丙烯螺杆制冷机组简介

于 明

(大连冷冻机股份有限公司，辽宁大连西南路888号 116033)

在制冷领域，丙烯代号为R1270，属于不饱和碳氢化合物制冷剂。对臭氧层完全没有破坏，并且温室效应亦非常小。丙烯是一种环境友好型制冷剂，属于A3类制冷剂［1］。主要用于替代R22、R502等制冷剂，使用在低温制冷设备中。

1 R1270，R22，R290 与 R717 的对比

丙烯(propylene，CH2=CHCH3)的分子量42.08，密度0.5139 g/cm3(20.4℃)，冰点 －185.3℃;沸点－47.7℃，闪点－108℃，易燃，爆炸极限为2% ～11.1%［2］;ODP 为 0，GWP 为 20［3］。

表1 R1270，R22，R290与 R717 的对比Table 1 Comparison between R1270，R22，R290 and R717

由表1可知，在同等工况下(－35℃/35℃，过热度为0，过冷度为0):

1.单位容积制冷量qv:R1270＞R22＞R717＞R290;

2.单位容积轴功率WV:R1270＞R22＞R717＞R290;

3.COP:R717＞R22＞R1270＞R290。

2 丙烯制冷的基本原理

丙烯螺杆制冷机组主要由带经济器的丙烯螺杆压缩机组、冷凝器、贮液器、供液阀组、气液分离器、蒸发器组成。

丙烯制冷剂在蒸发器里，丙烯由液体蒸发变成低温低压的气体，丙烯气体经由气液分离器进行气液分离，分离后的纯丙烯气体则被丙烯螺杆压缩机吸入，通过压缩机的吸气过滤器进入压缩机的吸气腔，压缩机内部有两个水平放置的阴阳转子，转子在电动机的带动下，互相啮合，将吸入的丙烯气体压缩，提高压力，同时温度也随着压缩而提升，高温高压的丙烯气体由压缩机排气口排出到冷凝器，在冷凝器中，高温高压的丙烯气体被冷却水冷却，冷凝形成丙烯液，冷凝后的丙烯液进入贮液器贮存缓冲，丙烯液由贮液器在高压的作用下，供液到经济器，丙烯液在经济器中进一步过冷，过冷后的高压液体经由供液阀组节流降压，同时温度达到工况的蒸发温度，节流降压后的丙烯液进入气液分离器，由气液分离器给各个蒸发器供液，丙烯进入各个蒸发器，蒸发换热，达到制取工艺低温的目的，由此丙烯制冷剂在密闭的制冷系统中循环。

图1 丙烯制冷的基本原理图Fig.1 Basic schematic diagram about propylene refrigeration

3 丙烯用于制冷机组时的注意事项

3.1 关于材质相容性方面

3.1.1 对非金属材料

随着时间的不断推移，我国市场整体水平逐渐得到了一个整体性的提高，并且在互联网的影响之下出现了新媒体市场的过渡趋势。因为时代进步的速度非常快，所以，企业要想得到更为理想的发展就也必须要适应市场上快速的发展节奏和流行风格，为自己的企业引进先进的新媒体技术。例如向市场投放情景式广告，并且将其呈现在相应城市中的标志性建筑上或者是地铁的通道中。例如将广告与电视剧、电影等影视作品相结合，将企业相应的产品放置在影视剧的环境中，利用各个演员的明星效应来带动相应企业产品的销量。

根据《腐蚀数据手册》第824页，丁腈橡胶不能用于丙烯介质机组。第838页，氯丁橡胶不能用于丙烯介质机组。第852页，丁基橡胶不能用于丙烯介质机组。第873页，氟橡胶能用于丙烯介质机组［4］。

用于压缩机内部的O形密封圈和PG型骨架式油封的材质可采用氟橡胶。机械密封需作特殊设计，以确保适合丙烯介质。油泵、吸气过滤器、油粗过滤器、油精过滤器、油分滤芯中的胶圈应改为氟橡胶。

阀门的密封元件可以采用聚四氟乙烯。

3.1.2 对金属材料

碳钢:根据《腐蚀数据手册》99页，碳钢能用于丙烯介质机组。

不锈钢:根据《腐蚀数据手册》218页，不锈钢能用于丙烯介质机组。

铝:根据《腐蚀数据手册》302页，铝能用于丙烯介质机组。

铜:根据《腐蚀数据手册》351页，铜能用于纯丙烯介质机组。如果丙烯里含有大量乙炔杂质，则需另外考虑其它金属材料。

黄铜:根据《腐蚀数据手册》373页，黄铜能用于纯丙烯介质机组。如果丙烯里含有大量乙炔杂质，则需另外考虑其它金属材料。

3.2 易燃易爆性对机组设计的特殊要求

3.2.1 对电气元件的要求

所有电器元件，如电机、油分离器的电加热器、压力传感器、温度传感器、液位开关、电磁阀、电子膨胀阀等均采取防爆措施。一般来说，防爆等级可以为dⅡBT4。如果是可调压缩机，其内容积比测定机构(直线位移传感器)要求的防爆等级至少为dⅡBT4。

电机安全罩应采用无火花材料1060。

3.2.2 对制冷压力容器的要求

由于丙烯属于A3类制冷剂，对于丙烯介质的制冷压力容器，根据NB/T 47012—2010《制冷装置用压力容器》，碳素钢、低合金钢容器应进行焊后热处理，不锈钢容器不需要。碳素钢、低合金钢的第Ⅱ类和第Ⅲ类容器的圆筒A类焊接接头应按每台容器制备产品焊接试件，不锈钢容器不需要。A、B、D类焊接接头应采用全焊透结构。第Ⅱ类容器的A类和B类焊接接头需进行100%射线或超声检测，公称直径小于250 mm的接管与长颈法兰、接管与接管对接连接的焊接接头，需对表面进行100%磁粉或渗透检测。

丙烯属于易燃易爆介质，根据TSGR0004—2009《固定式压力容器安全技术监察规程》，铸铁材料不能用于设计压力大于或等于0.15 MPa的丙烯压力容器主要受压元件。接管(凸缘)与壳体之间的接头设计以及夹套压力容器的接头设计，应当采用全焊透结构。当在安全阀或者爆破片的排出口装设导管，将排放介质引致安全地点，并且进行妥善处理，不得直接排入大气。如果安全阀与压力容器之间设有截止阀，压力容器正常运行期间截止阀必须全开(加铅封或者锁定)，截止阀门的结构和通径不得妨碍安全阀的安全卸泄。液面计要有防泄漏的保护装置。

3.3 机组油路的设计

丙烯螺杆压缩机拟采用喷油螺杆压缩机型式，在机组设计上需考虑油路设计的合理性。油路系统主要承担压缩机的喷油冷却、润滑和密封，同时承担压缩机轴承润滑和能量调节的控制。不可调机组一般可以采用双油路设计，一用一备，自动切换，实现在线维修更换过滤芯等工作。可调机组一般采用双油精。

机组润滑油可以选用美国CPI的CP4600-68。

4 丙烯螺杆机组的制冷量和轴功率的计算

现以制冷工况:蒸发温度－35℃，冷凝温度35℃为例进行制冷量和轴功率的计算。取吸气过热度为5℃，液体过冷度为5℃。制冷循环lg P-h图见图2，计算用的相关数值见表2。

图2 制冷循环lg P-h图Fig.2 lg P-h graph of refrigeration cycle

表2 计算用的相关数值Table 2 Relative value for calculation

4.1 制冷量计算

制冷量:Q0=Mr×(h1－h5)

式中，qvt为低压级压缩机理论容积流量，m3/h，对于LG20压缩机，取qvt=1215 m3/h;ηv为容积效率，通常 ηv=0.75 ～0.95［5］，取 ηv=0.827; υ1为低压级吸气状态制冷剂比容，m3/kg。

4.2 轴功率计算

压缩机的轴功率为:

式中，ηad为压缩机的绝热效率，通常ηad=0.65～0.75，取 ηad=0.65。

4.3 主电机的选用

电机功率一般取轴功率的1.1倍，再圆整至通用规格，即选用200 kW的主电机。

5 结束语

丙烯是一种环境友好型制冷剂。通过与R717，R22，R290对比，可知丙烯的单位容积制冷量较高;丙烯螺杆制冷机组主要由丙烯螺杆压缩机、冷凝器、贮液器、经济器、供液阀组、气液分离器、蒸发器组成。丙烯机组的非金属材料可以采用氟橡胶和聚四氟乙烯。制冷剂为纯丙烯时，丙烯机组的金属材料选材比较广泛。如果丙烯制冷剂中含有大量乙炔杂质，金属材料最好不采用铜和黄铜。丙烯的易燃易爆性对机组设计有一些特殊要求，如，电器元件的防爆等级一般采用dⅡBT4，压力容器需要焊后热处理等。机组可以采用双油路，使机组不间断运行。机组润滑油可以选用美国CPI的CP4600-68。举例进行了丙烯机组的制冷量和轴功率的计算。通过对丙烯制冷机组的简介，希望与大家互相交流。

［1］GB/T 7778—2008制冷剂编号方法和安全性分类［S］.

［2］HG 20660—2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类［S］.

［3］吴业正.制冷原理及设备［M］.西安:西安交通大学出版社，2010:60.

［4］左景伊.腐蚀数据手册［M］.北京:化学工业出版社，1982:824-873.

［5］邢子文.螺杆压缩机——理论、设计及应用［M］.北京:机械工业出版社，2000:99-102.