冷库:无损检测

2024-10-23

冷库:无损检测（精选7篇）

冷库:无损检测篇1

1 冷库用压力容器的安全隐患和失效模式

设备在运行使用的过程当中, 虽然进行定期的检验, 但是仍然没有办法找到真正的设计技术数据还有材质等这些技术性的资料, 设备在运行时完全依照企业管理的体系和经营来运行和操作, 很难避免存在设备运行参数不能稳定控制和没有办法正常运行时的维护, 使设备老化以及失效的速度加快。

现在我国使用的冷库绝大多数都是私营和民营比较小型的企业, 并且其使用途径也包含了运输和海制品以及蔬菜还有冷饮等多个行业, 管理水平存在较大的差距。特别是初期的小型企业, 由于经济效益受到季节性因素严重的影响, 企业规模较小, 没有配套相关的技术人员, 并且对承压设备相应的法律规定也没有一个确切的了解, 这也是造成冷库用压力容器没有办法得到适当的管理以及维护的主要因素之一。

针对冷库用压力容器, 因为企业比较零散, 想要实施监督管理十分困难, 造成冷库用压力容器监督管理形成死角。许多小型的冷库用压力容器始终是从投用开始便没有检验的现象, 有些企业甚至最起码注册的流程都没有进行, 导致缺少注册的基本信息。

冷库用压力容器绝大多数是使用氨气制冷, 因为系统运行的状态没有办法确定, 而氨气这种气体拥有极强的水溶性, 如果存在泄漏的地方, 与外面的水汽相融合, 将会形成极强的碱性环境, 进而腐蚀设施的外部, 提升腐蚀的效率。针对上面所讲的因素, 维护工作不到位, 将会形成腐蚀减薄类环境, 加快压力容器失效的速度。

2 冷库用压力容器检测难点及对策

针对那些设备管理状态极差的企业, 经过初步宏观方面确定设备已经缺乏继续进行使用的条件, 并且设备本身存在极大安全方面的隐患, 应该给企业提出建议, 建议其更换新的设备。而对于设备管理状态相对较差的企业, 经过初步宏观方面的确认, 设备维护的状态良好, 还拥有继续使用的价值, 应该提议让企业加大设备管理以及制定设备管理方案的力度, 提升培训设备管理的专门的人员。

绝大多数冷库没有办法采取开罐倒液氨的方式对其进行停机检验检测, 并且还有一些容器是低温的, 在对表面的磁粉进行检测的过程中, 经过使用防冻液与水的混合物当做是磁粉的载体, 其中混合的比例, 主要是针对容器低温的程度去变化。在确保磁粉悬液可以正常流动的前提条件下, 使用分段将保冷层拆掉的方式, 分别对每一段进行检测, 结合使用A型试片, 一个一个分段验证检测的灵活程度符合要求的基础下, 一步步完成对应位置的磁粉检查。针对少部分不锈钢材料的低温容器, 在对其进行渗透检测的过程中, 应该使用对比试块的方式对其灵敏度进行验证, 并且制定科学合理的检测工艺。在检测的过程当中, 利用大照度等级或者是别的措施对检测位置部分进行均分的加热, 分段进行实现检测的方法。

针对没有办法停机进行检验的主要压力容器情况下, 应该采取内窥镜的方法配合其完成, 针对那些没有办法停机或者是不太适应使用内窥镜进行内部检验的设备, 应该使用超声波的方式对其进行检测。也可以选择适宜的探头检测里面潜在地腐蚀或者是开裂。有条件的也可以选择高频导波的检测技术对于容器里面腐蚀进行具有一定参考价值的评价和估计。

由于重点压力容器使用声发射技术可以准确检测其活动性方面存在的缺陷, 使用声发射技术手段, 使用系统自身所带的介质对其进行加压, 从而实现重点设备具有使用声发射技术检测的条件, 进而评价容器本身存在的潜在活动性的缺点。

因为有些冷库并不是一天都处于运行的状态, 针对这种冷库, 在对压力容器进行检验检测的过程当中, 应该选择冷库间歇的时候, 或者是处于停产状态时对冷库的压力容器进行必要的检验检测。

针对以上解决问题的对策并且找到恰当检测的实际, 在确保检验检测进行可靠的前提条件下, 将多种检测方式结合在一起, 对于设备初步的安全状态必须有一个准确的掌握, 然后经过后续规定期限的定期追踪和补充或者是掌控对应的参数, 来对容器进行综合的定级, 并且确定年限限定等内容, 实现不断改善容器检验种类管理资料, 给冷库用压力容器管理方面予以相关的技术支撑。

3结语

通过本文对冷库用压力容器检验检测方法的进一步阐述, 且因为前期施工建设的冷库绝大多数都有无证设计、安装以及竣工档案资料缺失、相关操作人员未持证上岗、安全管理意识较差等一系列的问题, 这也是特种设备检验工作中的难点所在。对于检验质量以及安全管理工作造成了极为严重的影响。并且由于冷库爆炸事件频发, 使冷库安全以及质量管理问题这些安全隐患暴漏出来, 促使各个地方冷库使用单位对于冷库用压力容器使用以及检验检测工作给予高度重视。因此, 希望通过本文的阐述能够给冷库用压力容器检验检测方面提供一定的帮助。

参考文献

[1]李兵, 丁敏, 康士全, 吴晓栋.冷库用压力容器的检验检测方法[J].中国特种设备安全, 2014, 03:26-27.

[2]宋明大, 赵亚凡.声发射技术在冷库压力容器在线动态检验中的应用[J].压力容器, 2013, 11:51-54.

冷库:无损检测篇2

冷库可极大地延长食品的保质期, 使各种食物摆脱季节的限制, 因此冷库在人们生活中的地位也越来越重要。在冷库中, 制冷设备是维护低温环境的核心, 制冷设备利用专业的冷却剂达到降温的效果。冷库中的制冷设备一旦发生故障, 必将引起冷库内温度升高, 使冷库中储藏的食物变质, 造成重大的经济损失。因此, 对冷库中制冷设备的故障进行实时监测, 对于冷库的可靠运行具有重要的现实意义。如何对冷库制冷设备的故障进行实时监测已成为现代仓储领域中的一个研究热点, 受到了越来越多人们的关注。

目前, 主要的冷库制冷设备故障的实时检测方法包括基于小波变换算法的冷库制冷设备实时故障检测、基于卡尔曼滤波的冷库制冷设备实时故障检测和基于神经网络的冷库制冷设备的实时故障检测。其中应用最广泛的是基于小波变换的冷库制冷设备故障实时检测方法。由于冷库制冷设备的实时故障检测在保障冷库的制冷效果方面发挥着无可替代的作用, 因此该课题拥有广阔的发展前景, 并已成为很多学者研究的重点课题。

但传统的故障检测方法具有冗余度大、运算复杂等缺陷, 仍不能满足冷库故障检测的实时性要求。针对传统方法存在的不足, 提出一种基于减法聚类的冷库制冷设备的实时故障检测方法。

1 冷库制冷设备故障介绍

在现代的冷库中, 制冷设备的核心设备是制冷压缩机, 制冷压缩机能够将氟利昂、氨等物质作为冷却剂, 通过气化作用, 利用电气控制的方法控制冷却剂的蒸发, 从而达到吸收冷库内环境热量、降低冷库内温度的目的。冷库中常见的制冷设备主要包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发管等。其中, 最常见的是压缩机故障。在现代的大型冷库中, 一套制冷设备中通常包含多个压缩机。压缩机在投入使用的过程中, 一旦发生故障, 轻则不能实现额定功率运行, 重则引起停机。由于此时冷库内环境的温度较低, 一旦冷库外部的热空气大量涌入, 将会使制冷设备发生结露, 造成更严重的设备损坏。因此, 需要对制冷设备, 尤其是冷凝机的故障进行及时检出, 保障冷库的正常使用。

2 冷库制冷设备的实时故障检测方法

2.1 故障类型的检测

为实现冷库制冷设备的实时故障检测, 需要从制冷设备的历史故障数据库中选取具有典型性的样本, 此处需要利用减法聚类算法获得。设置冷库制冷设备的故障数据样本的集合为{X1, X2, …, XN}, 其中N为故障样本数据的数目。为降低较大或较小的故障数据对故障检测带来的影响, 需要对故障样本数据进行归一化处理, 使故障数据的值限制在[0, 1]区间内。在减法聚类方法中, 冷库制冷设备故障数据样本集合中的每一个故障数据都是可能的聚类中心。对于任意故障数据点Xi, 其成为聚类中心的概率为:

其中, ;为欧式距离;ra为正数, 用来表示半径为ra的邻域。

由此可见, 假设一个故障数据点有多个相邻的故障数据点, 则该故障数据点成为聚类中心的概率就越大。邻域ra外的故障数据点对此故障数据点的影响很小。因此, Di可以描述故障数据点Xi与其他故障数据点间的欧氏距离。对样本集合中每一个故障数据的概率进行计算, 并选取数值最大的故障数据点作为第一个聚类中心。设置Y1为样本集合中的第一个聚类中心, 其概率值为D1。以此类推, 则其他故障数据点成为聚类中心的概率的计算公式为:

其中, , 且有, 表示一个半径为rb的邻域。

从式 (2) 可以看出, 故障数据点Xi成为第二个聚类中心的概率的值相对较小。若Di<0, 则该故障数据点成为聚类中心的概率几乎为0。为避免聚类中心之间的距离过近, 可以取rb=1.25ra。按照相同的方法可以选取概率值第二大的故障数据点作为第二个聚类中心。当获得第K个聚类中心时, 其他故障数据点成为第K+1个聚类中心的概率的计算方法为:

其中, Yk表示样本集合中第k个聚类中心, Dk表示该故障数据点成为聚类中心的概率。

随着故障类型的检测的迭代过程的不断进行, 当剩余的故障数据点小于某一阀值时, 即停止故障的检测。通常可将阀值设置为。

2.2 故障检测规则的获得

设置制冷设备故障类型的数目为5类。通过上一节能够获得一系列故障数据的聚类中心, 通过这些故障数据的聚类中心能够产生用于检测故障的规则。假设故障数据的聚类中心为Ck, 其对应的故障类型为c1, 则获得的此类型故障检测的规则为:

其中, , n为输入故障数据的维度, yk为对应的故障规则, ak为一个常数。

此故障类型检测规则触发强度为:

其中, 为检测半径。

于是, 上述故障类型的检测规则能够改写成:

其中, xij为第j个故障数据的特征, Akj为第K条故障检测规则的第j个故障数据特征的隶属度函数, 本文中的隶属度函数为高斯函数, 其表达式为:

其中, ckj是聚类中心Ck第j个故障数据, σkj为检测范围, μk为故障检测规则的触发强度。

按照同样的方法, 对于其他的聚类中心, 也能够获得相应的故障检测规则。利用这些故障检测规则能够构建冷库制冷设备的故障检测的规则库, 并由此获得冷库制冷设备的故障分类器, 其表达式为:

其中, yk为第K条故障类型的检测规则, N为故障检测规则的总数目。

2.3 冷库制冷设备故障的实时检测的实现

通过上述方法, 能够得到一系列的制冷设备故障检测规则。为实现冷库制冷设备故障的实时性检测, 还需对故障检测规则中的相关参数进行优化。此处, 采用BP算法对ak、σkj、cki三个参数进行优化, 以提高冷库制冷设备故障分类的精度。

对于故障数据点Xi, 假设其故障类型为c1, 则故障分类器的理想输出值为1, 否则为0。冷库制冷设备的故障类型c1类型的误差由两部分构成, 第一部分ei1的表达式为:

其中, 为检测结果为c1故障类型的故障规则最大触发强度, μc1→max为检测结果不为c1故障类型的故障规则最大触发强度。由此可见, 若某条故障检测规则能够正确检测出故障类型且该规则的触发强度为1, 则其他故障检测规则不能对该故障的类型进行检测, 且规则的触发强度为0, 故障类型的检测误差ei1为0。

第二部分ei2的表达式为:

其中, y为检测结果。同样, 从式 (8) 可知, 只有当故障检测结果为1时, 其检测误差ei2为0。

而对于全部故障数据的训练样本, 训练误差的计算公式为:

其中, nc为样本数目。

根据BP算法, 参数ak、σkj, cki三个参数可以利用公式进行优化:

冷却制冷设备故障实时性检测的具体过程为: (1) 利用减法聚类算法对样本故障数据进行聚类, 获得故障类型的聚类中心; (2) 利用一些列故障类型的聚类中心构建故障检测规则; (3) 利用故障检测规则构建一系列故障类型的分类器; (4) 利用BP算法对故障分类器中的相关参数进行优化; (5) 利用优化后的故障检测系统对冷库制冷设备进行故障检测。

3 结束语

冷库制冷设备故障的实时性检测方法对于维护冷库的正常运行十分重要。在进行冷库制冷设备故障检测时, 维修人员还要结合自己的知识和经验, 从而保证冷库制冷设备的正常运转。

摘要：为提高冷库制冷设备故障检测效率, 提出一种基于减法聚类的冷库制冷设备的实时故障检测方法, 以保证冷库制冷设备的正常运行。

关键词：冷库,制冷设备,故障检测

参考文献

[1]孙试超.冷库制冷设备维修问题探讨[J].魅力中国, 2014, (16) :380.

冷库:无损检测篇3

宝骊“KOOL系列”具备了很多更加专业的性能和设计:

1. 细节考虑:更贴心

更细致的呵护———护顶架增加前防护网, 挡货架加高且安装防护网, 全面保护操作平台和驾驶员安全。

沿用KB系列的经典设计, 如储物槽、可调整座椅、可调节方向盘等, 充分考虑冷库内作业人员的厚重服装, 驾驶体验更加舒适。

铁质电瓶箱盖板, 有效防砸, 耐损耐用。

2. 冷库保护:更专业

电气接插件、电器、仪表、开关等都经过特殊防水处理, 防止水汽灰尘进入, 确保冷库内作业的安全性和高效性。

原装进口SME电机和电控, 严密的防水保护, 使用寿命更长。

全封闭的驾驶室进一步提升冷库内操作的舒适性。

3.三剑齐发:更高效

冷库:无损检测篇4

随着生活水平的不断提高,人们对食品质量要求也越来越高,对易腐食品要求从其生产、加工、贮藏、运输、销售,直至消费者手中一直要处于冷藏链环节中,以保证食品维持其原有色、香、味,满足人们的需要和食品品质。食品冷藏链中冷库是重要环节之一,在我国冷藏链也是依托食品的冷加工和冷库的储藏逐步发展而完善起来的。

2 社会背景

“十一五”期间,我国社会和经济发展的结构发了新的变化。2006年8月,国家发改委等九部门联合印发了我国物流业发展的指导性文件——《关于促进我国现代物流业发展的意见》。“青岛全国现代物流工作会议”则是该文件下达后,全国物流工作部际联席会议首次物流工作会议。会议明确了我国“十一五”期间现代物流业发展的目标是:到2010年基本建立快捷、高效、安全、方便并具有国际竞争力的现代物流服务体系,大幅度提高物流的社会化、专业化和现代化水平;全社会物流总费用与GDP的比率,在2005年21.3%的基础上下降2%~3%。

2010年中共中央、国务院《关于加大统筹城乡发展力度、进一步夯实农业农村发展基础的若干意见》明确提出:“把发展现代农业作为转变经济发展方式的重大任务。”文件在提出提高现代农业装备水平,促进农业发展方式转变的问题中明确地讲到“统筹制定全国农产品批发市场布局规划,支持重点农产品批发市场建设和升级改造,落实农产品批发市场用地等扶持政策,发展农产品大市场大流通。”文件中还明确要求“加大力度建设粮棉油糖等大宗农产品仓储设施,完善鲜活农产品冷链物流体系,支持大型涉农企业投资建设农产品物流设施。”

上述文件的下发,使国家在政策上对于物流产业,尤其是对冷链物流业方面倾斜的又一具体表现,这对于物流业及冷链物流业的快速发展无疑具有巨大的推动作用。

3 冷库发展现状

国内冷库容量增长速度也很快,已由2002年底的7Mt增至2007年底9Mt左右,但和世界上先进国家相比差距还是很大的。按2003年美日统计资料显示,按人均占有冷库容积相比较,美国是中国10.3倍,日本是中国的15.73倍。至2009年年末,上海市常住人口总数为1921.32万人,其中户籍常住人口1379.39万人。按人均占有冷库容积不到100L/人,是全国人均占有冷库容积29L的3.4倍,位居全国之首,更远远高于发展中国家8L/人的水平。

国内冷库平均耗电量要比英国、日本高出26%和46%。因此节能减排应是冷藏企业的首要课题。只有人们观念改变了,使企业装备设置和管理更先进,才能节能减排,降低企业的运行成本,在市场中提高竞争力,走可持续发展的道路。

4 冷库最新设计技术

本文探讨研究的冷库采用了国际上领先的第三代冷库的设计理念和技术(见图1),建成后将成为国内最先进的单体冷库。

4.1 领先的设计理念

采用国际上领先的第三代冷库设计理念——单层冷库、大容量库体、全自动堆垛、无人员进出冷库等先进冷链物流技术。项目采用双通道立体货架配合自动堆垛机,在仓库内实现了大容量的库存容积,在实现运营所需库容的前提下极大节约了土地的使用。

国内冷库多为多层冷库,这种冷库为复式型冷库,通常建造为3~6层,层高4~6m。此种冷库多数为砖与钢筋混凝土结构。内部用矮层托盘式货架或直接用托盘储存货物,有时候也用直接码放的方法储存。楼层间以货运电梯和楼梯连接。在同一位置,多层冷库群在国内很常见,多为4~8层单体冷库组合排列而成。多层冷库的货物搬运流通效率低,这直接受到货运电梯工作效率的影响。在多层冷库中,货物码放高度受楼层限制,货物总重量受楼层承载力限制,容积率相对低。多层冷库建筑自重高,大大增加了地基的工程量,增大了投资、施工难度和施工时间。

单层冷库为单体单层,通常用钢结构建造,搭配钢筋混凝土和保温板,因此施工简单,安装速度快。项目层高大于17m,内部用高层托盘式货架储存货物(见图2)。在单层冷库中货物从码头到达存放点只需很短的距离,而且是水平移动,配合自动化系统,较容易实现机械化、自动化和人工智能控制系统,货物搬运可以实现零停顿。楼层高度大,最大限度地提高单位面积的储存容量,充分发挥地面承载能力,最大限度地提高单位面积存储容量,提高占地面积利用系数。另外,单体钢结构能有效地控制过度设计,减少材料,方便施工和设备安装,同时运用预置建筑,实现施工时间最少化,降低成本。

4.2 超长聚氨酯冷库外墙板

在单层低温冷库,采用既是保温材料又是建筑外围护结构的新型建筑形式(单层外包式冷库)。由于冷库外围护结构应避免有断缝的产生,必须使用超长的外墙板(见图3),创造了国内最大单板制造和安装的记录,单板长度超过20m,同时其厚度也达到了180mm。

4.3 高密度高强度聚氨酯保温垫块

国内首次采用技术进行结构断冷桥,既起到保温隔热作用,又能承担主体钢结构的荷载(见图4)。

4.4 低充注量氨制冷系统

制冷系统形式拟采用直接和重力供液方式,取代传统系统的氨泵供液方式,使循环桶的储氨量大为减少,无氨泵的动力消耗,系统更简化,节省初投资和运行费用。整个系统的注氨量约为5t,而同样规模的国内常规冷库的注氨量约为20t,故只有国内同等规模冷库制冷量的1/4。由于氨是易爆的挥发气体,低注氨量大大降低系统的危险性。同时,根据京都议定书和蒙特利尔公约,氨作为环保冷媒,具有相比氟利昂等其他传统冷媒对臭氧层的破坏更小的优势,ODP和GWP的指标均为1,可以视为对环境没有破坏。

4.5 余热回收技术

压缩机在运转中,需喷氨液对油进行冷却,而冷却冷凝后氨液能经节流膨胀进入蒸发器制冷,另一方面,为防止冷库地坪下的地下水结冰冻鼓地坪而引起建筑结构损坏,需对地坪加热。因此利用压缩运转中产生的热油加热地坪是一举二得的好方法,而地坪加热管的布置在我国大型冷库中首次使用。

4.6 自动运行系统

美国、西欧一些国家冷库制冷系统运行基本都是自动化,压缩机房无需人值班管理,制冷系统中压缩机群能量调节、冷凝器的风机水泵运转、库内冷风机的阀门和风机运转等各顶参数均可按设定程序自动运行。国外冷库节能减排比中国先进,关键在于此举。本项目中冷库制冷机系统采用无人值守的自动运行系统,整个系统由设备工程师通过电脑远程控制。

5 上海临港物流园区普菲斯冷库简介

上海临港国际物流发展有限公司物流园区普菲斯冷库项目,位于上海临港新城仓储转运物流园区C1201地块内(见图5),由上海临港国际物流发展有限公司投资建设,上海市机电设计研究院有限公司负责设计。冷库建成后将出租给普菲斯亿达公司(简称PFS亿达)使用。冷库项目的主要技术参数及主要制冷及工艺要求由美方提供,并按照美国PFS公司已建成的冷库项目为蓝本建设。

普菲斯冷库为1幢由冷间、卸货区(穿堂)、办公区、设备区组成的单层建筑物(办公区3层、设备区2层),总建筑面积25750m2(其中冷间建筑面积为19390m2)。在冷库中采用货架式仓储,设8层货架,建筑物高度为21.2m(见图6、图7)。根据仓储转运的工艺要求,冷库储藏货物为水产品、肉类制品,单层冷库为中转仓库,储存物品的火灾危险等级为丙类2项,建筑耐火等级为二级,结构类型为钢结构。冷间设计室温-20℃,卸货区设计室温5℃。

普菲斯冷库屋面采用檩板结构,镀铝锌彩色压型钢板,上设3层75mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫保温板,0.4mm厚聚乙烯薄膜隔汽层,上覆1.5mm厚TPO防水卷材(机械连接)。外墙采用180mm厚聚氨酸脂金属夹芯板。防火墙为200mm厚结构岩棉金属夹芯板。地面构造为钢筋混凝土底板,PE膜1层,2层100mm厚挤塑聚苯乙烯泡沫板,PE膜1层,250mm厚C30混凝土,随捣随抹光,干撒矿物耐磨骨料。

6 总结

伴随中国东部沿海地区的快速发展和快速道路交通网的升级,物流服务供应商和食品生产加工企业更加看重冷链物流的效率和食品的卫生。因此,单层冷藏库凭借它的高装载量,自动化系统和快速高效率的货物流动能力,更加适合在这样的地区发展。

由于目前第三代单层冷藏库的技术仍由国外掌握,若由国外提供设计或技术服务,不仅代价昂贵,而且不利于我国冷藏库技术的发展。通过该科研项目,自主研发符合中国国情的冷藏库技术,可以大大降低对国外技术的依赖性,从而提高了冷藏库技术的市场竞争力,也为工程质量提供了保障。同时,对我国现有的老式冷藏库节能减排的改造,提供技术保障。

摘要：对国际上超大型立体物流冷库最新技术进行了探讨,同时介绍了采用最新技术设计并建造的上海临港物流园区普菲斯冷库的使用案例。

冷库制冷系统安全分析篇5

冷库作为冷链物流发展的核心基础设施和保障食品低温流通的中枢,是冷链物流建设的重点内容。目前我国冷库的总容量为700多万m3,每年全国对冷库的需求量正在以30% 的速度增长,预计到2017年,我国冷库的容量增加至1. 4亿m3,未来几年冷库建设仍处于蓬勃发展时期。但随着近年来我国冷库事故的频频发生,见表1,“血”的教训唤起了人们对冷库安全的高度重视,冷库的安全研究成为了保障冷链物流健康发展的首要任务之一。

本文从安全角度对冷库中制冷剂选择进行分析,同时针对目前我国冷库中广泛应用的集中式氨制冷系统,总结减少氨制冷剂充注量的方法和措施,并给出了减少氨使用量的不同制冷系统,以提高其安全性能,为旧冷库的改造、新冷库的建设提供参考,为促进提高我国冷链物流安全体系发展提供理论依据。

1 冷库制冷剂的选择及安全性分析

制冷剂是制冷系统的“血液”,其可燃性、毒性等安全指标直接影响到冷库制冷系统的安全性。因此,本文基于冷库中制冷剂的应用现状及发展趋势,对NH3( 氨) 、R22和CO2制冷剂进行安全分析,其性能见表2。

1. 1 冷库制冷系统常用制冷剂

目前,我国冷库系统中最常用的制冷剂有NH3和R22。其中80% 的冷库以氨为制冷剂,20% 的冷库( 大部分是中、小型冷库) 采用R22制冷剂[1]。但近年来一起起氨泄露产生的事故影响,造成一些人“谈氨色变”,很多企业的冷库投标工程也放弃了氨制冷剂的选择而转向R22。但R22属于HCFCs系列,对臭氧层有破坏作用,是《维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》中规定要逐步淘汰的制冷剂。并且在2007年9月,《蒙特利尔议定书》第19次缔约方会议通过了加速淘汰HCFCs的调整方案,方案规定发达国家2010年削减75% ,2015年削减90% ,2020 ~2030年允许保留0. 5% ; 发展中国家2015年要完成削减基线水平10% 的任务,2020年削减35% ,2020年削减67. 5% ,到2030 ~ 2040年也仅允许保留2. 5% 的维修用量[2]。由此可见,我国减少HCFCs的使用也近在咫尺,R22不适合作为我国冷库发展的长久选择[3]。

虽然氨与其他制冷剂相比安全性能较低,但它属于自然工质,具有优良的物性和良好的运行特性( 见表2) ,距今已有百年历史,且其毒性、易燃可爆性也可通过技术手段来降低甚至消除。如氨系统中一般装设有氨气检测报警系统用以检测氨泄露问题; 机房内设置有安全标示和安全通道、紧急泄氨器、水喷淋装置、防爆风机等安全保护装置[4]。因此,氨制冷剂仍然是国内外冷库中冷制剂的主流[5]。

CO2制冷剂早在19世纪90年代开始应用于冷链系统,但由于当时技术不成熟,制冷能力较低,机械制造能力达不到要求,缺乏安全意识等因素,CO2制冷技术自1931年CFCs制冷剂产生后发展非常缓慢[6],直到1989年前国际制冷学会主席挪威的G.Lorentzen设计了跨临界二氧化碳循环系统,提倡并推广CO2制冷系统后[7],CO2制冷剂又重新成为了近期研究的热点。目前CO2技术在欧盟各国市场发展迅速。我国一些企业及科研机构也在积极研究该项目,并在一些食品、物流企业开始实施,系统均运行可靠。

1. 2 制冷剂安全性分析

1. 2. 1 NH3制冷剂

NH3制冷剂的OEL值最小,LFL值和HOC值最高,且Std 34 safety group等级为B2,说明氨的综合危险性最高,它具有较强的毒性、可燃性和易爆性。毒性对人体的伤害见图1所示[12],该图用于有毒物质排放情景模拟,图的左边线对应于由易感人群( 老年人,体弱者和小孩) 可忍耐的最大浓度,在该浓度范围内,人体健康不受损伤; 右边的两条线是指对易感人群造成死亡影响的不同风险值; 图中心较短的线条是指技术人员从事工作活动时的风险范围; 一旦浓度超出了图中所示的线,会对人身健康产生影响。氨的可燃性和易爆性,当氨蒸气在空气中容积浓度达到11% ~ 14% 时,即可点燃,当浓度达到16% 一25% 时,遇明火爆炸。除此之外,当系统泄露时,飞溅到人体的液氨会对人体产生冻伤。鉴于此,国外很多国家对氨制冷剂的使用做了相关的安全规范,如表3所示[3]。我国《重大危险源辨识》: GB18218 - 2000中规定氨的临界量为40 t,而在《危险化学品重大危险源辨识》: GB18218 - 2009中重新规定了有毒气体氨的临界量为10 t,严格控制了氨的充注量。

1. 2. 2 CO2制冷剂

CO2无毒,不可燃,对臭氧层无影响,温室效应也较小。但通过物性参数和运行参数分析,CO2吸排气压差非常大,而压比相对较小,且临界温度接近于环境温度,这样会造成CO2的运行工况比其他制冷剂更接近于临界点,使得系统运行压力较高,是一般普通制冷剂的5 ~ 10倍[14],这样会对设备、管道及阀件等的承压能力要求较高,对安全性能产生一定影响; 虽然CO2视为无毒、环保气体,但当特定空间内CO2体积浓度达到2% ~ 3% 时,会造成人的呼吸率增加,浓度达至4% 便会影响人体的健康和生命[15],浓度达到10% 便会致人死亡[16],在应用中,空间内最大允许的体积浓度一般设定为5%[17]; 由于CO2属于酸性气体,当泄露于空气中时容易产生酸雨。

注: OEL———指对于受过训练的人员在工作过程中可能暴露于制冷剂的慢性( 长期、反复暴露) 毒性; LFL———指最低可燃极限( 以空气中的体积浓度表示) ; std 34safety group———是基于安全阈值和时间加权平均值( TLV - TWA) 、最低可燃极限( LFL) 、燃烧热( HOC) 等数据确定等级,其中字母A和B表示相对毒性,数字( 1,2或3) 表示相对可燃性; ODP———臭氧损耗潜能值( 半经验值) ; GWP———全球温室效应潜能值( 累计时间基准100年) ; COP———制冷剂的能效比; pe———蒸发压力; pC———冷凝压力; Πi———压力比; Vi———体积比; △p———压差。

但Man - Hoe Kima,Jostein Pettersen[14]等学者通过研究提出,CO2三相点的压力为0. 52 MPa,在大气环境下,系统泄露CO2会结成干冰固体,不会出现冻伤现象,且CO2制冷系统采用的设备及元器件制造是基于运行负荷、使用寿命、材料的结构和处理工艺等理论为基础,可以达到安全标准,国外一些企业已经生产出了配套的压缩机和零部件,因此CO2的危险系数可以控制。

1. 2. 3 R22 制冷剂

R22与其他两种制冷剂相比其安全性能最高,但它产生的温室效应最大,对大气臭氧层有破坏作用,对环境造成的影响是无法弥补的。目前还无法通过技术手段来解决。因此,目前R22仅作为过渡制冷剂应用于中小型冷库制冷系统中。

由此可见,NH3仍然是冷库制冷剂的主流,R22仅作为过渡且不适用于大系统,CO2有发展潜力。

2 冷库制冷系统安全性分析

制冷剂充注量的多少主要取决于制冷系统。目前我国冷库以大中型氨系统居多,主要采用的是集中式氨泵强制供液制冷系统,因此,下文以集中式氨制冷系统为基础,分析提高冷库制冷系统安全性的方法和措施。

2. 1 集中式氨制冷系统

集中式氨制冷系统是指将制冷装置的主要机器、设备集中安装于特定的机房内,通过气、液调节站,回气、供液管道将各库房的冷却设备连接起来。该系统一般应用于大型冷库系统中,其系统如图2所示。这种系统供冷量大,且供冷均匀,但设备多、系统复杂,制冷剂充注量大,管道长,管道阻力大,自动控制化程度低[18]。因此,系统泄漏率较高,危险性较大。

2. 2 集中式氨制冷系统的安全性措施

要提高集中式制冷系统安全性,可通过简化系统、管路以降低泄露概率,优化系统、设备来减少制冷剂充注量,提高系统自动化程度降低人为因素发生的事故率。如库内蒸发器选用高效变片距不锈钢盘管冷风机代替光排管,在相同冷量下制冷剂充注量只占传统光滑排管注氨量的5% ,减少95% 注氨量[1]; 采用冷风机取消高压贮液桶,中间冷却器与高压级循环桶合并,取消排液桶,减少压缩机台数,尽量缩短管道长度等措施,在简化系统的同时,可减少氨的充注量[19]。但这些方法对系统安全性的提高是有限的。

2. 3 减少氨充注量的制冷系统

2. 3. 1 分散式直接膨胀制冷系统

分散式制冷系统是指将压缩机、冷凝器、节流装置等设备组装为一体,通过管路直接与库房内的冷却设备进行连接。这种分散式系统不需要机房,布置灵活,其系统如图3所示。这种系统通常采用直接膨胀式,具有系统简单、设备少、管路短、制冷剂充注量少、自动化程度高、安全性能好等优点。但制冷量较小,适合应用于小型冷库系统。这种制冷系统目前主要是采用R22作为制冷剂,但随着螺杆式氨压缩机的出现,板式换热器、干式蒸发器的使用,氨膨胀阀及与氨互溶的润滑油的研制成功,使得氨制冷系统中小型化成为可能。据研究表明,采用干式蒸发器取代传统的满液式蒸发器可减少氨充注量90% ~ 95%[20]。为了增大分散式冷库的制冷能力,该分散式直接膨胀氨制冷系统可采用多机头并联机组,它秉承了分散式系统的优点,同时兼备了集中式系统的长处,具有很好的应用前景。

2. 3. 2 二次回路载冷系统

二次回路载冷系统是由主回路氨制冷剂循环系统和载冷剂循环系统两个独立子系统组成,载冷剂可以采用乙二醇水溶液、盐水溶液、氨等。CO2载冷系统如图4示,该系统与盐水溶液、乙二醇水溶液等常规载冷系统相比,具有明显的节能优势( 如图5示) ; 与直接冷却式制冷系统相比较,系统设计简单,缩短了制冷剂系统的循环管路,减少了制冷剂的充注量和泄漏率。Delventura对超市制冷系统采用二次回路系统与传统直接蒸发制冷系统进行比较,其结果见表4所示[21],二次回路中制冷剂侧的充注量仅是直接膨胀式制冷剂充注量的10% ,制冷剂排放量仅是直接膨胀系统的1 /6。可见安全性能获得了显著提高。

2. 3. 3 CO2/ NH3复叠式制冷系统

CO2/ NH3复叠式制冷系统是由两个独立的制冷系统组成,其系统如图6示。NH3制冷剂应用于高压端,可避免低温( - 50℃) 下,系统产生负压而使空气渗入带来的一系列问题; CO2应用于低压端,避免冷凝压力超临界,起到了扬长避短的功效。如图7示,CO2/ NH3复叠制冷系统与NH3直冷系统在相同冷量下的压缩机功耗图[23],随着温度的降低,CO2/ NH3复叠式制冷循环系统机组的功耗越来越接近于直冷式机组的功耗,当温度低于 - 34℃时,CO2/ NH3机组功耗逐渐低于直冷式。

因此,CO2/ NH3复叠系统不仅具有二次回路的优点,同时低温下更节能,更安全。如某工况: CO2的蒸发温度为 - 42℃,冷凝温度 - 11℃,CO2充注量2 500 kg,NH3的充注量240 kg; CO2回路配备两台往复式压缩机,制冷量分别为210 k W和140 k W,循环贮液器4. 745 m3,采用壳管式冷凝—蒸发器; 将该系统与相应的两级压缩式NH3/ NH3系统进行安全性能分析,其结果见表5所示[23]。

3 结论

通过前述对冷库制冷剂和制冷系统的综合分析,可得到以下结论:

( 1) 冷库中制冷剂: NH3仍然是主流,R22仅作为过渡且不适用于大系统,CO2有发展潜力;

( 2) 集中式氨制冷系统: 简化系统、减少充注量、加强泄漏检测,可提高系统安全性;

小型冷库化霜回路的改造篇6

电加热化霜是冷库化霜方式之一, 是在翅片式蒸发器、接水盘中接入电加热管, 加热时电热管向蒸发器传热, 蒸发盘管和翅片上的霜一部分溶化, 一部分没完全溶化落人接水盘, 由接水盘里电加热管来加热溶化, 然后经由排水管排掉。为尽快把霜化掉, 电加热管功率不能选得太小, 通常在几千瓦。然而, 接触过多家小型冷库, 打开冷冻室看时, 发现蒸发器下面有一座“冰山”。这个问题的症结在于排水管温度过低, 产生了温度死角。结冰量较大时, 未能及时融化的冰阻塞排水管道, 或冰水温度过低, 排水管在冷库内长度过长, 水重新结冰, 堵塞排水管[1]。化掉的水不能经由排水管流出, 溢出接水盘被冻结, 久而久之就形成了“冰山”。

1 具体案例

一小型冷库, 容积为20 m3 (5 m×2 m×2 m) 。装有2台泰州产雪梅牌冷冻制冷机, 制冷量为4 500W, 冷媒为F22。两个相同机组同时运行, 利用上海精创电器制造有限公司生产的精创牌MTC-2120控温器控制运转和停止。采用电热管化霜, 原电热管功率是1 200 W。冷库长期运行, 无专人监管, 蒸发器下面出现了一座冰山。

2 案例分析

该冷库为一小型冷库, 设备比较陈旧, 除冰山问题外其它一切正常, 所以无需花费大成本对其进行升级改造。既然问题的症结集中在集水槽和排水管这一部分, 只需对这一部分稍加改造即可。

3 改造思路与改造要求

改造思路受太阳能热水器启发。在安装太阳能热水器时, 为了防止冬天给热水器供水的水管被冻, 在供水管和回水管的保温套里加附有一根发热导线。

要解决小型冷库冰山问题, 若采用太阳能这套方法, 需满足三个要求:a) 发热原件温度不能过高, 因为排水管是塑料的;b) 发热元件要容易被加工, 因为集水槽出口、塑料管还有穿墙管不是一条直线;c) 发热元件要不怕水不怕潮, 因为化霜时发热元件浸在水里。

另外, 根据物理学知识, 同一种介质, 如果想要提高整体温度, 提高热源导热面积比提高热源温度要有效得多, 所以可以考虑扩大加热面积。

4 改造材料

鉴于改造思路与改造要求, 考虑用电伴热带。

4.1 电伴热及电伴热产品

电伴热, 是通过伴热媒体散发一定热量, 通过直接或间接的热交换补充被伴热管道损失, 以达到升温、保温或防冻的正常工作要求。

电伴热产品一般分为自限温 (自控温) 电热带、并联式电热带、串联式电热带、高温电伴热带、硅橡胶电热带、MI加热电缆。其中, 自限温电热带是导电聚合物, 具有很高正温度系数特性, 且互相并联, 能随被加热体系温度变化自动调节输出功率, 自动限制加热温度, 可以任意截短或在一定范围内接长使用, 并允许多次交叉重叠而无高温热点及烧毁之虑。这些特点使自控热线适合于管道、设备及容器的保温、伴热、控温、加热。

4.2 自限温电热带的组成机构

自限温电热带外形扁平, 便于与管道接触。一般是由导电塑料与母线挤压而成, 外部覆盖绝缘层、屏蔽层和防腐层 (见图1) [2]。

4.3 工作原理

自限温电热带的核心发热元件是具有正温度系数 (PTC) 特性的高分子自控导电塑料, 其有塑料加导电碳粒构成, 给平行母线通电后, 当伴热线周围温度变冷时, 导电塑料产生微分子收缩而使碳粒连接形成电路, 电流流经电路, 使伴热线发热;当温度升高时, 导电塑料产生微分子膨胀, 碳粒逐渐分开, 引起电路中断, 电阻上升, 伴热线就会自动减少功率输出。

5 改造过程

5.1 电伴热带选择

选用了市场上销售的华阳牌太阳能热水器专用自控温电伴热带, 型号为TBR-25 W-8.5 mm/70℃ (由芜湖市科阳电热材料责任公司生产) 。

材料分析:a) 外型。它是软的, 人力很容易使其变形, 符合安装场地不规则的要求;b) 温度合适。最高温度为70℃, 既不会致使化掉的霜再次结冰, 也不会把排水塑料管烧坏;c) 厂家因为这种产品是和水管在一起捆绑, 所以充分考虑到了其防水性能, 带电导线都用超强塑料包裹, 非常适合带水的潮湿场所;d) 冷状态电功率为25 W, 若使用10 m, 消耗功率为250 W, 远小于原电热管功率1 200 W。

功能性试验:a) 绝缘试验。用一盆水把电线浸在水里, 用500 V兆欧表遥测导线和水之间的电阻, 阻值为“∞”证明这种电热带安全, 可以在潮湿地方使用;b) 功率试验。截一根2 m长的电热带, 2个电极, 一个用导线直接接220 V电源的零线, 另一个接一个最大量程为10 A数字电流表的一端。电流表另一端接220 V火线。换句话说在电热带电流里串接一块最大量程为10 A的电流表, 测试环境温度为24℃, 测试结果为瞬间电流220 m A、1 min后170 m A、3 min为165 m A、5 min为157 m A、10 min为140 m A。根据电功率定律:电功率=电流×电压, 可得出电热带冷状态电功率为25 W, 电热带温度迅速提高。电功率在急剧减少不到1 min达到额定温度后, 维持温度的电功率为15 W;c) 极端试验。把电热带泡在超过70℃的水里试验, 它的电流会减少一点但不会为零。

5.2 电伴热带安装

先把集水槽从蒸发器下面拆下来, 拆除原来的电热管, 将电伴热带盘几圈后安置在集水槽内, 固定方案有以下几种:

方案一:用电钻钻眼固定。但由于集水槽是盛水的, 如果钻眼, 化霜后的冷凝水会从该固定孔里漏出来。所以此方案不可取。

方案二:用胶粘合。这种电热带虽然比较软, 但是也有一定的弹性, 胶也无法瞬间凝固, 所以不好操作, 试过几次后最终宣告失败。

方案三:借助铁丝网固定。用直径2.5 mm铁丝编成网孔5 cm×5 cm的铁丝网, 剪裁成集水槽大小, 把电热带多绕几匝后, 用尼龙搭扣固定在剪好的铁丝网上, 放置在集水槽底部。电热带一头接220 V电源, 另一头长度预留充足, 一直从集水槽穿到排水管末端。把穿排水管的电热带断头用防水绝缘胶带封死, 防止漏电。再把集水槽装到蒸发器下边。

改造前、改造后的示意图对比如图2、图3所示。

6 总结

1 a后, 再次回访这家冷库, 再无“冰山”形成。

6.1 应用推广

针对采用电热化霜的小型冷库, 蒸发器下方集水槽、排水管道均可采用铺设电热伴带的技术, 优势在于替用户省钱并解决使用苦恼。

以原电热管功率1 200 W计算, 现用电热带25W/m×7 m=175 W, 基本上是原耗能的1/7。10 h化霜1次, 原电热管用电量为2.88 k W·h/d, 电热带用电量0.42 k W·h/d, 节电2.46 k W·h/d, 每年能为国家节约电量约900 k W·h。按1元/ (k W·h) 算, 每年将节约约900元。这样既带来了社会效益也带来了经济效益。

这一案例改造成本不足60元 (加热线7 m, 6元/m, 算上铁丝网、尼龙搭扣价钱) , 实现了改造成本最低化。

6.2 不足与展望

此次只是把电伴热带应用在接水盘里, 蒸发器翅片化霜依然采用电热管。如果也用电伴热带换掉且穿在原电热管位置, 担心加热带没有电热管的温度高, 化霜会不彻底。如果增加面积就要把电热带捆在蒸发器翅片外面, 又担心会增加风扇阻力, 影响制冷效果。如果有技术人员通过实验证明电热带绕在翅片外面不影响制冷效果, 或在制造蒸发器时留出70℃电热带能全部化霜的足够位置, 化霜节能效果又会增加2/3, 这无疑是完美的。

7 结语

电伴热带作为管线、容器等的伴热产品被广泛使用。针对小型冷库化霜缺陷———“冰山”现象, 在“不影响其功能, 低成本最小变动”的原则下, 巧妙地将电伴热带应用于小型冷库化霜回路, 既化解了冰山, 又节约了能源。就一具体案例将整个改造过程呈现出来, 供相关人员参考。

参考文献

[1]杨铭.冷藏库融霜水的排放[J].中国建设信息, 2002 (15) :63.

冷库冷凝热回收系统的研究篇7

据统计和推算,我国现有2万座冷库,全国的公用型冷库共计2637.09万t,折合7127.27万m3,但人均冷库量0.056m3与美国人均库容量0.365m3和日本人均库容量0.233m3的差距仍十分明显,冷链发展仍处在较低水平,且地域发展不平衡。随着新的制冷及节能技术、新设备的广泛应用,冷库地理位置优化以及大容量冷库需求旺盛,未来我国冷链物流基础设施建设将以智能型、信息化、标准化、节能环保、现代化,以及自动化、立体式冷库为发展趋势。

在新型城镇化推动下,冷链食品迎来10a以上的黄金增长期。目前,我国城镇化和人均收入已经达到发达国家冷链食品爆发的条件。在新型城镇化和食品消费升级的双向拉动下,预计2012~2025年冷链食品需求将从2.0亿t增长到4.5亿t,年复合增速18.8%,其中2012~2015年增速30.8%,2015~2025年增速15.4%。

从冷库的发展趋势来看,急速增长的冷库容量,必然需要消耗大量的能源,如何提高冷库的制冷效率,实现冷库的高效运行,在未来冷库的发展过程中应受到足够的重视。长期以来,冷库为人们提供了冷冻和冷藏物质的储藏环境,消耗电能的同时又产生了无谓的排放。冷库在工作过程中产生的大量的冷凝热大多排放到大气中,未加以有效利用,白白浪费掉。同时,冷冻或冷藏品在销售给用户之前,需要解冻,解冻的过程需要消耗电能或其他能源;另外,冷库办公驻地在冬季需要采暖,采暖额外需要消耗能源。可见,冷库一方面存在有大量的低品位热能浪费掉;另一方面,冷库在运行过程中的其他环节又需要这样的热能。针对冷库的运行现状及现有技术,文中研究了冷库冷凝热回收系统。

1 冷库冷凝热回收机理

1.1 冷库制冷原理

所谓的冷库制冷就是用人工制造低温的方法和手段,使冷藏库达到并保持所需的比环境温度低的低温。其实质就是通过消耗外部机械功或其他能量为代价把低温对象的热量转移到温度较高的环境中去。

冷库制冷通常采用蒸气压缩式制冷原理。用湿蒸气完成压缩制冷循环的系统简图和循环的T-S图如图1和图2所示。

蒸汽压缩制冷装置由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀组成。由冷凝器出来的制冷剂的饱和液体(状态1),被引向节流阀减压。由于在两相共存区域内,节流系数总是大于0,故节流后制冷剂温度降低,熵增而焓不变。节流过程在T-S图上示意地用虚线1~2表示。由于节流阀出来的低干度湿蒸气被引入到制冷室内的蒸发器,定压吸热(也就是定温吸热)而汽化,其干度增加,如图2中2~3过程。节流后的压力应这样来选择,即使它对应的饱和温度略低于制冷室温度。利用节流阀开度的变化,能方便地改变节流后制冷剂的压力和温度,以实现制冷室温度的连续调节。高干度的湿蒸气从蒸发器出来,引入到压缩机进行绝热压缩升压,制冷剂蒸气的干度增大,温度升高,如图2中的3~4过程。经压缩后的制冷剂蒸气引入到冷凝器中,冷却放热而凝结成饱和液体,如图2中4~1过程,从而完成闭合循环。

1.2 冷库冷凝热回收机理

以制冷剂气化而吸热为工作原理的制冷机,分为压缩式、吸收式两种。一般能够进行冷凝热回收的冷库多为以压缩式方式工作的冷库。

冷库冷凝热的回收机理就是:当冷却系统运转时,由压缩机开始工作,对蒸发管产生抽吸降压作用,这时液态的制冷剂便进入蒸发管中,在蒸发管内变成气体而吸收大量的热。气化了的制冷剂再经压缩机的压缩,使气体成为高温高压状态。该状态的气体需要通过冷凝器把热量转移到环境中,才能实现再循环。经过压缩机出来的气体温度达到100℃左右,该状态下的热量一般经过冷却器白白地排入环境中,造成无谓的浪费。冷库冷凝热回收机理就是通过合理技术把这一部分热量回收加以利用,即实现了制冷循环的顺利进行,又达到了余热回收的目的。经过余热回收后,压缩机排出的气体被冷却重新变成了液态,再次进入蒸发管,如此不断循环,即实现冷却系统的正常工作,又实现了冷库冷凝热的回收。

2 冷库冷凝热回收系统及工作原理

2.1 冷库冷凝热回收系统的组成

冷库冷凝热回收系统如图3所示。冷库冷凝热回收系统由压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器等依次首尾相接的循环回路组成,还包括冷凝热回收换热器、热水储罐,压缩机和冷凝器之间通过2个三通阀并联出一管道,该管道接通在冷凝热回收换热器开设的进气口和出气口上,冷凝热回收换热器上设置有进水口和出水口,冷凝热回收换热器的进水口通过热水循环泵连接在空气解冻室或采暖单元中设置的强制对流散热器上,冷凝热回收换热器的出水口通过热水储罐也连接在强制对流散热器上,即冷凝热回收换热器、热水储罐、强制对流散热器、热水循环泵依次首尾连接成循环回路。

注:1-压缩机;2-冷凝器;3-膨胀阀;4-蒸发器;5-冷却塔;6-集水池;7-冷却水变频泵;8-截止阀;9-截止阀;10-冷却水进口温度计;11-三通阀;12-三通阀;13-冷凝热回收换热器;14-热水储罐温度计;15-热水储罐补水阀;16-热水循环泵;17-热水储罐;18-热水储罐液位计;19-截止阀;20-强制对流散热器;21-空气解冻室或采暖单元;22-PLC控制器;23-PLC控制器。

2.2 冷库冷凝热回收系统的工作原理

冷库冷凝热回收系统工作原理按如下3种模式运行。

1)模式一:如果冷库运行处于较大负荷,热水回收系统和冷却系统可同时运行。即压缩机排出的高温气体工质首先通过热回收系统降温,再进入冷却系统进行冷却。热回收系统通过冷凝热回收换热器对高温气体工质和水进行热交换,被加热后的热水进入热水储罐,用来空气解冻和供暖,热水热量通过强制对流散热器向解冻室或采暖单元输送热量;通过热水储罐温度计和三通阀连接的PLC控制器可以控制热水回收系统的运行负荷。冷却系统运行时,可通过冷却水出口温度计和冷却水变频泵连接的PLC控制器控制冷却水量,实现冷却系统的节能运行。即,首先打开三通阀(12),压缩机(4)出来的高温气体工质全部或部分通过冷凝热换热器(13)进行热回收,通过三通阀(11)和(12)和热水储罐温度计(14)的PLC控制器(23)控制高温气体工质通过冷凝热回收换热器(13)的流量,被加热后的热水通过热水循环泵(16)输送到强制对流散热器(20)向解冻室或采暖单元(21)提供热量。同时,冷却系统的截止阀(8),截止阀(9)打开,冷却系统运行,通过冷却水变频泵(7)和冷却水进口温度计(10)连接的PLC控制器(22)控制冷却水的流量,实现节能运行。

2)模式二:如果冷库运行处于中等或较小负荷时,单独运行冷凝热回收系统,关闭冷却系统。即,打开三通阀(11)和(12),关闭冷却系统的截止阀(8)和截止阀(9),压缩机(1)来的高温气体工质全部通过冷凝热回收换热器(13),冷凝热回收系统单独运行。

3)模式三:如果冷库冷凝热回收系统不需要完成解冻或采暖功能时,通过三通阀关闭冷库冷凝热回收系统,单独运行冷却系统。即调节三通阀(11)和三通阀(12),关闭冷凝热回收系统,打开冷却水系统截止阀(8)和截止阀(9),单独运行冷却水系统。

3 冷库冷凝热回收系统的经济效果分析

以山东地区为例,现有以冷藏肉类食品的冷藏间2间,库容量为1500t;冻结间2间,冻结能力为30t/a;冷藏间库温(-18±1)℃,冻结间-23℃,冷凝温度为30℃;冷凝器负荷为267.356k W;压缩机功率为53k W;蒸发器负荷为226.925k W。压缩机出口排气温度一般达到100℃左右。冷库冷凝系统的经济效果分析如下:

1)按模式一运行,冷库的冷凝热被全部回收利用,其回收的冷凝热即为冷凝器负荷267.356k W,该热量用于解冻或供暖,折算成一次能源煤为32.84kg/h。年节煤量为236.45t,折合成经济效益为11.83万元/a。

2)按模式二运行,冷库的冷凝热被部分回收。若部分回收百分数为30%~70%,回收的冷凝热量为80.21~187.15k W,折算成一次能源煤为9.85~22.99kg/h。年节煤量为70.94~165.52t,折合成经济效益为3.55~8.28万元/a。

4 冷库冷热回收系统的优点

冷库冷热回收系统能充分利用了冷库冷凝热余热资源;取代了冷库其他环节的能源消耗,节约了能源,保护了环境;该系统不需要人工值守,节约了人工成本;工艺简单,性能可靠,操作维护方便;该系统运行灵活方便,为冷库的解冻或采暖带来便捷条件。

5 结论

1)冷库在运行过程中,冷凝热能够被回收利用。

2)冷库冷凝热回收系统能够应用于冷库解冻和采暖。

3)冷库冷凝热回收系统根据实际情况能够按照不同模式运行,即冷凝热全回收模式、冷凝热部分回收模式和冷却模式。

4)冷库冷凝热回收系统根据不同的运行模式能够带来不同的经济效益,按模式一运行,能带来11.83万元/a的经济效益;按模式二运行,能带来3.55~8.28万元/a的经济效益。

5)冷库冷热回收系统工艺简单、性能可靠、操作维护方便,能为冷库的解冻或采暖带来便捷条件。

参考文献

[1]曾丹苓,敖越,张新铭,等.工程热力学[M].北京:高等教育出版社,2002.