物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化

苗艷芳

摘 要：作為冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐，冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的規(guī)范化建設(shè)至關(guān)重要，其不僅有助于冷庫(kù)系統(tǒng)能源消耗的合理控制，更對(duì)于物品冷凍保存質(zhì)量提升具有重大影響。文章結(jié)合天津陸路港大型物流冷庫(kù)項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際，在分析物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其制冷系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行系統(tǒng)分析，并指出物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中化霜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化內(nèi)容。以期有利于物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)，繼而在提升物流冷庫(kù)運(yùn)行效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：冷鏈物流；冷庫(kù)；制冷系統(tǒng)；工作原理；優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TB66 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）20-0133-03

Abstract： As an important support for the development of cold chain logistics industry， the standardized construction of cold storage refrigeration system is very important， which is not only conducive to the reasonable control of energy consumption of cold storage system， but also has a significant impact on the quality of cryopreservation. Combined with the construction practice of large logistics cold storage project in Tianjin land port， and on the basis of analyzing the key points of refrigeration system design of logistics cold storage， this paper makes a systematic analysis on the working principle of its refrigeration system. The optimization content of defrosting structure in the refrigeration system of logistics cold storage is pointed out， in order to facilitate the standardization and standardization of logistics cold storage refrigeration system， and then improve the operation efficiency of logistics cold storage， at the same time， realize the further development of cold chain logistics industry.

Keywords： cold chain logistics； cold storage； refrigeration system； working principle； optimization

引言

隨著冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國(guó)物流冷庫(kù)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其建設(shè)數(shù)量也在持續(xù)增多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)階段我國(guó)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)速度保持在8%～10%；其造成了物流冷庫(kù)需求的持續(xù)增加。就物流冷庫(kù)設(shè)計(jì)而言，人們?cè)谶M(jìn)行新型冷庫(kù)設(shè)計(jì)、施工的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了對(duì)現(xiàn)有冷庫(kù)的優(yōu)化改造，從而確保其在產(chǎn)品冷凍、冷藏和保險(xiǎn)方面職能的發(fā)揮。冷庫(kù)制冷效率優(yōu)化是其設(shè)計(jì)改造的重要內(nèi)容，然而受諸多因素影響，傳統(tǒng)物流冷庫(kù)優(yōu)化的效果相對(duì)有限，基于此，進(jìn)行物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為推動(dòng)其行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵所在，本文結(jié)合天津陸路港大型物流冷庫(kù)項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際，對(duì)冷鏈物流冷庫(kù)的制冷系統(tǒng)應(yīng)用展開(kāi)分析。

1 物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

冷鏈物流產(chǎn)業(yè)是一個(gè)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)、社會(huì)實(shí)踐度較高的現(xiàn)代學(xué)科門(mén)類(lèi)，其在易腐、生鮮產(chǎn)品物理化學(xué)特質(zhì)考慮的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷(xiāo)售和技術(shù)等問(wèn)題的結(jié)合。冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)是其產(chǎn)品保鮮實(shí)現(xiàn)的重要支撐，故而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，冷鏈物流產(chǎn)業(yè)設(shè)計(jì)人員必須注重以下要點(diǎn)把控：

其一，保證物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。現(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量?jī)?yōu)良的產(chǎn)品儲(chǔ)藏和供應(yīng)是物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要目的；作為產(chǎn)品質(zhì)量控制的第一要素，產(chǎn)品安全至關(guān)重要[1]。故在制冷系統(tǒng)實(shí)際設(shè)計(jì)中，冷庫(kù)基礎(chǔ)材料、制冷設(shè)備和制冷劑的應(yīng)用必須具有較高的安全性和可靠性，從而確保冷庫(kù)庫(kù)溫的把控合理，為產(chǎn)品的穩(wěn)定化、安全化供應(yīng)提供有效基礎(chǔ)。其二，作為冷鏈系統(tǒng)中產(chǎn)品停放時(shí)間最長(zhǎng)的環(huán)節(jié)，物流冷庫(kù)對(duì)于產(chǎn)品壽命延長(zhǎng)和價(jià)值提升具有深刻影響；然而在該環(huán)節(jié)中，產(chǎn)品冷藏效果的實(shí)現(xiàn)伴隨著較大的能耗，新時(shí)期，為確保冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綠色化、生態(tài)化，就必須注重制冷系統(tǒng)的節(jié)能應(yīng)用，確保實(shí)際能耗的有效控制。其三，新時(shí)期，現(xiàn)代化制冷設(shè)備的應(yīng)用使得人們對(duì)于冷庫(kù)的電氣控制提出較高要求，只有不斷提升冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的智能化水平，才能確保冷庫(kù)制冷效率和質(zhì)量的提升，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)范化發(fā)展。

2 項(xiàng)目概況

天津陸路港大型物流冷庫(kù)項(xiàng)目于2018年設(shè)計(jì)施工，冷庫(kù)建設(shè)周期5個(gè)月，建設(shè)總面積為6050m2，庫(kù)內(nèi)凈高為9.5m，庫(kù)容量約15000噸。針對(duì)服務(wù)對(duì)象和性質(zhì)，考慮到多品種食品儲(chǔ)藏，由冷凍庫(kù)和冷藏庫(kù)及低溫月臺(tái)組成。其中冷凍庫(kù)庫(kù)溫設(shè)計(jì)為-20℃，庫(kù)容為14000噸；冷藏庫(kù)庫(kù)溫設(shè)計(jì)為0-5℃，庫(kù)容為1000噸；低溫穿堂設(shè)計(jì)為1-7℃。冷庫(kù)投建后，可實(shí)現(xiàn)KFC及必勝客原料的有效儲(chǔ)存。項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，考慮到節(jié)能、安全和保持庫(kù)溫恒定系統(tǒng)采用了電子膨脹閥供液和熱氟融霜形式，同時(shí)地坪采用乙二醇加熱系統(tǒng)，利用壓縮機(jī)排氣的熱量來(lái)加熱乙二醇，再用乙二醇泵輸入地坪加熱管內(nèi)循環(huán)，對(duì)地坪加熱防凍。

3 冷庫(kù)制冷系統(tǒng)工作原理及具體配置

3.1 工作原理

作為冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，制冷系統(tǒng)工作原理的把控至關(guān)重要。一般情況下，制冷劑循環(huán)系統(tǒng)、潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)、融霜系統(tǒng)、 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)以及載冷劑循環(huán)系統(tǒng)等都是冷庫(kù)制冷系統(tǒng)應(yīng)用的基本組成；同時(shí)其還包括了輔助設(shè)備、儀表、控制器件、閥門(mén)和管道等的細(xì)化支撐[2]。需要注意的是，制冷系統(tǒng)應(yīng)用形式不同，其制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)用也會(huì)存在差異；譬如在蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)應(yīng)用中，壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器是制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的基本組成。從本質(zhì)上講，冷庫(kù)制冷系統(tǒng)是在外界能量的支撐下，使得熱量發(fā)生轉(zhuǎn)移的應(yīng)用系統(tǒng)；從溫度較低環(huán)境向溫度較高環(huán)境進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移是冷庫(kù)制冷系統(tǒng)熱量轉(zhuǎn)移的基本形式。具體而言，當(dāng)壓縮機(jī)開(kāi)始運(yùn)作時(shí)，這些低溫低壓的蒸汽會(huì)被整體吸入、壓縮；并當(dāng)其達(dá)到高溫高壓狀態(tài)時(shí)排入冷凝器，并在冷凝器的冷卻介質(zhì)中進(jìn)行放熱，最后轉(zhuǎn)化為高壓液體。現(xiàn)階段，在節(jié)流閥支撐下，這些高壓液體會(huì)被節(jié)流為低壓低溫的制冷劑，并再次進(jìn)入制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)冷庫(kù)的循環(huán)制冷。需要注意的是，制冷系統(tǒng)循環(huán)應(yīng)用過(guò)程中，制冷系統(tǒng)劃分、供液方式、制冷工質(zhì)和融霜方式是其工藝應(yīng)用的四個(gè)基本環(huán)節(jié)。具體優(yōu)化過(guò)程中，制冷系統(tǒng)，其制冷劑的選擇也存在較大差異，目前而言，氟利昂制冷系統(tǒng)、氨制冷系統(tǒng)、混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)及空氣等工質(zhì)的制冷系統(tǒng)是較為常見(jiàn)的應(yīng)用形式。天津陸路港大型物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化中，根據(jù)冷庫(kù)具體的制冷要求，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了氟利昂制冷系統(tǒng)的規(guī)范應(yīng)用。

3.2 具體配置

整個(gè)系統(tǒng)采用的是R507A制冷劑，R507A屬于HFC型共沸制冷劑（完全不含破壞臭氧層的CFC、HCFC），符合美國(guó)環(huán)保組織EPA、SNAP和UL的標(biāo)準(zhǔn)，符合美國(guó)采暖、制冷空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）的A1安全等級(jí)類(lèi)別（這是最高的級(jí)別，對(duì)人身體無(wú)害）。

制冷機(jī)組配置按照庫(kù)溫劃分2個(gè)系統(tǒng)， 低溫系統(tǒng)采用2臺(tái)3機(jī)頭螺桿并聯(lián)機(jī)組，每臺(tái)螺桿機(jī)頭有4級(jí)能量調(diào)節(jié)，整臺(tái)機(jī)組有12級(jí)能量調(diào)節(jié)，每臺(tái)機(jī)組分別帶每間庫(kù)的5臺(tái)冷風(fēng)機(jī)，即使一臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題，另一臺(tái)機(jī)組可以制冷；中溫庫(kù)采用的是3機(jī)頭活塞并聯(lián)機(jī)組，可以實(shí)現(xiàn)0-33%-66%-100%共 4級(jí)能量調(diào)節(jié)；控制系統(tǒng)設(shè)置機(jī)組運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)器，每臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間都有累積，累積運(yùn)行時(shí)間決定壓縮機(jī)的開(kāi)、停機(jī)順序：開(kāi)機(jī)時(shí)，累積運(yùn)行時(shí)間短的壓縮機(jī)先開(kāi)機(jī)；停機(jī)時(shí)，累積運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的壓縮機(jī)先停機(jī)，做到各臺(tái)壓縮機(jī)等時(shí)間運(yùn)行，使制冷系統(tǒng)始終保持在最高效的狀態(tài)，從而達(dá)到安全運(yùn)行、節(jié)能降耗、降低運(yùn)行費(fèi)用的效果。冷凝形式采用蒸發(fā)冷形式。

閥件的選擇，本系統(tǒng)采用電子自膨脹閥供液，電子膨脹閥的設(shè)計(jì)應(yīng)用為本系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行提供了必要的條件，電子膨脹的過(guò)熱度設(shè)定值可調(diào)，其在凍結(jié)全過(guò)程中能做到負(fù)荷與冷量平衡，凍結(jié)效率可以提高，凍結(jié)時(shí)間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時(shí)也就減少壓縮機(jī)的能耗。

4 化霜系統(tǒng)優(yōu)化

化霜系統(tǒng)是冷庫(kù)制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化的難點(diǎn)所在。化霜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，針對(duì)原系統(tǒng)應(yīng)用中，設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了以下方面的優(yōu)化。

4.1 規(guī)范化霜系統(tǒng)設(shè)備配置

化霜系統(tǒng)是冷庫(kù)制冷效率提升的重要保證[3]。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，受低溫影響，冷庫(kù)內(nèi)蒸發(fā)器的水蒸氣容易結(jié)霜聚集，其不僅阻礙制冷蒸發(fā)器冷量的傳輸和散發(fā)，同時(shí)會(huì)對(duì)冷庫(kù)制冷效率造成嚴(yán)重影響。有研究表明，當(dāng)蒸發(fā)器表面的霜層達(dá)到一定的厚度時(shí)，冷庫(kù)制冷效率會(huì)下降至30%以下，造成制冷能耗的急劇增加；同時(shí)，較差的制冷效果會(huì)降低相關(guān)制冷設(shè)備的使用壽命，同時(shí)影響產(chǎn)品實(shí)際的冷藏效果。因此，在制冷系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)備的優(yōu)化配置至關(guān)重要。

天津陸路港大型物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，熱氟除霜和電化霜是其化霜設(shè)備應(yīng)用的兩種主要形態(tài)。其中冷凍庫(kù)冷風(fēng)機(jī)采用熱氟除霜，而穿堂采用的是電化霜。其具體應(yīng)用規(guī)范如下（見(jiàn)表1）。從應(yīng)用效果來(lái)看，化霜設(shè)備的應(yīng)用使得冷庫(kù)制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器的空氣自然循環(huán)良好，消除了溫度分層現(xiàn)象。同時(shí)，隨著化霜技術(shù)的應(yīng)用使得翅片盤(pán)管始終處于無(wú)霜或者少霜的狀態(tài)，有效的提升了蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，據(jù)試驗(yàn)分析，優(yōu)化后的蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)提高約30%左右。此外，在自動(dòng)化、智能化化霜控制下，冷庫(kù)化霜實(shí)踐更加節(jié)能，具體而言，蒸發(fā)溫度提高2到3℃，則制冷系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用可降低10%左右，實(shí)現(xiàn)了化霜系統(tǒng)設(shè)備配置的合理性和制冷系統(tǒng)運(yùn)作高效。

4.2 系統(tǒng)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化

熱氟化霜是本工程化霜系統(tǒng)運(yùn)作的重要形式，氟利昂應(yīng)用過(guò)程中，確保高溫狀態(tài)下，氟進(jìn)出口設(shè)置合理，能夠有效的提升熱氟應(yīng)用效率，確保制冷系統(tǒng)運(yùn)作制冷的提升。本工程優(yōu)化過(guò)程中，運(yùn)行初期冷凍庫(kù)2臺(tái)風(fēng)機(jī)的熱氟氣動(dòng)閥無(wú)法關(guān)嚴(yán)，化霜時(shí)有的熱氣會(huì)在經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器之后，從氣動(dòng)閥泄露并回到了壓縮機(jī)的吸氣口，導(dǎo)致回液現(xiàn)象發(fā)生，影響了整體應(yīng)用效率；分析原因，氣源和氣動(dòng)閥的壓差存在問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化質(zhì)量的提升，首先對(duì)4/6號(hào)風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)閥進(jìn)行調(diào)整，確保氣動(dòng)閥上的氣源管徑由原來(lái)的φ3/8改為φ5/8；同時(shí)確保對(duì)應(yīng)電磁閥、過(guò)濾器、球閥應(yīng)用型號(hào)的加大；確保了氣動(dòng)閥工作狀態(tài)的良好，從應(yīng)用效果來(lái)看，熱氟進(jìn)出口氣動(dòng)閥優(yōu)化后，制冷系統(tǒng)化霜裝置的化霜時(shí)間得以有效縮短，有效的提升了化霜系統(tǒng)的運(yùn)作效率，后期對(duì)整個(gè)冷凍庫(kù)熱氟冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造。改造后的制冷系統(tǒng)運(yùn)作狀態(tài)下，氣動(dòng)閥在化霜時(shí)可以關(guān)嚴(yán)，風(fēng)機(jī)正常化霜下，制冷設(shè)備的用電量明顯降低，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 壓縮機(jī)回氣

天津陸路港大型物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)初期調(diào)試階段，對(duì)低溫螺桿壓縮機(jī)并聯(lián)機(jī)組應(yīng)用過(guò)程中，也進(jìn)行了優(yōu)化改造，首先對(duì)一臺(tái)低溫機(jī)組進(jìn)行改造實(shí)驗(yàn)，其在機(jī)組排氣端恒壓閥應(yīng)用的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)電磁導(dǎo)閥和一個(gè)壓差導(dǎo)閥，降低排氣壓力，制冷系統(tǒng)化霜時(shí)，壓差導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)機(jī)組排氣壓力的有效控制，保證氣動(dòng)閥與氣源之間壓差的控制合理，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

天津陸路港大型物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中，雖然原有的熱氟和電子膨脹閥設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì)比較，在很大程度上實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電；后期調(diào)試過(guò)程中，對(duì)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化和壓縮機(jī)回氣優(yōu)化的設(shè)計(jì)改造，經(jīng)控制檢測(cè)分析，經(jīng)過(guò)化霜系統(tǒng)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化后及壓縮機(jī)回氣優(yōu)化的設(shè)計(jì)改造后，冷庫(kù)耗能由8000kW/h-9000kW/h下降到2500kW/h-3500kW/h，其在保證基本冷藏質(zhì)量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了制冷消耗的有效降低，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和質(zhì)量效益。實(shí)現(xiàn)了制冷效率有效提升。由此可見(jiàn)，物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)其應(yīng)用質(zhì)量提升具有重大影響。實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員只有在把控物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，充分了解制冷工藝應(yīng)用原理，并做好制冷系統(tǒng)劃分、供液方式、制冷工質(zhì)和融霜方式等環(huán)節(jié)的系統(tǒng)優(yōu)化，才能確保物流冷庫(kù)制冷系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化建設(shè)，繼而在提升物流冷庫(kù)運(yùn)行效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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