大型氟利昂制冷系统的节能技术应用

潘洪准

( 广州市粤联水产制冷工程有限公司,广州 511490 )

大型氟利昂制冷系统的节能技术应用

潘洪准

( 广州市粤联水产制冷工程有限公司,广州 511490 )

对大型氟利昂制冷系统节能技术进行了介绍，分析了在实际工程中限制节能技术应用推广的因素，并提出解决方案，通过应用实例显示了使用节能技术所取得的实际效果。

氟利昂；节能技术；节能改造；满液式；二级节流；热气融霜

Abstract：Introduction of energy-saving technology for large Freon refrigeration system,analyzing factors restricting application and promotion of energy-saving technology in practice,offering solution and stating effects of adapting energy-saving technology through application cases.

Keywords：Freon;Energy-saving technology;Energy-saving reforming;Flooded-type;Two-stage throttling;Defrost by superheated vapor

1 前言

在冷库制冷系统中，应用的制冷剂主要是氨和氟利昂两大类。氨通常应用在中大型的制冷系统，末端蒸发器采用氨泵强制供液或重力供液方式(满液式)，换热效率高，能耗低，但系统较为复杂，技术要求高；采用氟利昂作为工质的制冷系统，末端蒸发器普遍采用直接膨胀供液方式，换热效率低，能耗高，由于系统简单，建造成本低，因此在小型制冷系统上有广泛应用。在2013年吉林宝源丰氨泄漏事故发生后，国家安监部门对氨制冷系统的应用采取了高压态势，许多本来适合采用氨作为制冷剂的大型冷库项目纷纷改为氟利昂工质。但之前氟利昂主要应用在中小型的简单的制冷系统，技术落后，现在直接应用在大型冷库上，很多时候达不到大型冷库的应用要求，而且能耗高，制冷系统运行成本居高不下，给用户造成巨大损失，国家也浪费了大量能源。因此，根据我国现阶段工业制冷的实际情况，推广大型氟利昂制冷系统节能技术和对已经在运行的大型高能耗氟利昂制冷系统进行节能改造具有极大的意义。

2 氟利昂制冷系统主要节能技术

(1)采用满液式蒸发系统代替干式蒸发系统。现在很多大中型冷库制冷系统采用了氟利昂直膨式供液系统(干式蒸发)，这种制冷系统对蒸发器的有效利用率非常低，系统运行能耗极高。而满液式蒸发充分利用了蒸发器的换热面积，有效地提高了蒸发器的热交换效率，使制冷系统的运行能耗大大降低。满液式蒸发系统有泵强制供液和重力供液两种方式，实验表明，采用重力供液的氟利昂系统，与工作在相同室内、外环境温度(室内、外干球温度为-10℃、25℃)下的直接膨胀供液制冷系统对比，其制冷量提高34%，传热系数K提高53%[1]。

(2)采用二级节流制冷循环。在相同稳定的制冷工况条件下，两级节流、中间不完全冷却双级压缩理论制冷循环的制冷系数，大于一级节流、中间不完全冷却双级压缩理论制冷循环的制冷系数[2]。通过制冷压缩机生产厂家(比泽尔)的软件计算，在工况-30/36℃及以下的制冷系统中，采用二次节流中压供液技术，相比于带独立经济器一次节流制冷系统，压缩机组的制冷效率可以提高约2%左右，蒸发温度越低，提升越明显。传统的氟利昂直接膨胀系统采用的基本上都是一次节流制冷循环。

(3)高效热气融霜技术。在低温冷库中，需要对蒸发器定期除霜，以提高系统的制冷效果，蒸发器为冷风机的融霜方式较多采用的有三种，分别为热气融霜，水融霜和电融霜。电融霜最为简单，匹配上电源即可使用，但能耗最高；水融霜需要提供冲霜水并循环使用，循环水泵需要耗电，其融霜效果受外界温度变化影响，冬季时需要对冲霜水进行加热，也增加了额外能耗，而且普通循环使用的冲霜水清洁度也难以达到冷库内部环境的卫生要求；热气融霜的热源来自于压缩机的排气热量，不需要增加额外的融霜能耗，是最节能的融霜方式，但融霜程序控制较为复杂。笔者根据对多座使用温度为-18℃的冷库能耗进行统计分析，采用高效热气融霜技术，比采用电热融霜技术，制冷系统总体能耗可以节省10%～15%。

通过综合应用这些节能技术，将会使氟利昂制冷系统的能耗大为降低。

3 限制氟利昂节能技术推广应用的因素及解决方案

氟利昂满液式蒸发制冷系统在节能方面有巨大的优势，但在实际工程应用中却不多，因其对系统的设计、安装水平都有较高的要求，需要解决如下问题，方能安全、高效地运行，否则系统运行效果会大打折扣甚至出现故障。

(1)蒸发器的回油问题。制冷系统在运行过程中，压缩机组中的冷冻油会逐渐进入系统的其它部位，并容易积存在蒸发器内部，如果不及时把蒸发器中的冷冻油收集回压缩机组内，就需要经常向机组中添加冷冻油，而且蒸发器中的冷冻油积聚到一定量时，换热效率会迅速降低，导致系统不能正常运转。在直接膨胀供液系统中，通过在回气管道中设置回油弯，可以把蒸发器中的冷冻油顺利收集回压缩机组内。满液式蒸发器与干式蒸发器结构不同，不能通过简单地设置回油弯回油，回油问题没有得到很好的解决，这也是限制氟利昂满液式蒸发系统推广的因素之一。为了使系统能稳定高效地运行，需要彻底解决系统的回油问题。经过多年的研究和工程实践总结，笔者设计出了一套冷风机高效热气融霜系统，在冷风机融霜的同时，可把蒸发器中的冷冻油顺利排出并回到压缩机，既解决了冷风机的融霜问题，同时又解决了冷风机的回油问题。

(2)制冷剂泄漏问题。氟利昂无色无味，当系统发生微小泄漏时，是难以发觉的，通常是系统中的制冷剂泄漏了大部分，系统无法正常运转后才会发现是制冷剂泄漏了，满液式蒸发系统制冷剂充注量较大，如果制冷剂泄漏时不及时发现，会造成较大的损失。除了在安装时应严格把好安装质量关，尽量减少泄漏概率外，笔者还研究出一套制冷系统内部的制冷剂数量监控装置，通过这套装置，可实时掌握系统内的制冷剂数量，当制冷剂数量出现减少时，发出警报。监控界面如图1。

图1 制冷剂监控界面

(3)系统自动化问题。近几年随着冷链行业的高速发展，技术好且有经验的设备管理人员相对稀缺，因此制冷系统的自动化运行程度要求越来越高。直接膨胀供液制冷系统结构简单，系统自动化运行容易实现。满液式供液制冷系统结构相对复杂，但随着各类优质自控元件出现，系统的各个关键环节，都已经有对应的高质量自控产品，例如电磁阀、压力控制阀、液位传感器、压力温度传感器等等，再配合PLC微电脑控制相关元件动作，满液式制冷系统实现自动化运行难度已经大大降低，笔者近年所设计安装的多个氟利昂满液式制冷系统，皆已成功实现全自动化运行。

4 节能改造实例应用

4.1 原制冷系统配置及使用效果

(1)冷库规模概况：广州某冷库，单层，面积3480m2,库内净高8m，公称容积为27840m3；库温要求-18±2℃，2014年11月建成投产。

(2)制冷剂：R22。

(3)制冷机组：由3台带补气口HSN8591压缩机组成并联机组，在-30/38℃工况下，制冷量为507.6kW。

(4)冷风机：名义制冷量49kW，风量42000m3/h，共14台，热气融霜。

(5)蒸发冷凝器：一台SPL-1420蒸发式冷凝器，换热量为1420kW。

(6)供液方式：采用直接膨胀供液系统。

冷库投产运营一年多来，制冷系统平均每月的用电量约12万度。对于公称容积超过20000m3的大型冻结物冷藏库，在广州地区制冷系统的平均每月用电通常处于2～3kWh/m3的范围，该冷库平均每月用电达到了4.3kWh/m3，已经远远超出了正常范围，很有必要对其进行节能改造。

4.2 改造后系统配置及使用效果

在尽量减少改造费用的同时又能达到系统节能目的，才能产生较好的改造效益，这样的系统改造才有意义。该系统运行时间不长，所用设备性能基本完好，因此应尽可能利用原系统的设备，这样才能有效地降低改造费用；在此基础上把直接膨胀供液系统改为满液式供液系统，并综合配套其余节能技术，使系统性能接近新安装的节能型制冷系统。改造好的配置如下：

(1)制冷机组。原机组配置基本上可以满足新系统的要求，只需要进行很小的改动即可。

(2)冷凝器。原蒸发式冷凝器可以满足新系统的要求，不需要进行改造。

(3)冷风机。原系统直接膨胀供液的冷风机是不适合用在新系统的，冷风机费用占整个制冷系统造价比例相当高，如果更换成全新的冷风机，那将会大大提高系统改造的成本，因此只对原冷风机的供液方式进行改造，使其适用于满液式系统，冷风机的其它部位不作改变，节省了大量的改造费用。冷风机改造前后照片对比如图2和图3。

图2 改造前直接膨胀供液冷风机

图3 改造后满液式供液冷风机

(4)工艺管道。原系统的工艺管道及阀门是不适用新系统使用的，只有全部拆除，重新按照新的节能工艺进行管道布置安装。

(5)其它辅助设备。根据项目的实际情况，冷风机的供液采用氟泵强制供液方式，因此增加一套桶泵机组，如图4所示。

图4 桶泵机组

(6)电气系统。电气系统可分为设备电力供应和系统控制两部分，原系统中的电力供应部分基本可以在新系统中使用，但系统控制部分不适合在新系统中使用，因此重新设置了控制系统，并使新系统能够全自动运行。

4.3 效果对比分析

经过两个月的施工，改造工作在2016年4月完成，至今已经过一年的正常运营使用，冷库经营业务的运作基本上与未改造前接近，每个月的耗电量如表1。

改造后平均每月的用电量为54106kWh，原来平均每月用电约120000kWh，能耗只是原来的一半不到，节能效果非常明显。

本次的改造费用为80万元，改造后运行一年以来，平均每月节省6.6万度电，电价为0.8元/度，每月节省5.28万元电费，约15个月就可收回改造投资，为业主创造了明显的经济效益。

表1 耗电量

时间用电量/kWh备注2016年5月558562016年6月597962016年7月650632016年8月630172016年9月563312016年10月537082016年11月485102016年12月497382017年1月487362017年2月449042017年3月505462017年4月53070月平均54106

5 结论

大型冷库建造完成投入运营后，制冷系统的能耗在日常的经营成本中占比是非常大的，通常会达到30%～50%，因此，为冷库配套节能的制冷系统是非常重要的，即使已经建成的运营的冷库，如果其能耗较高，对其进行节能改造，也是有积极意义的。本次实例改造的冷库库容为27840m3，实际贮存量约为5500吨，经节能改造后一年可节省约79万度电。目前国内冷库容量约3800万吨，每年还在以15%左右速度增长，采用节能的制冷系统，可为国家节能大量能源，为企业创造巨大效益。

[1] 李星，臧润清，张枫，等.重力供液与直接膨胀制冷系统运行特性的实验研究[J].制冷学报，2008,29(1):39-44

[2] 万金庆，葛茂泉，王秀芬，等.两种双级压缩制冷循环的理论分析[J]，制冷与空调(四川).1999，(3)：23-25

[3] 李宪光，工业制冷集成新技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2017，3

ApplicationofEnergy-savingTechnologyforLargeFreonRefrigerationSystem

PAN Hongzhu

( Guangzhou Yuelian Fishery Refrigeration Engineering Co.,Ltd,Guangzhou 511490 )

2017-5-6

潘洪准(1979-)，男，工程师，从事工业制冷系统的研究、设计和工程实施工作。E-mai l：13469088@qq.com

ISSN1005-9180(2017)03-059-04

TB66文献标示码B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.03.012