制冷系统中润滑油的含量，制定放油计划。及时去初级存在辅助设备和管道内的润滑油，保证制冷系统的工作效率。

（2）及时放空气

制冷系统中除了制冷剂外，由于抽真空不彻底、检修操作不慎等原因造成其他不凝性混合气体存在。这些气体主要聚集在冷凝器，造成冷凝器冷凝压力增高、传热效率降低和压缩机排气温度升高。对制冷工作不利，应当及时放出。

（3）执行大中小维修制度

 要使制冷装置中的压缩机始终保持在良好的技术状态，必须对压缩机进行合理的定期检查修理。根据使用情况和压缩机磨损规律，一般压缩机运行1万小时后应大修，5千小时后应中修，1千小时后应小修。无论压缩机的运转状况如何，到了规定的检修期限，就要按期、按计划进行检查和修理。从而使压缩机经常处在良好的技术状态，不仅能防止事故的发生，而且能实现高效稳定安全。