上下分體式全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計

胡曉林　馬雙　楊振亞

摘要：以沈陽某食品廠項目為例，詳細(xì)介紹了上下分體式全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計方法，從實際運用角度出發(fā)，對系統(tǒng)主要部件選型進(jìn)行了研究，對分體式全年制冷風(fēng)冷螺桿機(jī)組設(shè)計選型具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：上下分體式;壓力降;機(jī)組設(shè)計;全年制冷

0 引言

隨著工藝品、食品廠及藥廠等項目增加，其對全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組的需求量也越來越大。在可靠性方面，采用全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組可為全年需要冷凍水的工藝項目提供冷源;在設(shè)備管理方面，采用全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組能實現(xiàn)主機(jī)集中管理，在極端惡劣氣候下，能提供良好的設(shè)備維護(hù)和維修條件。本文重點闡述系統(tǒng)設(shè)計過程及要點，可以作為特殊設(shè)計的選型依據(jù)。

1 系統(tǒng)及案例簡介

1.1? ? 上下分體式風(fēng)冷冷水機(jī)組系統(tǒng)簡介

在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，上下分體式風(fēng)冷冷水機(jī)組是將主要動力部件設(shè)計、安裝在機(jī)房內(nèi)，表冷器等占地面積較大的設(shè)備放置于屋頂上，這樣既能節(jié)省機(jī)房空間，又改善了設(shè)備維護(hù)和維修條件。主機(jī)與表冷器之間距離較長，系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮因管路壓降導(dǎo)致的制冷量衰減問題;系統(tǒng)中增加壓力維持閥、油分離器、儲液罐、氣液分離器、電動蝶閥等，實現(xiàn)四季穩(wěn)定制冷。

1.2? ? 系統(tǒng)案例簡介

沈陽某食品廠項目采用全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組，R22冷媒，制冷量350 RT，水側(cè)30%乙二醇防凍液，冷水進(jìn)出口溫度12/7 ℃，上下分體，主機(jī)距離表冷器15 m。

2 方案選型

2.1? ? 壓縮機(jī)選型

首先，在本案例中壓縮機(jī)選型尤為重要。壓縮機(jī)需要足夠的動力將冷媒排到高位的表冷器，高壓側(cè)有壓力損失。理論上，常規(guī)風(fēng)冷干式單冷機(jī)組，蒸發(fā)器溫度取2 ℃、冷凝溫度取50 ℃是最經(jīng)濟(jì)的選型工況。而對于有壓力損失的系統(tǒng)，要考慮整個管路的壓力降。

系統(tǒng)中的壓力損失主要包括靜壓力降、速度壓力降以及摩擦阻力降。本案例參考標(biāo)準(zhǔn)《工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定 管道壓力降計算》（HG/T 20570.7—1995）[1]管道壓力降計算之2、單相流（可壓縮流體），管路系統(tǒng)總壓力降為：

系統(tǒng)壓力降，理論設(shè)計初步按照46 kPa選型是合理的，即按2/51 ℃進(jìn)行設(shè)計，壓縮機(jī)選型滿足制冷量需求。已知蒸發(fā)器溫度和冷凝溫度，運用壓縮機(jī)選型軟件即可選擇合適的壓縮機(jī)，本文選擇漢鐘型號為RC2-790B-H的壓縮機(jī)兩臺，制冷量616.4 kW，排氣質(zhì)量流量14 676.4 kg/h。

2.2? ? 壓力維持閥選型

四季制冷的系統(tǒng)考慮低溫啟動可靠性，根據(jù)專利“用于帶油分半封壓縮機(jī)的壓力維持閥”[2]，在系統(tǒng)高壓側(cè)會增加壓力維持閥。

壓力維持閥選型是按照壓縮機(jī)自身排氣口尺寸選取或由壓縮機(jī)廠家提供。本文壓力維持閥的規(guī)格0.1 m（4 in），對于帶外置油分的機(jī)組，壓力維持閥適宜安裝在油分離器的出口，更有利于系統(tǒng)的回油。

2.3? ? 油分離器選型

油分離器設(shè)計時，參考文獻(xiàn)《臥式油氣分離器的設(shè)計計算》[3]，本系統(tǒng)采用臥式油分離器。油分離器結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

油分離器設(shè)計如下：

2.3.1? ? 允許氣體流速Vmax的計算

2.3.4? ? 填料網(wǎng)格規(guī)格的確定

根據(jù)同類產(chǎn)品實際測試結(jié)果，網(wǎng)格密度取180 kg/m3，厚度取d4=200 mm。

本文選用DN450筒體，油分離器距離濾網(wǎng)距離414 mm，網(wǎng)格密度180 kg/m3，厚度為200 mm。

2.4? ? 電動球閥選型

電動球閥的主體材料需要耐低溫，在系統(tǒng)中的功能是通過冷凝壓力反饋開關(guān)信號，當(dāng)冷凝壓力低于設(shè)定值時，電動球閥關(guān)閉;冷凝壓力高于設(shè)定值時，電動球閥打開。這個過程是通過PLC編程來實現(xiàn)開關(guān)動作的。本文電動球閥選型DN65，功能為開和關(guān)作用，帶反饋信號，主體材料耐低溫。

2.5? ? 干式蒸發(fā)器選型

系統(tǒng)使用干式蒸發(fā)器，采用乙二醇溶液防凍。本系統(tǒng)采用雙系統(tǒng)蒸發(fā)器，30%乙二醇溶液。考慮到經(jīng)濟(jì)性，本文取標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)器換熱面積的1.3倍來彌補(bǔ)因乙二醇濃度造成的換熱系數(shù)衰減，取換熱面積127.8 m2。

3 上下分體式風(fēng)冷冷水機(jī)組原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計

通過系統(tǒng)匹配，上下分體式風(fēng)冷冷水機(jī)組循環(huán)原理如圖2所示。

4 總結(jié)及建議

本文針對上下分體式全年制冷風(fēng)冷冷水機(jī)組設(shè)計選型，以具體案例為依據(jù)，提供了重點部件的設(shè)計選型方法，并對管路系統(tǒng)壓降做詳細(xì)計算。

在方案選型時需要注意以下幾點：

（1）壓力降指標(biāo)是壓縮機(jī)選型的重要依據(jù)，通過理論分析和推算得出結(jié)論，后期針對用戶現(xiàn)場實際運行結(jié)果，確認(rèn)壓力降對整個制冷系統(tǒng)的影響，對于不同冷媒系統(tǒng)及不同層高的上下分體式結(jié)構(gòu)也有借鑒意義;

（2）利用壓力維持閥作用，保障高低壓壓力不足以及低環(huán)溫時啟動的可靠性;

（3）油分離器是通過理論計算和用戶實際運行結(jié)果選型，機(jī)組回油正常;

（4）利用電動球閥和風(fēng)機(jī)的開啟數(shù)量，保證不同負(fù)荷和不同環(huán)境溫度下的運行可靠性，控制邏輯簡單;

（5）實際應(yīng)用后，整個系統(tǒng)回油良好，機(jī)組運行正常，系統(tǒng)持續(xù)平穩(wěn)地運行數(shù)年之久。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 工藝系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)規(guī)定 管道壓力降計算：HG/T 20570.7—1995[S].

[2] 連季紅，鄧壯，謝鵬，等.用于帶油分半封壓縮機(jī)的壓力維持閥：CN201010120573.X[P].2010-03-09.

[3] 曹麗君，王元春，劉發(fā)安，等.臥式油氣分離器的設(shè)計計算[J].華北石油設(shè)計，2000（1）：1-4.

收稿日期：2021-08-02

作者簡介：胡曉林（1985—），女，湖北人，工程師，研究方向：暖通空調(diào)制冷系統(tǒng)。