氟并联机组制冷系统和传统氨制冷系统Word文档格式.docx
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一、综述
在国内早期大中型冷藏、冷冻行业中基本上都是选择使用人工
控制的氨机系统作为制冷系统。
犹豫氟系统因技术等诸多缘故，进
入中国比较晚，初氟制冷机组（包括单机运行和并联运行）在国内
开始主要应用在超等市冷柜和小型物流系统。
主要是采用小型活塞
机组。
而在欧美国家从上世纪五十年代末期就已经开始将氟并联机
组制冷系统应用于屠宰行业和大型工业用冷库。
经过近半个世纪的发展，已经成为一项非常、成熟和高效的技术
系统。
氟系统现在正被广泛用于国内大中型工业、农业、食品、医
药、化工等制冷行业。
而且大量采用螺杆机组并联。
该系统像氨系
统同样是集中供冷，避免了分散氟机在大型冷库中应用的弊端。
随着人民生活的快速提高，人们对食品的品质要求越来越严格，
各种低温、超低温食品、速冻储藏装置将会大量出现，氟系统以其
安全性、无毒性、低温性能好等优势，在国内一段时期内的地位将
会越来越高。
二、能耗
1、食品的冻结过程
因根据国内外实际检测的冷藏库和速冻库的运行数据，冷库在运
行过程中绝大部分时间是部分负荷运行。
主要有两个原因，先从局
部说就单间速冻库而言，以原料肉为例（一般入库温度在+15
度）
刚满设计量入库时，因肉表面温度高，导热系数大，会给冷库带来
很大的冷负荷，压缩机可高效运行，但随着冻结过程的进行，肉表
面温度降低至结冰，形成了冰层，肉的导热系数迅速降低，
肉内部
的热量排出效率降低，整间冷库的冷负荷也随之迅速降低，形成部
分负荷，氨机的制冷效率也因不能随冷负荷调节也迅速降低，造成
大马拉小车
现象。
而氟并联机组因可随着冷库冷负荷的变化而适时
调整压缩机开机台数,使压缩机始终保持高效运行，避免大马拉小车
其次，对整个速冻库而言，因不同间冷库的进货时间，数量
均不会相同，造成整个冷库大部分时间为部分负荷。
2．冷库的运行负荷
冷库的满负荷运行时间只占整个运行时间的
2%左右，而
50%负荷
的运行时间占到
63%左右。
正是因为冷库的大部分时间是部分负荷
运行，而氟并联机组可做到随负荷变化调整压缩机开机台数，及
1/2、1/4
等多级能量调节。
从而保持压缩机高效率运行；
而氨机系
统无法做到这一点。
这决定了氟并联机组系统在运行中会比氨系统
大大节约电力。
三、
氨制冷系统与氟制冷系统在低温速冻中的应用
1．氨
的在标准大气压下的蒸发温度
由于人们受传统制冷系统的影响，随着制冷技术的发展，氟系统
冷库现在越来越广泛。
氟系统在较低温度环境下的应用就日益显示
出了它的优越性。
氨与氟的在标准大气压下的蒸发温度不同。
氨的标准蒸发温度为-
33.4℃，凝固温度为-77.7℃。
的标准蒸发温度为-40.8℃，凝固温度为-160℃，由此可见，
用于低温工况下，氟的性能要优于氨。
同时，由于氨的压缩终温较
高，一般在压缩比大于
8
的情况下，即在蒸发温度为-25℃以下，就
不能使用单级氨机来制冷了，而氟
22
的绝热压缩指数小，即使在较
高的压缩比下，也可以保持较低的压缩终温，所以单级氟机可应用
于压缩比小于等于
10
的情况，即蒸发温度为-35℃左右。
采用双级
压缩制冷循环或复叠式制冷循环来满足生产需要。
2．氨
在低温中的应用
在速冻系统中，当库温要求在-30℃或库温要求在-35℃，蒸发温
度要定在-40℃或-45℃，这时如果采用氨系统来制冷，就存在以下问
题：
由于蒸发温度低于-33.4℃，蒸发压力已低于外界空气压力，外
界空气就会通过压缩机轴封、阀门盘根、法兰连接口等处向系统内
渗入空气，这些不凝性气体渗入系统后，
带来的不良后果有：
（1：
制冷效率降低。
不凝性气体会导致冷凝压力的升高，使制冷系
统效率降低；
还会提高氨气的冷凝难度。
（2：
要定期排放不凝性气体，这不仅会影响正常生产（因为系统内
不凝性气体过多时，整个系统要停下来排放不凝性气体），还会排放
掉大量的制冷剂，从而造成制冷剂的直接浪费，因此氨系统每年要
补充大量的制冷剂！
而氟系统在-40℃的蒸发压力时，系统内压力尚
高于外界压力，外界空气无法渗入系统。
3．氟
在-45℃的蒸发压力时，系统内蒸发压力虽然低于外界压力，但
氟系统可以采用半封闭压缩机，阀门采用无泄漏阀门，所有连接件
全部采用焊接方式。
因而不用担心外界空气的渗入（氨系统不能采
用半封主机，因氨对电机线圈有强腐蚀性），不用担心不凝性气体的
影响。
其次，在高附加值食品低温速冻项目，如金枪鱼的速冻，要求蒸发
温度很低，要低到-65℃以下，这时就需要采用复叠式压缩制冷系统。
而氟
可以用于一级复叠，用
R13
或其它替代品作为二级复叠制
冷剂，来制取-65℃到-120℃的低温，这是氨系统所无法实现的。
四、系统安全性和添加制冷剂问题
1．氨的物理特性
氨含有水份，对辛、铜及其合金有腐蚀作用、溶于水，易燃、易
爆、二级毒性，不溶于润滑油。
泄漏之后会对人员造成严重伤害，
对食品造成严重污染，造成不可挽回的损失。
氨系统因采用开启式
连接，有联结轴，采用机械密封装置，泄漏是正常的，氨系统所用
氨阀为盘根式密封或四氟圈密封，开关之后就会发生密封材料错位
而从阀杆处泄漏，还有，氨系统每年要多次排放系统中的不凝性气
体，这一操作导致直接排放掉大量的氨。
因此系统每年需大量补充
液氨。
2．氟
的物理特性
对金属无腐蚀作用，溶于润滑油、无色、无味、毒性小，
不燃不爆，安全可靠，泄漏之后蒸发到大气中，对食品不会造成污
染，对人员没有危害。
氟并联机组是半封机组，所有管道都是焊接
的，采用电磁阀。
而且管路中的液锤现象通过控制可以排除。
基本
上是不会产生泄露。
而非正常泄露，也是可以通过液位检测等手段
检测到。
新型氟符合世界环保公约，无毒，不燃不爆，安全可靠，
对食品无污染。
管道的少量泄露，因氟中有油，泄露后
马上会留有
油迹，很容易发现并修复。
按正常使用情况，氟系统每年的泄露量
小于
3%。
五、并联制冷机组制冷系统与氨机制冷系统经济技术
1、从设备系统方面比较
满液式氟并联机制冷系统，采用氟泵供液，效率较干式系统高
20%。
这样,氨系统具有的优势，氟系统也同样拥有。
自动化霜监控
可做到每个库，每个风扇个别化霜。
且不用像氨系统化霜那样需水
辅助化霜。
氨系统所用附属设备，如油分、贮液罐、中冷等一般体积都较
大，供液、
回气管道比氟系统大;
造成现场安装工作量大,费用高;
而且国产氨阀件泄露问题严重，难以做到自动控制。
并联系氟系统所用附属设备及阀件一般采用原装进口,体积小，
现场安装费用比氨系统低；
可以实现系统控制完全自动化；
一般国内氨系统都很难做到高程度的自动控制（原因在于目前
国内氨用自控阀件材质、加工设备及加工工艺等方面与发达国家相
比还存在一定差距）。
氟并联制冷系统已完全实现自动控制，而且根据用户要求，还
可以实现远程通信和远程控制；
实现了自动控制的氟并联制冷系统
与还处于较低水平控制的氨系统相比，附属设备及阀件价格比氨系
统高。
２、从土建投资方面比较
氨制冷机组设备体积大，相对位置和高度要求严格，因而往往
占地面积大，对机房的抗震性、机组的基础等有严格的要求，另外
还需满足严格的防火、防爆和排风方面的要求，机房内还须配置相
应的安全设施等。
氟并联制冷机组一体化程度非常高，就机房设备而言，除冷凝
器外，其它附属设备全部组装在机架上，因而占地面积相当小，而
且对机房的抗震性、机组的基础等没有特殊要求，一般建筑就能满
足要求.氟系统机房造价只有氨系统的
30%以下.
３、
从安装工期方面比较
氨制冷系统装备体积大，机组一体化程度差，附属设备多而杂，
而且对基础要求严格，施工难度大，因而安装周期较长；
氟制冷系统体积小，便于安装施工，一体化程度高，而且对基
础要求也相对宽松，较易施工，因而比氨系统安装周期短。
４、
从运行费用方面比较（以食品加工为例）
氨制冷机组通常单机功率较大，虽常设有能量调节，但使用改
变输气量调节能量的方式效率非常低；
而整个冷却冻结加工过程中，
机组有２／３的时间都处于这种运行状况之下；
氟并联制冷机组采用多机头并联运行，单台机整机起动和停止的
方式进行能量调节，随系统负荷的变化而改变开机台数，使机组始
终处于最佳状态，因而始终保持恒高效率运行。
从运行性能上，肉类的冷却、速冻加工过程，氟并联制冷系统通
常比氨制冷系统节电
40％--50%；
食品冷藏过程通常可节电
40％以
上；
空调制冷系统可节电
35％以上。
按日冻结加工
60
吨肉计算,氨
机系统冻结加工一吨肉耗电
150
度。
（常规耗电）,氟并联机组制冷系统冻结加工一吨肉耗电
100
度电
（常规耗电）,每加工出厂一吨肉约节电
50
度，电价平均按
0.7
元/度计
算，吨节约
35
元，平均日节约
2100
元，一年按
300
个工作日计，
年节约
630000
元人民币。
由此可见，氟并联制冷机组的节能性十分
突出。
５、
从运行操作、管理方面比较
一个装机容量为
600ＫＷ的氨制冷站为例：
氨制冷系统由于使用
开启式压缩机，系统在低压下运行时不可避免地会进入一部分空气，
因而系统要求定期排放空气，还需定期加、放油；
通常每年至少需
加冷冻机油
5.5
吨,补充液氨
5
吨,这一项约开支
48000
元；
氟机不用定期补充油，至多每年补充
40-50KG
制冷剂,该项开支
仅约
1200-1500
本项氟并联系统比氨系统可节约
4.7
万元；
氟并联机组系统管理非常方便，可实现全自动运行，并能自动
记录各个监控参数，劳动强度非常低，可实现无人操作，至多二到
三人，年人工费用约需
3.6
万元左右；
而氨机系统基本上是人工操作，需
24
小时值守，劳动强度大，
且不便于管理，操作人员数一般要在十人以上，年人工费用约需
12
万元以上。
氟并联机组系统，正常只需
2
名兼职员工负责操作与维
修，不需人工值守。
氨系统因是人工控制，需有人
小时值守，考
虑四班三运转，最少也需
人。
正常应该超过
6、从系统维修及维修费用比较
品牌压缩机正常运行十年到十五年不需大修。
而氨系统一般每两
三年就要大修一次。
影响正常生产，增加了维修费用。
氟系统耗用材料少，氨系统耗用材料多；
因氟系统装置较小，所
以机房建筑面积小，同比之下氨装置机房就大出许多；
氨系统不易实现自动化，而且自动化不可靠，不便于操作和管
理，维护不方便，维修周期短，费用高；
一般氨系统为单机运行，
为达到主机发生故障时不影响生产，常需设置备用制冷机；
氨制冷系统需经常性地维修，定期小、中、大修，突发事故比
较多，如果不设置备用机，就无法保证正常生产，装机容量为
600ＫＷ的氨制冷站，年维修材料费用平均在
50000
元左右.
氟并联制冷机组因实现了并联运行，某一台机发生故障时其它
机仍可正常运行，保证了正常生产，不需设置备用机，阀门关掉，
此时不会影响其它主机的正常工作，保证了生产的连续性，维护方
便，维护周期长，系统维护费用低，平均年维修费用不足
5000
元。
六、关于食品干耗问题
食品在冷却、冻结、冷藏（冷却物冷藏和冻结物冷藏）的过程
中，因食品中的水分蒸发或冰晶升华，造成食品的重量减少，俗称
“干耗”。
食品发生干耗达到
5%，就会失去新鲜饱满的外观而出现
明显的凋萎现象。
当冻藏室的隔热效果不好，外界传入的热量多；
冻藏室内空气温度变动剧烈；
空气冷却器与冻藏室内空气温度之间
的温差太大；
收容了品温较高的冻结食品；
冻藏室内空气流动速度
太快等都会使冻结食品的干耗加剧。
为了避免和减少食品在冻藏中的干耗，重要的问题是要防止外
界热量的传入，提高冷库外围结构的隔热。
在冷库内，由于冻结食
品表面的温度、室内空气的温度和空气冷却器蒸发管表面的温度三
者之间存在着温度差，因而也形成了水蒸气压差。
食品表面的温度
与速冻间或冻藏室空气温度之间的温差，使食品失去热量进一步被
冷却，同时因为存在着水蒸汽压差，
冻结食品表面的冰晶升华跑到空气中去。
这部分含有水蒸气较多
的空气，吸收了冻结食品放出的热量，比重减小就向上移动。
冻结
食品单位时间内从表面升华的水分量
W（kg/h）可用下式表示：
W=βF（Pg-Pr）
式中：
β——升华率（kg/m2·
h·
mmHg）
F——冻结食品的表面积（m2）
Pg——冻结食品表面的水蒸气压（mmHg）
Pr——与食品接触的空气的水蒸气压（mmHg）
由以上的公式可以看出，造成食品干耗的主要原因是冻结食品
表面的水蒸气压及与食品接触的空气的水蒸气压之间的压差，若空
气冷却器蒸发管表面温度与冻藏室内空气温度之间温差太大，就会
加大此压力差；
我公司设计配置的制冷系统的特点之一就在于蒸发
管表面温度与冻藏室内空气温度之间温差可以很小，可达到
3～7℃，
比传统的冷却排管的温差（10℃）还要小，所以就大大地降低了食
品的干耗，并且其使用效果更优于冷却排管。
七、库温的控制
1.
氟系统温度控制形式
氟并联机组制冷系统的控制方式是电脑全自动控制方式，机组
中每个机头的启动与停止，是靠压力传感器接收系统回气压力信号
来控制的。
系统的回气压力与蒸发温度是相对应的。
我们在控制温
度的
PLC
那里设定库温上下限，这个上下限，根据货物对库温温差
的要求来设定，所以当库房温度升高时，回气压力也相应升高，当
库房温度降低时，回气压力也相应降低。
关于干耗问题，在上述材
料中已有详述。
从对干耗问题的论述，我们可以得出以下结论：
单
位时间内库房温度变化越大，食品的干耗就越大。
尤其是单位时间
内库温的反复变化，对食品干耗的影响更大。
自动控制可以将库温
波动控制在很小的范围内，对有效降低食品储藏期间的干耗非常有
利！
2.
氨系统温度控制形式
国内氨系统对库温的控制一般为手动控制，根据人员对库温的观
察，来确定开启或停止压缩机开机台数。
因为全部为人员手动操作，
因而库温会存在明显误差，这些误差主要体现在以下几个方面：
（１：
人员素质因素。
因为对于库温的控制全部为人工操作，所以
这项工作对人员素质要求非常高。
现在有了精确的数显温控器，开
启的频率和操作还是靠人工完成。
根据对行业操作人员的调查，要
培养一名合格的氨机操作人员，一般要
5-10
年。
而且，即使是合格
的操作人员，对机器及系统的操作也存在许多不确定因素，比如过
度疲劳、醉酒等等……
（２：
在传统老式氨系统库实际生产使用中，许多单位用于测库温
的仪表是水银或酒精温度计，每次还要进库房内观测。
再加上人员
的观测误差，叠加到一起误差更大。
的使用说明
地球大气臭氧层破坏越来越严重，“氟利昂”是否要全部淘汰？
答：
环境保护局就有关问题做出了新的解释：
未列入受控物质名单
的，不属于淘汰范围。
目前已大量使用的制冷剂如ＨＣＦＣ—
２２、ＨＦＣ—１３４ａ等以及混合工质制冷剂，按照国家规定，
属于消耗臭氧层物质制冷剂的替代物质。
省环保局在刚刚做出的解释中说，《省淘汰消耗臭氧层物质制冷
剂实施办法》已由省环保局、省公安厅、省经贸委、省质量技术监
督局发布。
根据《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案（修订稿）》
，实施办法中使用的“消耗臭氧层物质制冷剂”、“含氟利昂制冷剂”、
“含氟利昂等消耗臭氧层物质制冷剂”等概念，是指国家方案中提
到的１０种受控物质中的５种制冷物质，它们是：
ＣＦＣ—
１１、ＣＦＣ—１２、ＣＦＣ—１３、ＣＦＣ—１１４、ＣＦＣ—
１１５，其中，涉及到家电、汽车空调行业使用的制冷剂为
ＣＦＣ—１２等。
未列入以上受控物质名单的，不属于淘汰范围。
目前已大量使用的制冷剂如ＨＣＦＣ—２２、ＨＦＣ—１３４ａ等
以及混合工质制冷剂，按照国家方案规定，属于消耗臭氧层物质制
冷剂的替代物质。
“绿色制冷标识”的使用，主要是针对原使用消耗臭氧层物质
制冷剂改用非消耗臭氧层物质制冷剂替换的制冷设备，按照《省淘
汰消耗臭氧层物质制冷剂工作方案》的规定管理和使用。
根据我国政府签署的国际公约,可以使用至
2040
年.使用
R22
作为制冷剂是符合国家发展及环保方面政策和法规的.目前发达国家
同样在生产
R22。
臭氧消耗潜能值
ODP=0
的制冷剂有:
R23、
R32
、R125、
R134
、R143
、R152
、R404
、R407
、R507、
R134
、R410
等，现在已
经应用到冰箱、空调、医药等制冷领域里。
不需要改变系统、增加
任何设备投资，混合冷剂就可以直接替换目前氟系统使用最多的冷
犹豫替代冷剂价格比
高，R22
大量的生产和使用、受新替
代冷剂生产数量等因素，没有得到全面普及。
而且近一年来替代冷
剂的价格也已经大幅降低。
到
年价格随着替代冷剂的大量使用
价格会更低。
所以这个因素不值得在目前的冷库项目中作为决策考
虑因素之一。
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