上下分体式全年制冷风冷冷水机组系统设计

胡晓林　马双　杨振亚

摘要：以沈阳某食品厂项目为例，详细介绍了上下分体式全年制冷风冷冷水机组系统设计方法，从实际运用角度出发，对系统主要部件选型进行了研究，对分体式全年制冷风冷螺杆机组设计选型具有很好的借鉴意义。

关键词：上下分体式;压力降;机组设计;全年制冷

0 引言

随着工艺品、食品厂及药厂等项目增加，其对全年制冷风冷冷水机组的需求量也越来越大。在可靠性方面，采用全年制冷风冷冷水机组可为全年需要冷冻水的工艺项目提供冷源;在设备管理方面，采用全年制冷风冷冷水机组能实现主机集中管理，在极端恶劣气候下，能提供良好的设备维护和维修条件。本文重点阐述系统设计过程及要点，可以作为特殊设计的选型依据。

1 系统及案例简介

1.1    上下分体式风冷冷水机组系统简介

在结构设计上，上下分体式风冷冷水机组是将主要动力部件设计、安装在机房内，表冷器等占地面积较大的设备放置于屋顶上，这样既能节省机房空间，又改善了设备维护和维修条件。主机与表冷器之间距离较长，系统设计时需要考虑因管路压降导致的制冷量衰减问题;系统中增加压力维持阀、油分离器、储液罐、气液分离器、电动蝶阀等，实现四季稳定制冷。

1.2    系统案例简介

沈阳某食品厂项目采用全年制冷风冷冷水机组，R22冷媒，制冷量350 RT，水侧30%乙二醇防冻液，冷水进出口温度12/7 ℃，上下分体，主机距离表冷器15 m。

2 方案选型

2.1    压缩机选型

首先，在本案例中压缩机选型尤为重要。压缩机需要足够的动力将冷媒排到高位的表冷器，高压侧有压力损失。理论上，常规风冷干式单冷机组，蒸发器温度取2 ℃、冷凝温度取50 ℃是最经济的选型工况。而对于有压力损失的系统，要考虑整个管路的压力降。

系统中的压力损失主要包括静压力降、速度压力降以及摩擦阻力降。本案例参考标准《工艺系统工程设计技术规定 管道压力降计算》（HG/T 20570.7—1995）[1]管道压力降计算之2、单相流（可压缩流体），管路系统总压力降为：

系统压力降，理论设计初步按照46 kPa选型是合理的，即按2/51 ℃进行设计，压缩机选型满足制冷量需求。已知蒸发器温度和冷凝温度，运用压缩机选型软件即可选择合适的压缩机，本文选择汉钟型号为RC2-790B-H的压缩机两台，制冷量616.4 kW，排气质量流量14 676.4 kg/h。

2.2    压力维持阀选型

四季制冷的系统考虑低温启动可靠性，根据专利“用于带油分半封压缩机的压力维持阀”[2]，在系统高压侧会增加压力维持阀。

压力维持阀选型是按照压缩机自身排气口尺寸选取或由压缩机厂家提供。本文压力维持阀的规格0.1 m（4 in），对于带外置油分的机组，压力维持阀适宜安装在油分离器的出口，更有利于系统的回油。

2.3    油分离器选型

油分离器设计时，参考文献《卧式油气分离器的设计计算》[3]，本系统采用卧式油分离器。油分离器结构设计如图1所示。

油分离器设计如下：

2.3.1    允许气体流速Vmax的计算

2.3.4    填料网格规格的确定

根据同类产品实际测试结果，网格密度取180 kg/m3，厚度取d4=200 mm。

本文选用DN450筒体，油分离器距离滤网距离414 mm，网格密度180 kg/m3，厚度为200 mm。

2.4    电动球阀选型

电动球阀的主体材料需要耐低温，在系统中的功能是通过冷凝压力反馈开关信号，当冷凝压力低于设定值时，电动球阀关闭;冷凝压力高于设定值时，电动球阀打开。这个过程是通过PLC编程来实现开关动作的。本文电动球阀选型DN65，功能为开和关作用，带反馈信号，主体材料耐低温。

2.5    干式蒸發器选型

系统使用干式蒸发器，采用乙二醇溶液防冻。本系统采用双系统蒸发器，30%乙二醇溶液。考虑到经济性，本文取标准蒸发器换热面积的1.3倍来弥补因乙二醇浓度造成的换热系数衰减，取换热面积127.8 m2。

3 上下分体式风冷冷水机组原理及结构设计

通过系统匹配，上下分体式风冷冷水机组循环原理如图2所示。

4 总结及建议

本文针对上下分体式全年制冷风冷冷水机组设计选型，以具体案例为依据，提供了重点部件的设计选型方法，并对管路系统压降做详细计算。

在方案选型时需要注意以下几点：

（1）压力降指标是压缩机选型的重要依据，通过理论分析和推算得出结论，后期针对用户现场实际运行结果，确认压力降对整个制冷系统的影响，对于不同冷媒系统及不同层高的上下分体式结构也有借鉴意义;

（2）利用压力维持阀作用，保障高低压压力不足以及低环温时启动的可靠性;

（3）油分离器是通过理论计算和用户实际运行结果选型，机组回油正常;

（4）利用电动球阀和风机的开启数量，保证不同负荷和不同环境温度下的运行可靠性，控制逻辑简单;

（5）实际应用后，整个系统回油良好，机组运行正常，系统持续平稳地运行数年之久。

[参考文献]

[1] 工艺系统工程设计技术规定 管道压力降计算：HG/T 20570.7—1995[S].

[2] 连季红，邓壮，谢鹏，等.用于带油分半封压缩机的压力维持阀：CN201010120573.X[P].2010-03-09.

[3] 曹丽君，王元春，刘发安，等.卧式油气分离器的设计计算[J].华北石油设计，2000（1）：1-4.

收稿日期：2021-08-02

作者简介：胡晓林（1985—），女，湖北人，工程师，研究方向：暖通空调制冷系统。