物流冷庫制冷系統(tǒng)優(yōu)化

馮迪

摘要：作為冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐，冷庫制冷系統(tǒng)的規(guī)范化建設(shè)至關(guān)重要，其不僅有助于冷庫系統(tǒng)能源消耗的合理控制，更對于物品冷凍保存質(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項目建設(shè)實際，在分析物流冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計要點的基礎(chǔ)上，對其制冷系統(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運行效率的同時，實現(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;制冷系統(tǒng);工作原理;優(yōu)化

引言

隨著冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，我國物流冷庫建設(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，現(xiàn)階段我國冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的增長速度保持在8%～10%;其造成了物流冷庫需求的持續(xù)增加。就物流冷庫設(shè)計而言，人們在進(jìn)行新型冷庫設(shè)計、施工的基礎(chǔ)上，加強了對現(xiàn)有冷庫的優(yōu)化改造，從而確保其在產(chǎn)品冷凍、冷藏和保險方面職能的發(fā)揮。冷庫制冷效率優(yōu)化是其設(shè)計改造的重要內(nèi)容，然而受諸多因素影響，傳統(tǒng)物流冷庫優(yōu)化的效果相對有限，基于此，進(jìn)行物流冷庫制冷系統(tǒng)的現(xiàn)代化設(shè)計已經(jīng)成為推動其行業(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項目建設(shè)實際，對冷鏈物流冷庫的制冷系統(tǒng)應(yīng)用展開分析。

1 物流冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計要點

冷鏈物流產(chǎn)業(yè)是一個專業(yè)性較強、社會實踐度較高的現(xiàn)代學(xué)科門類，其在易腐、生鮮產(chǎn)品物理化學(xué)特質(zhì)考慮的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了生產(chǎn)、運輸、銷售和技術(shù)等問題的結(jié)合。冷鏈物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計是其產(chǎn)品保鮮實現(xiàn)的重要支撐，故而在系統(tǒng)設(shè)計過程中，冷鏈物流產(chǎn)業(yè)設(shè)計人員必須注重以下要點把控：

其一，保證物流冷庫制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，實現(xiàn)質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品儲藏和供應(yīng)是物流冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計的重要目的;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。故在制冷系統(tǒng)實際設(shè)計中，冷庫基礎(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，從而確保冷庫庫溫的把控合理，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)品停放時間最長的環(huán)節(jié)，物流冷庫對于產(chǎn)品壽命延長和價值提升具有深刻影響;然而在該環(huán)節(jié)中，產(chǎn)品冷藏效果的實現(xiàn)伴隨著較大的能耗，新時期，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，確保實際能耗的有效控制。其三，新時期，現(xiàn)代化制冷設(shè)備的應(yīng)用使得人們對于冷庫的電氣控制提出較高要求，只有不斷提升冷庫制冷系統(tǒng)的智能化水平，才能確保冷庫制冷效率和質(zhì)量的提升，實現(xiàn)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化、規(guī)范化發(fā)展。

2 項目概況

天津陸路港大型物流冷庫項目于2018年設(shè)計施工，冷庫建設(shè)周期5個月，建設(shè)總面積為6050m2，庫內(nèi)凈高為9.5m，庫容量約15000噸。針對服務(wù)對象和性質(zhì)，考慮到多品種食品儲藏，由冷凍庫和冷藏庫及低溫月臺組成。其中冷凍庫庫溫設(shè)計為-20℃，庫容為14000噸;冷藏庫庫溫設(shè)計為0-5℃，庫容為1000噸;低溫穿堂設(shè)計為1-7℃。冷庫投建后，可實現(xiàn)KFC及必勝客原料的有效儲存。項目設(shè)計中，考慮到節(jié)能、安全和保持庫溫恒定系統(tǒng)采用了電子膨脹閥供液和熱氟融霜形式，同時地坪采用乙二醇加熱系統(tǒng)，利用壓縮機排氣的熱量來加熱乙二醇，再用乙二醇泵輸入地坪加熱管內(nèi)循環(huán)，對地坪加熱防凍。

3 冷庫制冷系統(tǒng)工作原理及具體配置

3.1 工作原理

作為冷庫制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的基礎(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)等都是冷庫制冷系統(tǒng)應(yīng)用的基本組成;同時其還包括了輔助設(shè)備、儀表、控制器件、閥門和管道等的細(xì)化支撐。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)用也會存在差異;譬如在蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)應(yīng)用中，壓縮機、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)移是冷庫制冷系統(tǒng)熱量轉(zhuǎn)移的基本形式。具體而言，當(dāng)壓縮機開始運作時，這些低溫低壓的蒸汽會被整體吸入、壓縮;并當(dāng)其達(dá)到高溫高壓狀態(tài)時排入冷凝器，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?，F(xiàn)階段，在節(jié)流閥支撐下，這些高壓液體會被節(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，實現(xiàn)冷庫的循環(huán)制冷。需要注意的是，制冷系統(tǒng)循環(huán)應(yīng)用過程中，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)用的四個基本環(huán)節(jié)。具體優(yōu)化過程中，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)是較為常見的應(yīng)用形式。天津陸路港大型物流冷庫制冷系統(tǒng)優(yōu)化中，根據(jù)冷庫具體的制冷要求，設(shè)計人員進(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），符合美國環(huán)保組織EPA、SNAP和UL的標(biāo)準(zhǔn)，符合美國采暖、制冷空調(diào)工程師協(xié)會（ASHRAE）的A1安全等級類別（這是最高的級別，對人身體無害）。

制冷機組配置按照庫溫劃分2個系統(tǒng)，低溫系統(tǒng)采用2臺3機頭螺桿并聯(lián)機組，每臺螺桿機頭有4級能量調(diào)節(jié)，整臺機組有12級能量調(diào)節(jié)，每臺機組分別帶每間庫的5臺冷風(fēng)機，即使一臺機組出現(xiàn)問題，另一臺機組可以制冷;中溫庫采用的是3機頭活塞并聯(lián)機組，可以實現(xiàn)0-33%-66%-100%共 4級能量調(diào)節(jié);控制系統(tǒng)設(shè)置機組運行時間計時器，每臺壓縮機的運行時間都有累積，累積運行時間決定壓縮機的開、停機順序：開機時，累積運行時間短的壓縮機先開機;停機時，累積運行時間長的壓縮機先停機，做到各臺壓縮機等時間運行，使制冷系統(tǒng)始終保持在最高效的狀態(tài)，從而達(dá)到安全運行、節(jié)能降耗、降低運行費用的效果。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)計應(yīng)用為本系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化運行提供了必要的條件，電子膨脹的過熱度設(shè)定值可調(diào)，其在凍結(jié)全過程中能做到負(fù)荷與冷量平衡，凍結(jié)效率可以提高，凍結(jié)時間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時也就減少壓縮機的能耗。

4 化霜系統(tǒng)優(yōu)化

化霜系統(tǒng)是冷庫制冷系統(tǒng)實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，同時也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化的難點所在。化霜系統(tǒng)的設(shè)計，針對原系統(tǒng)應(yīng)用中，設(shè)計時進(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)是冷庫制冷效率提升的重要保證。實際應(yīng)用過程中，受低溫影響，冷庫內(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)，同時會對冷庫制冷效率造成嚴(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，冷庫制冷效率會下降至30%以下，造成制冷能耗的急劇增加;同時，較差的制冷效果會降低相關(guān)制冷設(shè)備的使用壽命，同時影響產(chǎn)品實際的冷藏效果。因此，在制冷系統(tǒng)應(yīng)用過程中，實現(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制冷系統(tǒng)優(yōu)化過程中，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)。其中冷凍庫冷風(fēng)機采用熱氟除霜，而穿堂采用的是電化霜。其具體應(yīng)用規(guī)范如下（見表1）。從應(yīng)用效果來看，化霜設(shè)備的應(yīng)用使得冷庫制冷系統(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，隨著化霜技術(shù)的應(yīng)用使得翅片盤管始終處于無霜或者少霜的狀態(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，在自動化、智能化化霜控制下，冷庫化霜實踐更加節(jié)能，具體而言，蒸發(fā)溫度提高2到3℃，則制冷系統(tǒng)運行費用可降低10%左右，實現(xiàn)了化霜系統(tǒng)設(shè)備配置的合理性和制冷系統(tǒng)運作高效。

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)運作的重要形式，氟利昂應(yīng)用過程中，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)運作制冷的提升。本工程優(yōu)化過程中，運行初期冷凍庫2臺風(fēng)機的熱氟氣動閥無法關(guān)嚴(yán)，化霜時有的熱氣會在經(jīng)過蒸發(fā)器之后，從氣動閥泄露并回到了壓縮機的吸氣口，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，氣源和氣動閥的壓差存在問題。為實現(xiàn)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化質(zhì)量的提升，首先對4/6號風(fēng)機對應(yīng)的氣動閥進(jìn)行調(diào)整，確保氣動閥上的氣源管徑由原來的φ3/8改為φ5/8;同時確保對應(yīng)電磁閥、過濾器、球閥應(yīng)用型號的加大;確保了氣動閥工作狀態(tài)的良好，從應(yīng)用效果來看，熱氟進(jìn)出口氣動閥優(yōu)化后，制冷系統(tǒng)化霜裝置的化霜時間得以有效縮短，有效的提升了化霜系統(tǒng)的運作效率，后期對整個冷凍庫熱氟冷風(fēng)機進(jìn)行改造。改造后的制冷系統(tǒng)運作狀態(tài)下，氣動閥在化霜時可以關(guān)嚴(yán)，風(fēng)機正?；?，制冷設(shè)備的用電量明顯降低，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 壓縮機回氣

天津陸路港大型物流冷庫制冷系統(tǒng)初期調(diào)試階段，對低溫螺桿壓縮機并聯(lián)機組應(yīng)用過程中，也進(jìn)行了優(yōu)化改造，首先對一臺低溫機組進(jìn)行改造實驗，其在機組排氣端恒壓閥應(yīng)用的基礎(chǔ)上，增加一個電磁導(dǎo)閥和一個壓差導(dǎo)閥，降低排氣壓力，制冷系統(tǒng)化霜時，壓差導(dǎo)閥實現(xiàn)機組排氣壓力的有效控制，保證氣動閥與氣源之間壓差的控制合理，從而保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

天津陸路港大型物流冷庫制冷系統(tǒng)優(yōu)化過程中，雖然原有的熱氟和電子膨脹閥設(shè)計和常規(guī)設(shè)計比較，在很大程度上實現(xiàn)節(jié)能省電;后期調(diào)試過程中，對熱氟進(jìn)出口優(yōu)化和壓縮機回氣優(yōu)化的設(shè)計改造，經(jīng)控制檢測分析，經(jīng)過化霜系統(tǒng)熱氟進(jìn)出口優(yōu)化后及壓縮機回氣優(yōu)化的設(shè)計改造后，冷庫耗能由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，實現(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。實現(xiàn)了制冷效率有效提升。由此可見，物流冷庫制冷系統(tǒng)優(yōu)化對其應(yīng)用質(zhì)量提升具有重大影響。實踐過程中，設(shè)計人員只有在把控物流冷庫制冷系統(tǒng)設(shè)計要點的基礎(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運行效率的同時，實現(xiàn)冷鏈物流產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張偉.《冷庫設(shè)計規(guī)范》修訂主要技術(shù)要點[J].工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2017（7）：47-48.

[2]黃志華.提高我國冷庫制冷系統(tǒng)能源效率的可行方法探討[J].冷藏技術(shù)，2017（4）：1-6.

[3]李佳沨，姚濤.冷鏈物流低碳化管理對策分析[J].鐵道貨運，2017，35（9）：7-10.

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