丙烯螺桿制冷機(jī)組簡(jiǎn)介

于 明

(大連冷凍機(jī)股份有限公司，遼寧大連西南路888號(hào) 116033)

在制冷領(lǐng)域，丙烯代號(hào)為R1270，屬于不飽和碳?xì)浠衔镏评鋭?。?duì)臭氧層完全沒(méi)有破壞，并且溫室效應(yīng)亦非常小。丙烯是一種環(huán)境友好型制冷劑，屬于A3類制冷劑［1］。主要用于替代R22、R502等制冷劑，使用在低溫制冷設(shè)備中。

1 R1270，R22，R290 與 R717 的對(duì)比

丙烯(propylene，CH2=CHCH3)的分子量42.08，密度0.5139 g/cm3(20.4℃)，冰點(diǎn) －185.3℃;沸點(diǎn)－47.7℃，閃點(diǎn)－108℃，易燃，爆炸極限為2% ～11.1%［2］;ODP 為 0，GWP 為 20［3］。

表1 R1270，R22，R290與 R717 的對(duì)比Table 1 Comparison between R1270，R22，R290 and R717

由表1可知，在同等工況下(－35℃/35℃，過(guò)熱度為0，過(guò)冷度為0):

1.單位容積制冷量qv:R1270＞R22＞R717＞R290;

2.單位容積軸功率WV:R1270＞R22＞R717＞R290;

3.COP:R717＞R22＞R1270＞R290。

2 丙烯制冷的基本原理

丙烯螺桿制冷機(jī)組主要由帶經(jīng)濟(jì)器的丙烯螺桿壓縮機(jī)組、冷凝器、貯液器、供液閥組、氣液分離器、蒸發(fā)器組成。

丙烯制冷劑在蒸發(fā)器里，丙烯由液體蒸發(fā)變成低溫低壓的氣體，丙烯氣體經(jīng)由氣液分離器進(jìn)行氣液分離，分離后的純丙烯氣體則被丙烯螺桿壓縮機(jī)吸入，通過(guò)壓縮機(jī)的吸氣過(guò)濾器進(jìn)入壓縮機(jī)的吸氣腔，壓縮機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)水平放置的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，互相嚙合，將吸入的丙烯氣體壓縮，提高壓力，同時(shí)溫度也隨著壓縮而提升，高溫高壓的丙烯氣體由壓縮機(jī)排氣口排出到冷凝器，在冷凝器中，高溫高壓的丙烯氣體被冷卻水冷卻，冷凝形成丙烯液，冷凝后的丙烯液進(jìn)入貯液器貯存緩沖，丙烯液由貯液器在高壓的作用下，供液到經(jīng)濟(jì)器，丙烯液在經(jīng)濟(jì)器中進(jìn)一步過(guò)冷，過(guò)冷后的高壓液體經(jīng)由供液閥組節(jié)流降壓，同時(shí)溫度達(dá)到工況的蒸發(fā)溫度，節(jié)流降壓后的丙烯液進(jìn)入氣液分離器，由氣液分離器給各個(gè)蒸發(fā)器供液，丙烯進(jìn)入各個(gè)蒸發(fā)器，蒸發(fā)換熱，達(dá)到制取工藝低溫的目的，由此丙烯制冷劑在密閉的制冷系統(tǒng)中循環(huán)。

圖1 丙烯制冷的基本原理圖Fig.1 Basic schematic diagram about propylene refrigeration

3 丙烯用于制冷機(jī)組時(shí)的注意事項(xiàng)

3.1 關(guān)于材質(zhì)相容性方面

3.1.1 對(duì)非金屬材料

隨著時(shí)間的不斷推移，我國(guó)市場(chǎng)整體水平逐漸得到了一個(gè)整體性的提高，并且在互聯(lián)網(wǎng)的影響之下出現(xiàn)了新媒體市場(chǎng)的過(guò)渡趨勢(shì)。因?yàn)闀r(shí)代進(jìn)步的速度非?？?，所以，企業(yè)要想得到更為理想的發(fā)展就也必須要適應(yīng)市場(chǎng)上快速的發(fā)展節(jié)奏和流行風(fēng)格，為自己的企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的新媒體技術(shù)。例如向市場(chǎng)投放情景式廣告，并且將其呈現(xiàn)在相應(yīng)城市中的標(biāo)志性建筑上或者是地鐵的通道中。例如將廣告與電視劇、電影等影視作品相結(jié)合，將企業(yè)相應(yīng)的產(chǎn)品放置在影視劇的環(huán)境中，利用各個(gè)演員的明星效應(yīng)來(lái)帶動(dòng)相應(yīng)企業(yè)產(chǎn)品的銷量。

根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》第824頁(yè)，丁腈橡膠不能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。第838頁(yè)，氯丁橡膠不能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。第852頁(yè)，丁基橡膠不能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。第873頁(yè)，氟橡膠能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組［4］。

用于壓縮機(jī)內(nèi)部的O形密封圈和PG型骨架式油封的材質(zhì)可采用氟橡膠。機(jī)械密封需作特殊設(shè)計(jì)，以確保適合丙烯介質(zhì)。油泵、吸氣過(guò)濾器、油粗過(guò)濾器、油精過(guò)濾器、油分濾芯中的膠圈應(yīng)改為氟橡膠。

閥門的密封元件可以采用聚四氟乙烯。

3.1.2 對(duì)金屬材料

碳鋼:根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》99頁(yè)，碳鋼能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。

不銹鋼:根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》218頁(yè)，不銹鋼能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。

鋁:根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》302頁(yè)，鋁能用于丙烯介質(zhì)機(jī)組。

銅:根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》351頁(yè)，銅能用于純丙烯介質(zhì)機(jī)組。如果丙烯里含有大量乙炔雜質(zhì)，則需另外考慮其它金屬材料。

黃銅:根據(jù)《腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)》373頁(yè)，黃銅能用于純丙烯介質(zhì)機(jī)組。如果丙烯里含有大量乙炔雜質(zhì)，則需另外考慮其它金屬材料。

3.2 易燃易爆性對(duì)機(jī)組設(shè)計(jì)的特殊要求

3.2.1 對(duì)電氣元件的要求

所有電器元件，如電機(jī)、油分離器的電加熱器、壓力傳感器、溫度傳感器、液位開(kāi)關(guān)、電磁閥、電子膨脹閥等均采取防爆措施。一般來(lái)說(shuō)，防爆等級(jí)可以為dⅡBT4。如果是可調(diào)壓縮機(jī)，其內(nèi)容積比測(cè)定機(jī)構(gòu)(直線位移傳感器)要求的防爆等級(jí)至少為dⅡBT4。

電機(jī)安全罩應(yīng)采用無(wú)火花材料1060。

3.2.2 對(duì)制冷壓力容器的要求

由于丙烯屬于A3類制冷劑，對(duì)于丙烯介質(zhì)的制冷壓力容器，根據(jù)NB/T 47012—2010《制冷裝置用壓力容器》，碳素鋼、低合金鋼容器應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，不銹鋼容器不需要。碳素鋼、低合金鋼的第Ⅱ類和第Ⅲ類容器的圓筒A類焊接接頭應(yīng)按每臺(tái)容器制備產(chǎn)品焊接試件，不銹鋼容器不需要。A、B、D類焊接接頭應(yīng)采用全焊透結(jié)構(gòu)。第Ⅱ類容器的A類和B類焊接接頭需進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè)，公稱直徑小于250 mm的接管與長(zhǎng)頸法蘭、接管與接管對(duì)接連接的焊接接頭，需對(duì)表面進(jìn)行100%磁粉或滲透檢測(cè)。

丙烯屬于易燃易爆介質(zhì)，根據(jù)TSGR0004—2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，鑄鐵材料不能用于設(shè)計(jì)壓力大于或等于0.15 MPa的丙烯壓力容器主要受壓元件。接管(凸緣)與殼體之間的接頭設(shè)計(jì)以及夾套壓力容器的接頭設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)采用全焊透結(jié)構(gòu)。當(dāng)在安全閥或者爆破片的排出口裝設(shè)導(dǎo)管，將排放介質(zhì)引致安全地點(diǎn)，并且進(jìn)行妥善處理，不得直接排入大氣。如果安全閥與壓力容器之間設(shè)有截止閥，壓力容器正常運(yùn)行期間截止閥必須全開(kāi)(加鉛封或者鎖定)，截止閥門的結(jié)構(gòu)和通徑不得妨礙安全閥的安全卸泄。液面計(jì)要有防泄漏的保護(hù)裝置。

3.3 機(jī)組油路的設(shè)計(jì)

丙烯螺桿壓縮機(jī)擬采用噴油螺桿壓縮機(jī)型式，在機(jī)組設(shè)計(jì)上需考慮油路設(shè)計(jì)的合理性。油路系統(tǒng)主要承擔(dān)壓縮機(jī)的噴油冷卻、潤(rùn)滑和密封，同時(shí)承擔(dān)壓縮機(jī)軸承潤(rùn)滑和能量調(diào)節(jié)的控制。不可調(diào)機(jī)組一般可以采用雙油路設(shè)計(jì)，一用一備，自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)在線維修更換過(guò)濾芯等工作?？烧{(diào)機(jī)組一般采用雙油精。

機(jī)組潤(rùn)滑油可以選用美國(guó)CPI的CP4600-68。

4 丙烯螺桿機(jī)組的制冷量和軸功率的計(jì)算

現(xiàn)以制冷工況:蒸發(fā)溫度－35℃，冷凝溫度35℃為例進(jìn)行制冷量和軸功率的計(jì)算。取吸氣過(guò)熱度為5℃，液體過(guò)冷度為5℃。制冷循環(huán)lg P-h圖見(jiàn)圖2，計(jì)算用的相關(guān)數(shù)值見(jiàn)表2。

圖2 制冷循環(huán)lg P-h圖Fig.2 lg P-h graph of refrigeration cycle

表2 計(jì)算用的相關(guān)數(shù)值Table 2 Relative value for calculation

4.1 制冷量計(jì)算

制冷量:Q0=Mr×(h1－h(huán)5)

式中，qvt為低壓級(jí)壓縮機(jī)理論容積流量，m3/h，對(duì)于LG20壓縮機(jī)，取qvt=1215 m3/h;ηv為容積效率，通常 ηv=0.75 ～0.95［5］，取 ηv=0.827; υ1為低壓級(jí)吸氣狀態(tài)制冷劑比容，m3/kg。

4.2 軸功率計(jì)算

壓縮機(jī)的軸功率為:

式中，ηad為壓縮機(jī)的絕熱效率，通常ηad=0.65～0.75，取 ηad=0.65。

4.3 主電機(jī)的選用

電機(jī)功率一般取軸功率的1.1倍，再圓整至通用規(guī)格，即選用200 kW的主電機(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

丙烯是一種環(huán)境友好型制冷劑。通過(guò)與R717，R22，R290對(duì)比，可知丙烯的單位容積制冷量較高;丙烯螺桿制冷機(jī)組主要由丙烯螺桿壓縮機(jī)、冷凝器、貯液器、經(jīng)濟(jì)器、供液閥組、氣液分離器、蒸發(fā)器組成。丙烯機(jī)組的非金屬材料可以采用氟橡膠和聚四氟乙烯。制冷劑為純丙烯時(shí)，丙烯機(jī)組的金屬材料選材比較廣泛。如果丙烯制冷劑中含有大量乙炔雜質(zhì)，金屬材料最好不采用銅和黃銅。丙烯的易燃易爆性對(duì)機(jī)組設(shè)計(jì)有一些特殊要求，如，電器元件的防爆等級(jí)一般采用dⅡBT4，壓力容器需要焊后熱處理等。機(jī)組可以采用雙油路，使機(jī)組不間斷運(yùn)行。機(jī)組潤(rùn)滑油可以選用美國(guó)CPI的CP4600-68。舉例進(jìn)行了丙烯機(jī)組的制冷量和軸功率的計(jì)算。通過(guò)對(duì)丙烯制冷機(jī)組的簡(jiǎn)介，希望與大家互相交流。

［1］GB/T 7778—2008制冷劑編號(hào)方法和安全性分類［S］.

［2］HG 20660—2000壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險(xiǎn)程度分類［S］.

［3］吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備［M］.西安:西安交通大學(xué)出版社，2010:60.

［4］左景伊.腐蝕數(shù)據(jù)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1982:824-873.

［5］邢子文.螺桿壓縮機(jī)——理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2000:99-102.