上下分體式全年制冷風冷冷水機組系統設計

胡曉林　馬雙　楊振亞

摘要：以沈陽某食品廠項目為例，詳細介紹了上下分體式全年制冷風冷冷水機組系統設計方法，從實際運用角度出發，對系統主要部件選型進行了研究，對分體式全年制冷風冷螺桿機組設計選型具有很好的借鑒意義。

關鍵詞：上下分體式;壓力降;機組設計;全年制冷

0 引言

隨著工藝品、食品廠及藥廠等項目增加，其對全年制冷風冷冷水機組的需求量也越來越大。在可靠性方面，采用全年制冷風冷冷水機組可為全年需要冷凍水的工藝項目提供冷源;在設備管理方面，采用全年制冷風冷冷水機組能實現主機集中管理，在極端惡劣氣候下，能提供良好的設備維護和維修條件。本文重點闡述系統設計過程及要點，可以作為特殊設計的選型依據。

1 系統及案例簡介

1.1? ? 上下分體式風冷冷水機組系統簡介

在結構設計上，上下分體式風冷冷水機組是將主要動力部件設計、安裝在機房內，表冷器等占地面積較大的設備放置于屋頂上，這樣既能節省機房空間，又改善了設備維護和維修條件。主機與表冷器之間距離較長，系統設計時需要考慮因管路壓降導致的制冷量衰減問題;系統中增加壓力維持閥、油分離器、儲液罐、氣液分離器、電動蝶閥等，實現四季穩定制冷。

1.2? ? 系統案例簡介

沈陽某食品廠項目采用全年制冷風冷冷水機組，R22冷媒，制冷量350 RT，水側30%乙二醇防凍液，冷水進出口溫度12/7 ℃，上下分體，主機距離表冷器15 m。

2 方案選型

2.1? ? 壓縮機選型

首先，在本案例中壓縮機選型尤為重要。壓縮機需要足夠的動力將冷媒排到高位的表冷器，高壓側有壓力損失。理論上，常規風冷干式單冷機組，蒸發器溫度取2 ℃、冷凝溫度取50 ℃是最經濟的選型工況。而對于有壓力損失的系統，要考慮整個管路的壓力降。

系統中的壓力損失主要包括靜壓力降、速度壓力降以及摩擦阻力降。本案例參考標準《工藝系統工程設計技術規定 管道壓力降計算》（HG/T 20570.7—1995）[1]管道壓力降計算之2、單相流（可壓縮流體），管路系統總壓力降為：

系統壓力降，理論設計初步按照46 kPa選型是合理的，即按2/51 ℃進行設計，壓縮機選型滿足制冷量需求。已知蒸發器溫度和冷凝溫度，運用壓縮機選型軟件即可選擇合適的壓縮機，本文選擇漢鐘型號為RC2-790B-H的壓縮機兩臺，制冷量616.4 kW，排氣質量流量14 676.4 kg/h。

2.2? ? 壓力維持閥選型

四季制冷的系統考慮低溫啟動可靠性，根據專利“用于帶油分半封壓縮機的壓力維持閥”[2]，在系統高壓側會增加壓力維持閥。

壓力維持閥選型是按照壓縮機自身排氣口尺寸選取或由壓縮機廠家提供。本文壓力維持閥的規格0.1 m（4 in），對于帶外置油分的機組，壓力維持閥適宜安裝在油分離器的出口，更有利于系統的回油。

2.3? ? 油分離器選型

油分離器設計時，參考文獻《臥式油氣分離器的設計計算》[3]，本系統采用臥式油分離器。油分離器結構設計如圖1所示。

油分離器設計如下：

2.3.1? ? 允許氣體流速Vmax的計算

2.3.4? ? 填料網格規格的確定

根據同類產品實際測試結果，網格密度取180 kg/m3，厚度取d4=200 mm。

本文選用DN450筒體，油分離器距離濾網距離414 mm，網格密度180 kg/m3，厚度為200 mm。

2.4? ? 電動球閥選型

電動球閥的主體材料需要耐低溫，在系統中的功能是通過冷凝壓力反饋開關信號，當冷凝壓力低于設定值時，電動球閥關閉;冷凝壓力高于設定值時，電動球閥打開。這個過程是通過PLC編程來實現開關動作的。本文電動球閥選型DN65，功能為開和關作用，帶反饋信號，主體材料耐低溫。

2.5? ? 干式蒸發器選型

系統使用干式蒸發器，采用乙二醇溶液防凍。本系統采用雙系統蒸發器，30%乙二醇溶液。考慮到經濟性，本文取標準蒸發器換熱面積的1.3倍來彌補因乙二醇濃度造成的換熱系數衰減，取換熱面積127.8 m2。

3 上下分體式風冷冷水機組原理及結構設計

通過系統匹配，上下分體式風冷冷水機組循環原理如圖2所示。

4 總結及建議

本文針對上下分體式全年制冷風冷冷水機組設計選型，以具體案例為依據，提供了重點部件的設計選型方法，并對管路系統壓降做詳細計算。

在方案選型時需要注意以下幾點：

（1）壓力降指標是壓縮機選型的重要依據，通過理論分析和推算得出結論，后期針對用戶現場實際運行結果，確認壓力降對整個制冷系統的影響，對于不同冷媒系統及不同層高的上下分體式結構也有借鑒意義;

（2）利用壓力維持閥作用，保障高低壓壓力不足以及低環溫時啟動的可靠性;

（3）油分離器是通過理論計算和用戶實際運行結果選型，機組回油正常;

（4）利用電動球閥和風機的開啟數量，保證不同負荷和不同環境溫度下的運行可靠性，控制邏輯簡單;

（5）實際應用后，整個系統回油良好，機組運行正常，系統持續平穩地運行數年之久。

[參考文獻]

[1] 工藝系統工程設計技術規定 管道壓力降計算：HG/T 20570.7—1995[S].

[2] 連季紅，鄧壯，謝鵬，等.用于帶油分半封壓縮機的壓力維持閥：CN201010120573.X[P].2010-03-09.

[3] 曹麗君，王元春，劉發安，等.臥式油氣分離器的設計計算[J].華北石油設計，2000（1）：1-4.

收稿日期：2021-08-02

作者簡介：胡曉林（1985—），女，湖北人，工程師，研究方向：暖通空調制冷系統。