冷库制冷工艺论述9985.docx
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1、-=-=-=一、机机械冷库库的制冷冷原理:所所谓机械械冷库,简简单地讲讲就是以以机械方方法进行行制冷的的冷库。目目前我国国多数机机械冷库库主要是是采用蒸蒸汽压缩缩式制冷冷方式调调节库温温。制冷冷原理可可简述为为:利用用汽化温温度较低低的液态态制冷剂剂的蒸发发,吸收收贮藏环环境中的的热量,从从而使库库温下降降。通过过压缩机机将汽化化后的制制冷剂吸吸回并加加压,在在冷凝器器中制冷冷剂将吸吸收的热热量传递递给冷却却介质,使使自身温温度得以以降低、冷冷凝成液液体,然然后再进进行蒸发发吸热,如如此循环环即可实实现连续续制冷。制冷系统包括4个主要部分:压缩机、冷凝器、膨胀阀(节流阀)、蒸发器。整个制冷系统
2、由循环管路连接,构成一个密闭的回路。管路内充注制冷剂。压缩机在制冷系统中起着压缩和输送制冷剂气体的作用,即把蒸发器内产生的低压低温气体吸回,再次压缩成为高温高压气体并送入冷凝器。冷凝器用来对压缩机压入的高温高压气体进行冷却和冷凝,在一定的压力和温度下,把高温高压的气体液化成为常温高压液体。膨胀阀安装在贮液器和蒸发器之间,是系统内高压区和低压区的一个分界点,其作用是将高压液体节流膨胀,变为低压液体,它也是调节和控制制冷剂流量的关卡。在蒸发器中,节流膨胀后的低压制冷剂从库房吸收热量并蒸发为气体,使库温降低,达到制冷的目的。在整个制冷系统中,有高压区和低压区两部分,自压缩机的排气端直至膨胀阀前的工作
3、段为高压区;自膨胀阀后至压缩机吸气端的工作段为低压区;由排气压力表和吸气压力表分别近似表示这两部分的压力。压缩机在整个制冷系统中起着心脏的作用,是提供能量补偿的过程。冷凝器和蒸发器是两个热交换器,前者使高压制冷剂的气体放热,并转化为液体;后者使低压制冷剂的液体吸热,并转化为气体。制冷剂在循环往复过程中成为热能的运载工具。二、制冷机组制冷机组是将制冷系统中的部分设备或全部设备,配套组装在一起成为一个整体。制冷机组结构紧凑,占地小,使用灵活,管理方便,安装简单,其中有些机组只需连接水源和电源即可使用。常用的制冷机组有压缩冷凝机组和冷水机组。1、压缩冷凝机组。压缩冷凝机组是将压缩机,冷凝器等组装成一
4、个整体,可为各种类型的蒸发器连续供应液态制冷剂,主要适合小型制冷装置用。2、冷水机组。冷水机组是将压缩机、冷凝器、冷水用蒸发器以及自控元件等组装成一个整体,主要适合工艺中选用冷水的地方。三、制冷压缩机压缩机是蒸汽压缩式制冷装置中的重要组件,通常称作制冷主机。其功能是输送和压缩制冷剂蒸汽,它由电动机驱动进行工作。压缩机的工作好坏直接影响到制冷循环的完成程度。蒸汽压缩式制冷装置常用的压缩机有活塞式、螺杆式、离心透平式及回转式等。冷库中广泛使用的是容积式压缩机。这类压缩机是利用活塞、汽缸结构或转子的旋转,使汽缸的工作容积发生变化,将气体压缩和输出,其中就有活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机。1、活塞
5、式制冷压缩机活塞式制冷压缩机是闻世最早的一种机型,至今发展已相当完善。其工作压力范围广,能适应较宽的能量范围和不同场合。活塞式压缩机具有高速、多缸、能量可调、热效率高、适于多种制冷剂等优点;其缺点是:结构较复杂、易损件多,需检修周期短,对湿行程敏感,有脉冲振动及运行平衡性差。活塞式制冷压缩机的分类方式有多种,按封闭方式通常分为3类:(1)开启式制冷压缩机;(2)半封闭式制冷压缩机;(3)全封闭式制冷压缩机。2、螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机是一种新型的高转速制冷压缩机,它与活塞式压缩机同属于容积式压缩机。从压缩气体的原理来看,它们的共同点都是靠容积的变化而使气体被压缩的;不同点是这两类压缩机
6、实现工作容积变化的方式不同。活塞式压缩机是借助曲轴连杆机构的运动,而使汽缸的工作容积发生变化;螺杆式压缩机则是借助与轴直接连接的转子的旋转运动而使工作容积发生变化。螺杆式压压缩机没没有活塞塞式压缩缩机所需需的气缸缸,活塞塞、活塞塞环、汽汽缸套等等易损部部件,机机器结构构紧凑,体体积小,重重量轻,没没有余隙隙容积,少少量液体体进入机机内时无无液击危危险。可可利用活活阀进行行10%1000%的的无级能能量调节节,适用用范围广广,运行行平稳可可靠,需需检修周周期长,无无故障运运行时间间可达(225)104h。由于使用润滑油使机器的冷却使用和密封性能得到改善,排气温度降低,即使蒸发温度较低(-40)和
7、压缩比较高(25左右),仍然可以单级运行,即在一定范围内可以代替两级压缩循环。但是,螺杆式制冷压缩机的加工和装配要求精度较高,不适宜于变工况运行,有较大的噪音,在一般情况下,需装置消音和隔音设备,在制冷压缩时,需要喷加润滑油,因而需要油泵、油冷却器和油回收器等较多辅助设备。近年来,开发了内容积比可调螺杆压缩机,可调节范围为2.65,使螺杆压缩机的性能有了进一步改善。最近国内开发了新型半封闭螺杆机,采用5:6不对称新齿形,使容积效率大为提高。新型螺杆制冷压缩机的运转经济性、可靠性和使用寿命,已经超过了活塞式制冷压缩机。因此,在制冷装置设计选用时应予以充分的重视。四、冷凝器冷凝器属于制冷系统中的热
8、交换设备,是制冷剂向外放热的热交换器。来自压缩机的制冷剂蒸汽进入冷凝器后,将热量传递给周围介质水或空气,自身则受冷却、凝结为液体。冷凝器按其冷却介质和冷却方式,可分为水冷式、空气冷却式(也称风冷式)和蒸发式3种类型。1、水冷式冷凝器在氨制冷系统中,冷凝器绝大多数以水作为冷却介质,也就是水冷式冷凝器。根据其安装和结构不同,水冷式冷凝器又可分为立式壳管式冷凝器和卧式壳管式冷凝器两种。制冷量较大的氟利昂制冷系统,也多采用水冷式冷凝器。2、空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器是利用空气对制冷剂蒸汽进行冷却和冷凝,在冷却和冷凝过程中放出的热量被空气带走。为了使冷凝器的结构紧凑,通常由几根蛇形管并联在一起,做
9、成长方形或正方形的外形。制冷剂蒸汽从上部的分配集管进入每根蛇管中,冷凝后的液体沿蛇管下流,汇于液体集管中,然后流入贮液器内。空气在风机的作用下,从管外吹过。目前国外生产厂家已采用先进的设计和生产加工工艺,制造出内螺纹铜管和百叶式翅片制式高效冷凝器,可大大缩小制冷机组的尺寸,提高整机效率。国内生产的冷凝器绝大部分仍采用普通铜管外套翅片制作的冷凝器,效果相对较低。3、蒸发式冷凝器这是以水和空气协同冷却的一类冷凝器,在发达国家已广泛应用。其特点是耗水少,仅为其它类型水冷式冷凝器耗水量的7%10%,特别适用于缺水地区,尤其是在天气干燥时蒸发式冷凝器更加有效。在发达国家所使用的蒸发式冷凝器上,通常配备有
10、变频高速装置,以满足不同负荷时制冷要求。蒸发式冷凝器基本上由冷却塔和冷凝器组成。由于它省去了冷却水在冷凝器中的湿热传递阶段,使冷凝温度可能更接近空气的湿球温度,从而降低压缩机能耗。蒸发式冷凝器本身起到冷却塔的作用,因此不必如水冷式冷凝器另需配备冷却塔。五、蒸发器蒸发器又称冷分配设备。在蒸发器中,制冷剂液体在较低的温度下沸腾,转变为蒸汽,并吸收被冷却物体热量或介质的热量,所以蒸发器是制冷系统中吸收热量(也可看作输出冷量)的设备。蒸发器按被冷却介质的特性,可分为冷却液体载冷剂的蒸发器和直接冷却空气的蒸发器两大类。冷却空气的蒸发器又可分为冷风机和冷却排管。在果蔬保鲜机械冷库中普遍应用的是冷风机,在土
11、窖洞中加装的蒸发器也有采用冷却排管的。1、冷风机冷风机又可分为氨冷风机和氟利昂冷风机。它们都是使用风机使空气强制流动的热交换器。根据设计或使用的要求,冷风机需配套装设热气冲霜或水冲霜等冲霜系统。2、冷库排管冷库排管是一种用无缝钢管制作的排管式蒸发器。它通常装置在低温库(温度-18)和速冻间内(温度低于-23)。在低温库内常设置顶排管(有盘管式、上下管式多种)和墙排管(有立式和盘管式两种);在速冻间内除设置顶排管和墙排管外,为加强热量交换,还应配置冷风机。1.单级级制冷循循环系统统 单级制制冷机是是应用比比较广泛泛的一类类制冷机机,它可可以应用用于制冰冰、空调调、食品品冷藏及及工业生生产过程程等
12、方面面。单级级制冷循循环是指指制冷剂剂在制冷冷系统内内相继经经过压缩缩、冷凝凝、节流流、蒸发发四个过过程,便便完成了了单级制制冷机的的循环,即即达到了了制冷的的目的。 制冷系系统由蒸蒸发器、单单级压缩缩机、油油分离器器、冷凝凝器、贮贮氨器、氨氨液分离离器、节节流阀及及其它附附属设备备等组成成,相互互间通过过管子联联接成一一个封闭闭系统。其其中,蒸蒸发器是是输送冷冷量的设设备,液液态制冷冷剂蒸发发后吸收收被冷却却物体的的热量实实现制冷冷;压缩缩机是系系统的心心脏,起起着吸入入、压缩缩、输送送制冷剂剂蒸汽的的作用;油分离离器用于于沉降分分离压缩缩后的制制冷剂蒸蒸汽中的的油;冷冷凝器将将压缩机机排出
13、的的高温制制冷剂蒸蒸汽冷凝凝成为饱饱和液体体;贮氨氨器用来来贮存冷冷凝器里里冷凝的的制冷剂剂氨液,调调节冷凝凝器和蒸蒸发器之之间制冷冷剂氨液液的供需需关系;氨液分分离器是是氨重力力供液系系统中的的重要附附属设备备;节流流阀对制制冷剂起起节流降降压作用用同时控控制和调调节流入入蒸发器器中制冷冷剂液体体的流量量,并将将系统分分为高压压侧和低低压侧两两部分。 单级流程程示意图图 2.双级级制冷循循环系统统 双级制制冷循环环是在单单级制冷冷循环的的基础上上发展起起来的,其其压缩过过程分两两个阶段段进行,来来自蒸发发器的制制冷剂蒸蒸汽先进进入低压压级汽缸缸压缩到到中间压压力,经经过中间间冷却后后再进入入
14、高压级级汽缸,压压缩到冷冷凝压力力进入冷冷凝器中中。一般般蒸发温温度在-25-550时,应应采用双双级压缩缩机进行行制冷。 制冷冷系统由由蒸发器器、双级级压缩机机、油分分离器、冷冷凝器、中中间冷却却器、贮贮氨器、氨氨液分离离器、节节流阀及及其它附附属设备备等组成成,相互互间通过过管子联联接成一一个封闭闭系统。其其中,中中间冷却却器利用用少量液液态制冷冷工质在在中间压压力下汽汽化吸热热,使低低压级排排出的过过热蒸汽汽得到冷冷却,降降低高压压级的吸吸气温度度,同时时还使高高压液态态制冷工工质得到到冷却。 双级流程程示意图图 3.蒸发发式冷凝凝器运行行原理 进入冷冷凝盘管管的高温温气态制制冷剂通通过
15、盘管管壁与盘盘管外侧侧喷淋水水和空气气进行热热交换,制制冷剂气气体的温温度随着着在管内内的时间间加长而而下降,由由气态逐逐渐变成成液态。用用风机超超强风力力,使喷喷淋水充充分覆盖盖在盘管管外表面面上,从从而提高高了换热热效率。喷喷淋水和和空气吸吸收盘管管壁的热热量后温温度升高高,部分分水由液液态变成成气态,带带走管壁壁上大量量热量,湿湿热空气气中的水水份被挡挡水板截截住引入入PVCC热交换换层中,热热空气排排出。PPVC热热交换层层中的水水被流过过的新风风冷却,温温度降低低,流入入集水槽槽中,再再由水泵泵送入喷喷淋系统统中,继继续循环环。散失失到空气气中的水水份由水水位控制制装置自自动调节节补
16、充。 现状及其其前景冷库是发发展冷藏藏业的基基础设施施,也是是在低温温条件下下贮藏货货物的建建筑群。食食品保鲜鲜主要以以食品冷冷藏链为为主,将将易腐畜畜禽、水水产、果果蔬、速速冻食品品通过预预冷、加加工、贮贮存和冷冷藏运输输,有效效地保持持食品的的外观、色色泽、营营养成分分及风味味物质,达达到食品品保质保保鲜,延延长食品品保存期期的目的的,起到到调剂淡淡、旺季季市场的的需求并并减少生生产与销销售过程程中经济济损耗的的作用。以以甘肃省省为例:截至220033年已建建成千吨吨级果品品气调库库9座,千千吨以上上冷库113座,55001 0000 t冷库库35座座,10005500 t冷库库59座座,
17、5001000 tt冷库2242座座,500 t以以下冷库库1.77万座;截止到到20005年年年底仅兰兰州市就就拥有商商业冷库库经营企企业311家,库库容达55.2万万t。由由此可见见,随着着市场经经济的不不断发展展、现代代物流系系统的不不断完善善,食品品冷藏链链的产业业化发展展前景十十分广阔阔。 1 冷冷库行业业现状 1.11 国外外冷库行行业现状状 国外外冷库行行业发展展较快的的国家主主要有日日本、美美国、芬芬兰、加加拿大等等国。日日本是亚亚洲最大大的速冻冻食品生生产国,-20 以下下的低温温库在冷冷库中占占80%以上。770年代代以前国国外冷库库普遍采采用以氨氨为制冷冷剂的集集中式制制
18、冷系统统,700年代后后期逐渐渐采用以以R222为制冷冷剂的分分散式制制冷系统统1。美国国和加拿拿大占880%以以上的冷冷库都以以使用RR7177为制冷冷剂22。880年代代以来,分分散式制制冷系统统在国外外发展很很快,冷冷却设备备由冷风风机逐步步取代了了排管,贮贮藏水果果冷库中中近1/3为气气调库,在在冷库建建造方面面土建冷冷库正向向预制装装配化发发展,自自动化控控制程度度比较高高。比较较著名的的装配式式冷库的的制造商商如芬兰兰的辉乐乐冷冻集集团(HHUURRRE),其库板板HE-3由无无氟绝缘缘聚氨酯酯板和两两层镀锌锌的钢层层组成,轻轻便易拆拆卸,施施工期短短、气密密性好、空空间利用用率高
19、。 近年年来,国国外新建建的大型型果蔬贮贮藏冷库库多是果果品气调调库,如如美国使使用气调调贮藏苹苹果已占占冷藏总总数的880%;法国、意意大利也也大力发发展该项项技术,气气调贮藏藏苹果均均达到冷冷藏苹果果总数的的50%700%以上上;英国国气调库库容达222万tt。日本本、意大大利等发发达国家家已拥有有10座座世界级级的自动动化冷库库。 1.22 国内内冷库行行业现状状我国国自19955年年开始建建造第一一座贮藏藏肉制品品冷库,119688年建成成第一座座贮藏水水果冷库库,19978年年建成第第一座气气调库。119955年由开开封空分分集团有有限公司司首次引引进组合合式气调调库先进进工艺,并并
20、在山东东龙口建建造155 0000 tt气调冷冷库获得得成功,开开创了国国内大型型组装式式气调冷冷库的成成功先例例,用户户亦取得得了较好好的经济济效益。119977年又在在陕西西西安建造造了一座座10 0000 t气气调冷库库,气密密性能达达到国际际先进水水平。该该公司气气调冷库库已分布布在山东东、河南南、北京京、湖南南、新疆疆、陕西西、天津津、四川川等省市市自治区区,并获获得客户户的较好好信誉。广广东、北北京等省省市大约约先后引引进了440 座座预制装装配式冷冷藏库,总总库容约约为7.5 万万t。近近几年来来,我国国冷库建建设发展展十分迅迅速,主主要分布布在各水水果、蔬蔬菜主产产区以及及大中
21、城城市郊区区的蔬菜菜基地。据据统计,全全国现有有冷冻冷冷藏能力力已达5500 多万tt,其中中外资、中中外合资资和私营营冷库约约占500 万tt,国有有冷库4450 多万tt,分属属于内贸贸、农业业、外贸贸和轻工工系统,其其中内贸贸系统冷冷库容量量达3000 多多万t,占占全国总总量的660%以以上。我我国商业业系统拥拥有果蔬蔬贮藏库库面积达达2000多万mm2,仓仓储能力力达1330多万万t,其其中机械械冷藏库库70多多万t,普普通库为为60多多万t。 果品品蔬菜保保鲜一般般采用最最低温度度为-22 的的高温库库,水产产、肉食食类保鲜鲜采用温温度在-18以下的的低温库库3,而我我国的贮贮藏冷
22、库库大多数数为高温温库。大大型冷库库一般采采用以氨氨为制冷冷剂的集集中式制制冷系统统,冷却却设备多多为排管管,系统统复杂,实实现自动动化控制制难度大大。小型型冷库一一般采用用以氟里里昂为制制冷剂的的分散式式或集中中式制冷冷系统4。在在建造方方面以土土建冷库库偏多,自自动化控控制水平平普遍较较低。装装配式冷冷库近几几年来有有所发展展。 国内内专业生生产制冷冷设备及及建造冷冷库的厂厂家很多多,如开开封空分分集团制制冷工程程公司为为国内第第一家组组装式冷冷库生产产厂家,已已形成从从几立方方米库容容小型室室内库到到几万立立方米的的大型室室外库;从高温温库、低低温库、冻冻结库到到综合库库;从全全组装式式
23、冷库到到土建结结构内部部贴板的的混合式式冷库;从普通通冷库过过渡到的的多品种种、多规规格的气气调冷库库系列产产品。此此外大连连制冷设设备厂、天天津森罗罗科技发发展有限限责任公公司等,其其制冷设设备在冷冷库行业业领域中中所占比比重较大大,天津津森罗科科技发展展有限责责任公司司采用双双面彩钢钢聚苯乙乙烯保温温板建造造的装配配式冷库库,在国国内发展展较快。国国家农产产品保鲜鲜工程技技术研究究中心(天天津)研研制开发发的微型型节能冷冷库在国国内农村村各地已已广泛推推广。据据统计我我国生产产企业已已生产建建设大中中小型装装配库约约8000 座,室室内装配配式冷库库约2.5 万万套(座座),仅仅苏州市市2
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