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氨制冷系统与氟制冷系统比较

㈠制冷剂
氨和氟(针对R22)都是中温制冷剂,在常温下的冷凝压力和单位容积制冷量相差不大,但为提高制冷量,制冷剂在节流以前一般均需要过冷,实验表明,当冷凝温度tk=30℃, 蒸发温度to=-15℃时,每过冷1℃制冷系数R22增加0.85%,而R717为0.46%.
氨对人体有毒,氨蒸气无色,具有强烈的刺激性臭味。一旦泄漏将污染空气、食品,并刺激人的眼睛、呼吸器官。氨液接触皮肤会引起“冻伤”。如果空气中氨的容积浓度达到0.5~0.6%时,人在其中停留半个小时即可中毒,浓度达到11~14%时即可点燃,当浓度达到16~25%会引起爆炸(系统中氨所分离的游离氢积累到一定的程度,遇空气引起强烈爆炸),江浙和福建等地曾多次发生氨压缩机或制冷系统爆炸事故,导致设备毁坏和人员伤亡的惨重损失。而且,我国已明确规定在人口稠密的场合,不能使用易燃、易爆的有毒制冷剂。
氨在润滑油中的溶解度很小,因此氨制冷剂管道及换热器的表面会积有油膜,影响传热效果。氨液的比重比润滑油小,在贮液器和蒸发器中,油会沉积在下部,需要定期放出。
因氨压力在0公斤时,蒸发压力为-33.4℃,为避免制冷系统在负压下工作,目前氨主要用于蒸发温度在-34.4℃以上的大型或中型制冷系统中。
因此,从安全、方便、卫生等方面考虑,特别是对空调、贮藏、-34℃以下制冷系统氨机不理想。
氟里昂是一种常用的高、中、低温制冷剂。它无色,无味,不燃烧,不爆炸,化学性能稳定。基本无毒(我国国家标准GB7778-87综合考虑制冷剂的燃烧性、爆炸性、对人体的直接侵害三个方面的因素,对制冷剂进行安全分类,R22被列为第一安全类,而R717被列为第二安全类),又可适用于高温、中温、和低温制冷机,以适应不同制冷温度的要求,能制取的最低蒸发温度为-120℃
氟里昂能不同程度的溶解润滑油,不易在系统中形成油膜,对传热影响很小。同时,氟里昂制冷机组在设计时还考虑到了工质的替代问题,即在使用新工质时,无须对系统进行改动。 (二)制冷系统
氨制冷压缩机本身的特点,蒸发温度低于-28℃时要采用双级压缩,且氨机需提供泵供液系统及复杂的回油机构,致使系统庞大、辅机多、管路复杂,阀门多,施工安装程序复杂,施工周期长。同时会带来故障隐患的增加(江浙和两广等地,氨系统曾发生多起蒸发管道和加氨管道、阀门破裂、脱开等引起跑氨事故,氨阀阀芯脱落,陷入阀体内卡死的事故更是频繁发生)。由于氨具有较大的毒性,机房向外开启的门不允许同向生产性厂房, 氨制冷系统的设备间不宜布置在其它厂房的共同建筑之内。而且氨机运行时噪音大,振动较大,产生的动载荷大,对库体的影响不可忽略。因此必须单独设置机房。且氨系统中阀门均为开启式阀门,制冷剂的微量泄漏是无法避免的。
氟里昂的特性决定了氟系统管路较氨系统简单的多。氟里昂机组的配置已经非常完备,只需简单的接管即能投入运行。且氟机组体积小,占地少,不需单独设机房,大大节省了空间,机组噪音低,所有阀件为全封闭阀件,无工质泄漏等问题。
(三)控制系统
氨系统无法完全实现自动控制。其开、停机及供液调节等工作必须由人工操作完成,需设专业人员对氨机进行24小时管理,且保护装置不完备。
氟系统可实现完全自动控制,无需专人看管。保护装置完备,机组配有电压保护、温度保护、电流保护、压力保护等完备的保护措施,并可实现计算机控制,能量调节范围广。
(四)经济性
☆设备投资比较:对于相同的制冷量、相同的温度范围,不同的制冷机初期投资是不同的。大型工程从设备投资来看,氨制冷系统的整体设备投资比氟里昂低。
氨系统包括的设备较多,主要有压缩机、冷风机、冷凝器、油分离器、高低压贮液桶、中间冷却器、再冷却器、氨液分离器、低压循环桶、紧急泄氨器、放空气器、集油器、氨泵及相应的阀件和旁通阀等。氨对钢铁不起腐蚀作用,但当含有水分时,腐蚀锌、铜、青铜及其铜合金,只有磷青铜不被腐蚀。一般氨系统管路不用铜和铜合金材料而采用无缝钢管,只有连杆衬套、密封环等零件才允许使用高锡磷青铜,无缝钢管比铜管造价要低,但其传热性能要比铜管差。
氟包括的主要设备有压缩机、冷风机、冷凝器、油分离器、气液分离器、集油器、贮液器及相应的阀件等,一般氟系统采用铜管,而且氟系统旁通管少,管路用量要比氨系统的少。总之,从大型项目设备投资来看,氨系统要比氟系统低。
☆安装施工投资比较:由于氨系统结构复杂,安装施工工程量比较大,因而,工程的安装施工投资也是不可忽略的,显然,氨系统的安装施工投资要比氟系统的大。
氨系统设备较多,管路及旁通阀连接较复杂,因此,安装施工必须有专业人员现场指导,所需人力物力较多,相应的安装施工费用也多。
氟设备比较简单,系统管路、旁通阀件及辅助制冷设备较少,因此安装施工方便。
☆安装调试比较
氨系统阀件较多,安装调试较困难,安装调试人员必须对于氨系统相当熟悉,调试中对各阀件进行认真调节,直到系统运行稳定为止。
氟系统的安装调试比起氨系统要简单的多,只要对于氟系统比较了解,有一定现场经验的施工人员即可进行系统的调试。
☆ 运行费用比较:
1、对于制冷量大,全年运行时间长的制冷装置,显然运行管理费的高低极其重要,甚至比初期投资更加重要。因而,我们应该针对实际工程做出比较全面的考虑,从而选择合适的制冷机。
氨系统由于很难实现自动控制,因而,不能达到最佳运行工况调节,导致制冷效率低,能量损失较多。
氟系统可以完全实现自动控制,包括最佳运行工况的调节、蒸发器供液量调节、冷间温度及蒸发温度的调节、自动融霜、冷凝压力自动调节、制冷机自动启停及能量调节、制冷辅助设备的自动控制等,这就使的氟机可以根据实际情况进行能量的调节和机组启停的自动化控制管理,这大大提高了制冷效率,同时也使运行费用降低。
小的温差对降低库房储藏食品的干耗也是极为有利的。因为小的温差能使库房获得较大的相对湿度,能减缓库房内空气中热质交换程度,从而达到减少储藏食品的干耗。氨制冷系统由于难于实现自动控,库房温度波动幅度较大,容易引起食品干耗;而氟制冷可以实现制冷工况自动调节,库房温度稳定,从而达到减少或避免温差所带来的干耗现象。
当制冷系统负荷不稳定时,因氟系统制冷机组为多机头构成,机组会根据系统负荷自动开停部份压缩机和冷却水泵及冷凝风扇。因此当制冷系统负荷不稳定时,氟系统比氨系统节省电力。在设备运行过程中,随着外界外界负荷大幅度的变化,虽然螺杆式压缩机可以采用滑阀来调节其输气量,调节中气体的压缩功随着输气量的减少而成正比地减少,但作为整台压缩机来说,运转中的机械损耗几乎仍然不变。因此在同一系统中采用多台螺杆式压缩机并联来代替单台机运行,在调节工况时,可以节省功率,特别是在较大输气量的系统中尤为有利,比如在四台主机的并联机组中,当制冷量调节至75%时,主机可以停开一台,这时四台主机组成的并联机组比单台机组节能42%.
多台主机并联运行机组不但对工况调节带来好处,同时也带来其它一系列的优点:其一是可以用较少的机型来满足不同输气量的需要,便于制造厂生产,降低成本;其二是使用时可以逐台启动主机,对电网冲击小;其三是运转效率可以提高,当其中某一台主机出现故障时,可以单独维修而系统仍可以维持运转,不影响生产。
☆系统无效制冷消耗比较:氨系统设置在常温环境的低温设备较多,主要有中间冷却器、再冷却器、氨液分离器、低压循环桶、集油器、氨泵及相应的阀件和旁通阀、供液、回汽管路;氟系统设置在常温环境的只有回汽管路、分液器,且氟系统为完全蒸发,氨系统为不完全蒸发,同样大小的系统,氨系统管路比氟系统管路通径大4~5倍,分液器容积氨系统比氟系统大50倍以上。
同时由于氨的毒性特性,一旦泄漏时,会危及人身安全或使食品受损,所以氨制冷系统不能采用直接冷却方式,只能采用间接冷却方式,间接冷却方式是冷间的空气不直接与制冷剂进行热交换,而是与冷却设备中的载冷剂进行热交换,然后,带有一定热量的载冷剂再与制冷剂进行热交换的冷却方式。间接冷却系统常用的冷媒是盐水、水。间接冷却方式的装置较多,费用高;且盐水对金属有腐蚀作用。由于存在二次传热温差,即制冷剂冷却载冷剂,载冷剂再冷却库房内的空气或货物,热交换效率较低,能量损失大。使经济性下降,因此只有在特定情况下,不宜直接使用制冷剂的地方(如盐水制冰、空调系统中)使用。
直接冷却方式是指冷却设备在库房内,制冷剂在冷却设备中直接吸收库内热量而蒸发,从而使库温下降的冷却方式。直接冷却方式的特点是:!制冷剂在蒸发器内直接蒸发吸热,发生相态变化,传热温差只有一次,能量损耗小;"与间接冷却方式比较,系统简单,操作管理方便,投资及运行费用都较低。
☆系统操作维护管理费用比较:不同的制冷机,它们的操作调节和日常维护的方便性也各不相同。显然,应该尽可能选择操作维护方便的制冷装置,以减少操作维护管理的人员和工作量。
氨系统的很多操作管理都必须靠人工实现,因而,现场必须有专业操作人员进行24小时值班,这使得现场的操作维护管理人员和工作量增加,相应的操作维护管理费用也增加。
氟机由于可以实现完全自动化控制,因而,使得现场的操作维护管理人员和工作量减少,可以实现24小时无需专人监控,而机组能够安全可靠的运行。同时随着自动控制程度的提高,控制精度提高,制冷的产品质量提高,产品成本将得到控制并降低。
在制冷装置的设计中,控制方式的选择是一个重要课题。从节能的角度,自动控制的水平越高,制冷装置节能降耗的水平越高。在《冷库冷藏冷冻新技术新工艺实用手册》一书中,国内有关专家在经过实际测试得出结论,与手工操作相比,自动控制的最大节电效果达44%。同时,随着自动控制程度的提高,控制精度提高,制冷的产品质量提高,产品成本降低。另一方面,自动控制可以明显防止事故发生,保障操作人员人身安全。自动控制使操作调节的劳动强度和工作量大大减少,可以减少操作人员,因此有条件时可以选用较高程度的自动控制方式。
☆维修费用比较:对于大型工程,设备的维修费用也是不可忽略的一部分。
氨系统阀件及辅助设备较多,易漏点也就增多,这就无疑增加了系统的维修管理费用。氨系统设备的检修周期为一年(更换易损零部件),大修周期一般为三年(对整个设备进行维修)。设备的检修和维修的工作量和时间较长。这样长的维修期,一方面会增加支出,另一方面也可能影响正常的生产。
氟系统压缩机的使用寿命一般为10-15年,无易损件,在使用期间,除日常的维护保养,不需要进行大的维修,这样就节省了大量的维修费和管理费。
☆运行的可靠性比较:根据制冷对象的不同,对制冷过程的可靠性要求也不同。对于制冷降温过程不允许中断的重要场合,显然应选择可靠性高的制冷机,防止由于维修等原因造成重大经济损失。
氨系统辅助设备较多,管路比较复杂,因而,易损件也多,一旦某个部件出现故障,将会影响整个氨系统的制冷效果,严重时甚至会导致整个制冷系统的瘫痪。
氟系统比起氨系统要简单的多,易损件也少,因而,氟机并联机组运行可靠,即使某个部件或一台压缩机出现故障,也不会影响到整个制冷系统,其维修期较短。
☆ 配属项目投资比较:
配电要求:氨压缩机单机装机功率大,启动电流大,配电要求高;氟压缩机单机装机功率小,启动电流小,配电要求低。
制冷机房配置:因氨为剧毒、易燃、易爆工质,氨机房防震等级为10级;氟机房标准无要求,室内室外均可。因氨系统附属设备大且多,设备占地面积比氟机大5~10倍。
从很多实际工程来比较,大型工程从设备投资来看,氨制冷系统的整体设备投资比氟里昂略低。但从附属设施投资及长期使用及维修、管理费用来看,氨制冷系统的投资并不低于氟里昂制冷系统的投资。而中小型工程的投资氨系统则明显高于氟里昂系统
塞式是一种传统的气体压缩方式。利用曲轴连杆机构,把原动机轴的旋转运动转化为活塞在气缸中往复运动来提高冷媒压力。螺杆式压缩机是一种回转式的容积气体压缩机。利用螺杆回转压缩提高冷媒压力。
活塞式压缩机使用范围较小,一般适用于中小规模的建筑,而且往复式的气体压缩只能通过调整气缸的工作个数进行上、卸载控制, 使得在容量控制方面只能做到级别调节(如100%-76%-33%-0%的三级调节)。而且活塞式压缩机容易发生液击而损坏。螺杆式压缩机通常适用于中大规模的建筑,而且通过滑阀调节能进行无级能量控制。大金的单螺杆压缩机可以在12%~100%的宽泛的范围内进行无级容量调节。
活塞往复式的运动由于有吸气、压缩、排气等不同过程,故运动中有相当大的噪音和振动。而单螺杆压缩机内螺杆和门转子处于匀速旋转状态,圆周运动平稳圆滑,几乎没有摩擦,故噪音很低。而在低负荷的情况下机组运行平稳,振动小。
活塞式压缩机,金属与金属间的往复运动需要大量油进行润滑和冷却。油泵、油箱和油冷却器等部件使得整个系统变得复杂。而单螺杆压缩机使用了大金独立研制的高性能工程塑料门转子,其良好的气密性和自身润滑性,无需油冷却器和油泵,少量的喷油就能使机器长期稳定的运行。降低了因辅件损坏而造成机组故障的可能性。
活塞式压缩机由于结构复杂,运动件多,因此维修复杂,频繁,维护周期短、费用高。大金的单螺杆压缩机运动件少,构造简单,磨损少,使得保养维护周期变长,维护费用低,大大提高了用户的使用便利性。
 
氨制冷系统和氟利昂制冷系统经济性分析
氨制冷系统和氟利昂制冷系统经济性分析
氨制冷系统是使用历史最长的制冷剂,它具有良好的热力性质,循环过程中高、低压力适中,具有较大的单位容积制冷量和较高的制冷系数,在我国曾得到广泛的应用,但是,氨易爆、有毒和强烈的刺激气味,设备体积较大,附属设备多、系统复杂、操作维护难度较大、不易实现操作自动化控制,所以逐渐被氟利昂制冷系统所取代。以下为氨制冷系统与氟利昂制冷系统各项技术指标的对比:
一、运行成本:
耗电量
为实现本项目制冷设计要求,采用氟利昂制冷系统(不含冷风机),比采用氨工质的制冷系统功率越低15%。
操作管理成本
氨制冷系统由制冷机组、氨油分离器、高压储液器、冷凝器、低压循环储液桶、集油器、氨泵和冷风机等组成,管路复杂,操作管理难度大,对操作人员的专业水平要求很高,同时由于难于实现自动化,系统需要有操作人员24小时值班操作管理,按每班3人技术大约需要12名操作人员(4班3倒):而氟利昂制冷系统管路简单,阀门等可操作较少,自动化程度高,只需2~3人就可进行操作管理,每年可节省人工费20万元左右。
维修成本
氨制冷系统平均每运转3000小时(约3个月)需对机组配件进行检修、更换,同时更换很多润滑油:氨制冷剂虽然价格便宜,但是由于氨制冷压缩机多开启式,易泄漏,每年需要补充大量的制冷剂:
二、初投资
土建投资:氨制冷系统附件较多,需要分别设置机房和设备间,占地面积大。
氨制冷系统装机容量约增加15%。
三 、其他
1、氟利昂制冷系统采用并联机组,单台压缩机功率较小,当冬天室外温度较低的时候,制冷机组可以自动进行多级能量调节,当负荷较大的时候,多台压缩机同时运转,而当冬季负荷较小的时候,可能就部分压缩机运转,节能效果非常明显:氨制冷压缩机虽然也可以进行能量调节(手动),但压缩机单机功率较大,节能效果并不明显。
2、氨和润滑油不互溶,氨系统在运行一段时间后,冷凝器、冷风机等换热设备底部会沉积大量油污,使得换热器热效率降低。所以需要定期人工清理。
3、当空气中氨浓度达到一定值时,遇明火易爆炸,要求机房有良好的通风,这样,机房和设备间只能设置在冷库的一角或单独设置,造成系统管路较长,冷量损失较大。
4、由于氨毒性较大,一旦泄漏,尤其是库内部分泄漏,将对库内的物品造成污染,影响产品质量。
5、由于氨制冷系统自动化程度较低,系统运行的可靠性、经济性基本上由人员决定,库内储存物品质量也由操作人员决定,这就使操作人员要经过培训才能掌握操作技能在;而氟利昂制冷系统为自动化运行,系统的可靠性基本上不受人为因素影响。
综上所述,氨制冷系统虽然一次性投资较氟利昂系统便宜20%。但是每年要比氟利昂系统多出10%,仅3~4年就要高出氟利昂系统。所以本项目采用氟利昂系统更经济实惠。

 

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