预测未来几年,冷库行业仍将保持稳定增长,冷库容量规模将会继续扩大,随着行业的逐步进入成熟,增速将会慢慢减缓。冷库制冷系统在直接制冷剂不易应用的位置或者不可使用直接制冷剂的特殊环境中,提出载冷剂1代替直接制冷剂用来冷却被冷却物体的制冷模式。冰河冷媒具有性质稳定、安全可靠、无毒害作用的特点。本文介绍了冷库制冷系统发展新的方向载冷剂间接制冷系统的实际应用情况。

1)载冷剂是以间接冷却方式工作的制冷装置中,将被冷却物体的热量传给正在蒸发的制冷剂的物质。

新发布的2019年《关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》中,加强农产品冷链物流建设再次成为促进我国农业发展的重点。其中,第十四条明确指出,要加强冷链物流基础设施网络建设:”完善全国农产品流通骨干网络,加快构建公益性农产品市场体系,加强农产品产地预冷等冷链物流基础设施网络建设,完善鲜活农产品直供直销体系。”第三十一条中,中央强调要在农业用地方面完善政策,支持冷链设施建设:”完善农业用地政策,积极支持农产品冷链、初加工、休闲采摘、仓储等设施建设。”这是冷链物流行业迎来的春风,也促使冷库建造迅速发展。

冷库主要建设在人口密集的市场区域。”氨”作为一种廉价的制冷剂被普遍应用在冷库及食品速冻等行业,但是氨具有毒性和刺激性气味,遇明火会发生爆炸,一旦泄露会造成严重的人身伤亡事故。

液氨泄露事故回顾

1.2005.7.6上海市南汇区某镇发生液氨泄露,周围的几百户居民受到氨气侵蚀,百余人中毒并送往医院。

2.2007.9.5厦门市湖里区青升冷冻加工发生氨气泄露造成2死亡、12人受伤。

3.2008.5.2湖南省泸溪县一辆运输液氨的槽罐车在卸载液氨的过程中,因管道破裂,导致液氨泄露,泄漏量约15吨,造成4人死亡。

4.2009.5.5昆明市”兰龙潭”屠宰场制冷车间发生液氨泄露,致21人不同程度中毒,其中包括10名儿童

5.2011.8.28河北省万全县佳绿农产品公司液氨制冷管道发生爆炸,致使液氨泄露,造成4人死亡,4人受伤。

6.2012.10.22四川省眉山市仁寿县一食品厂冷库发生液氨泄露事故,造成40余人受伤。

7.2013.6.3吉林省德惠市宝源丰禽业公司发生液氨泄露引发爆炸,遇难119人

8.2013.8.31上海宝山区翁牌冷藏实业由于液氨管路管帽脱落,引起液氨泄露,造成15人死亡,25人受伤。

液氨基本概况:

优点;原料来源易于获取、制冷量大、放热系数高

缺点;易燃易爆、有刺激性气味、对铜和铜合金有严重腐蚀;空气中含量0.5%-0.6%,半个小时即中毒;11%-13%则可然;当达到16%时遇明火立即爆炸,危险系数极高。

运行过程中;车间操作复杂,需要定期补加润滑油,后期维护费用高。系统内的润滑油,与氨液几乎不容,在蒸发器内容易形成油膜,致使蒸发温度下降,换热效率下降,相应的能耗增加。安全性低,一旦发生泄漏,后果不堪设想,诸多事故警惕我们。

而目前我国食品行业的冷库普遍采用另一种直接制冷介质”氟利昂”,不易获得,价格昂贵,发生泄漏会对地球臭氧层造成破坏,根据我国政府已在1989年和1991年分别加入了《保护臭氧层维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》及其伦敦修正案,截至到2030年氟利昂全部淘汰。而大、中型制冷系统的使用寿命往往在20年以上,为降低环保政策风险,尽量减少卤代烃及其混合物的灌注量和泄漏可能性是目前经济、可行的技术措施。

氟利昂基本概况

前期设备原料投资大,系统内也有润滑油,与氨液几乎不容,在蒸发器内容易形成油膜,致使蒸发温度下降,换热效率下降,相应的能耗增加。氟利昂泄漏不易察觉,检查露点耗时耗工,且二次补加成本高,如果是混合物,二次补加比例很难确定,这也将影响换热器效率。近几年也出现了CO2制冷系统,也得到了很多客户的欢迎。下面就CO2制冷系统做简单分析:

CO2制冷的优点:

1、CO2为自然工质;

2、优良的经济性,无回收问题;

3、良好的安全性,无毒,不燃;

4、优良的传热和流动性。

CO2制冷现阶段的局限性:

1、管道材质:CO2常温下压力为75kgf,采用R717和CO2复叠制冷,温度控制在-5℃~-10℃范围内,设计压力为52kgf,运行压力在30kgf,在此压力下,管道采用不锈钢或16Mnr,不锈钢焊口需经过处理,否则容易腐蚀,16Mnr焊接后需经过热处理,在中国现有条件下,现场没法进行处理,如果出现问题,危险性更大。此外,中国没有这方面的规范和部门对此进行检验,检验标准生产厂家按自己厂家的标准执行。

2、CO2的水的影响:CO2系统中如果有水分,不但会造成冰堵,CO2和水反应生产碳酸,对系统造成腐蚀。通常在系统中增加干燥过滤器,经常更换干燥过滤器,但在如此高的压力下,更换过滤器,对设备管理人员提出了更高的要求。

3、CO2冲霜的问题:如果采用电融霜,运行费用非常高;采用水融霜,融霜时间长,并且冷库地面会出现冻冰现象。通常采用工质融霜。CO2制冷压缩机组工作范围-5℃~-10℃,压缩机设计压力在35kgf,而融霜温度在10℃左右,需增加进口压缩机进行融霜,设计压力在50kgf~60kgf,融霜压缩机组都是进口,如果出现故障,现场很难处理,维修周期非常长。

4、辅助制冷系统:由于CO2常温下压力过高,系统停止运行时,需开启辅助制冷系统保持系统压力升高,辅助制冷系统需配置专用发电机组,并且都要有备用,时刻保证辅助制冷系统和专用发电机组都在良好的工作状态,平时不使用,一旦制冷系统停止运行,必须保证辅助制冷系统可靠运行,辅助制冷压缩机采用进口,维修麻烦。

5、操作维护:CO2制冷系统同R22制冷系统一样,系统很难回油,完全靠人工操作进行系统回油,在如此高的压力和复杂的系统下,对设备操作人员技术水平提出非常高的要求。该系统有制冷压缩机组、融霜压缩机组和辅助制冷系统,各压缩机组都不能出现故障,对设备维护人员要求很高的技术水平。系统压力非常高,运行补充CO2和冷冻油,更换阀门、安全阀等,都要求有非常专业的设备维护人员。

6、CO2的危险性:直接存在于人类的呼吸过程中,3%(30,000ppm)导致呼吸加重(+100%),5%(50,000ppm)导致麻醉,10%(100,000ppm)导致昏迷,>30%立即导致由于浓度过高而引起的死亡!大气中CO2和O2的浓度比为1:700。O2浓度下降1-5%不会引起致命的危害。CO2浓度上升1-5%是致命的,需要设置类似于NH3那样明显的警示标志以便使现场受过训练的工作人员能够随时意识到可能存在的安全性问题。

在中国现有的国情下,CO2制冷系统不适合作为商业推广,只能作为实验项目使用,只有各方面都进一步发展,才适合推广。

借鉴医药化工行业的载冷剂间接制冷技术在冷库制冷领域的应用,有效解决了这个矛盾。在我国部分冷库安全改造与升级工程中,为解决在人员密集活动的市场区域和氨制冷冷库之间的矛盾时,很好的用冷库专用载冷剂间接制冷系统解决了这个问题。本文就冷库专用载冷剂间接制冷系统的实际应用进行简单阐述。

载冷剂间接制冷优势:

安全只有载冷剂进入冷库车间,常压循环,维护简单

环保制冷剂氨、氟仅在机房循环,大大缩减了用量,避免了泄露造成的人身伤害和环境污染

节能通过载冷剂蓄冷节电,载冷剂蓄热除霜节能

经济机房里的氨机和氟机均可使用,改造简单,费用省

缺点:选择一个合适的载冷剂尤为关键,传统的载冷剂盐水、乙二醇有腐蚀性,低温黏度大,泵的能耗增大。

特推荐冰河冷媒科技(北京)有限公司生产的冰河冷媒系列载冷剂,低温黏度低,对金属无腐蚀,比热大,载冷能力强。

选择载冷剂考虑的指标

1.防腐蚀。腐蚀性越低越有利于长期安全稳定运行。

2.粘度低。使用粘度越低,动力设备功率需求越低,载冷剂的液膜厚度越薄,传热效果越好。

3.比热大。比热越大,输送冷量越多。动力设备功率需求越低,冷量输送距离越远。

4.热导率高。热导率高,换热效率高,换热器面积小,动力设备功率需求低。

乙二醇等载冷剂代用品腐蚀机理

腐蚀机理一;

乙二醇易酸化。酸化的原因是乙二醇属于醇类物质,含有羟基,在做再冷剂使用过程中容易氧化成酸。乙二醇本身是相对活跃的物质,容易聚合成高分子聚合物,进一步氧化成聚合物有机酸,另外乙二醇遇氧气反应,产生甲酸和乙酸。

腐蚀机理二;

乙二醇做再冷剂使用过程中还会有其他腐蚀与空气接触容易产生气泡,气泡在溃灭过程中产生的微射流或冲击波对设备产生损伤–穴蚀(又称汽蚀,空蚀)。穴蚀现象开始是变色,表面局部呈灰白色,而后逐步变粗糙,继而呈现麻点和针孔,并逐步向深处发展,后产生散落或形成局部聚集的蜂窝状空群,严重的针孔可穿透设备。加上钢铁表面不均匀,他在水中会形成无数微小的腐蚀电池,进而造成腐蚀。

金属腐蚀危害:盐水、乙二醇水溶液对金属设备的腐蚀危害严重。

1.严重腐蚀换热器。若换热器设备被腐蚀,会严重影响换热器的换热效果,如果不及时采取措施,时间越长,腐蚀越严重,换热效果会越差;

2.严重腐蚀管道。盐水、乙二醇水溶液对管道的腐蚀非常严重,因此会造成管路的过早泄露。

3.严重腐蚀泵、阀门等金属管件。系统中连接管路的各种电焊、钎焊接头材料各异,并处于电解质溶液中,腐蚀产物的沉积等原因容易形成电偶、浓差等腐蚀。

当设备出现锈蚀后,如果不及时采取措施,时间越长,腐蚀也会越来越严重,增加了维修和运行费用。若阀门、管线被腐蚀穿孔,会造成物料泄漏等危害。

冰河冷媒防锈性无与伦比,解决了盐水、乙二醇水溶液系统腐蚀严重的问题,下图为两块完全相同的碳钢试块,同时分别放入无色透明的乙二醇水溶液和冰河冷媒溶液中,经过一段时间拍摄的照片如图所示。乙二醇水溶液变浑浊,碳钢试块90%部分生红锈,而冰河冷媒仍保持无色透明,碳钢试块表面无明显变化。

载冷剂间接制冷作为一种代替直接制冷剂的制冷系统,具有很好的发展前途,合理的运用和科学的规划设计,能够使一个系统充分的发挥效能。在国内较多的旧的氨制冷冷库和市场结合的单位中,由于各种原因不易搬迁,可以考虑对冷库系统进行载冷剂系统的升级改造,降低安全隐患的发生概率,提高运用效果,使旧冷库焕发新的生命。随着冷链行业在我国不断加速发展,冷库是基础,是冷链的重要组成部分。随着我国经济的发展,人们的生活质量要求越来越高,我国农产品大幅增产和速冻食品快速增长,对冷库建设需求越来越强劲。相关机构预测,受益于城镇化水平提高、生活方式变化、人们对食品安全重视程度提高、食品和物流企业规模化经营等因素,未来十年,中国冷链物流需求有望呈年均15%-20%稳健增长趋势。可以预见,作为冷链物流配套核心基础设施,冷库建设2020年有望继续呈现良好发展趋势。