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螺杆式乙二醇机组系统分析

发布时间:2022-09-27 05:45:41 来源:米乐M6官网首页 作者:m6米乐登陆

  螺杆式乙二醇机组是以乙二醇溶液为低温载冷剂,为用户提供+ 4℃—30℃乙二醇溶液的螺杆式冷水机组,广泛应用于石油、化工、制药、有机合成、蓄冷等各种工商业领域。随着石油、化工等产业的加大投入,螺杆式乙二醇机组以其本身具有的可靠性、稳定性、低故障率等优势,将继续受到新老用户的厚爱。一台螺杆式乙二醇机组怎样才能可靠、平稳地运行? 设计者、用户在实际操作中应当注意哪些事项? 以下部分会给您一些参考建议。

  目前,螺杆式乙二醇机组使用的制冷剂有NH3、R22、R134a等,而R22应用最为广泛。虽然同样规格的螺杆式NH3压缩机和螺杆式R22压缩机相比制冷量无太大差异,但NH3对“物美价廉”的高效铜换热管有强列的腐蚀作用,因此换热管只能采用钢管或不锈钢管,而钢制管件与铜材相比可塑性不高,无法达到像铜高效换热管一样的效果,换热效果差只能意味着换热器体积的庞大,价格的攀升;R134a 作为一种过渡时期的制冷剂,其理论制冷系数与NH3 、R22 相比都不相上下,但对同样规格螺杆制冷压缩机而言,必须提高压缩机转速增大排量来实现与NH3、R22压缩机同样的冷量。另外,R134a的换热效果与R22相比,效果明显逊色很多,因此同样冷量的R134a螺杆式乙二醇机组成本也会增加。综上所述,在目前情况下,R22仍然是螺杆式乙二醇机组的最佳制冷剂,实际应用也最为广泛。

  螺杆式乙二醇机组的载冷剂根据使用工况的不同,乙二醇溶液的浓度也随之变化,总的趋势是:蒸发温度越低,乙二醇溶液的浓度也越大,一些文献介绍乙二醇溶液的浓度应该使凝固点比载冷剂的出口温度低5~8 ℃,我们比较赞成这种观点。对于一定工况的螺杆式乙二醇机组,浓度过小,乙二醇溶液会结冰,换热管表面形成一层“冰膜”,导致换热效果变得极其恶劣,轻则吸气带液,重则冻坏热管;浓度过高时,运动粘度变大,比热变小,不仅载冷剂侧阻力变大,而且换热效果变差,传热温差变大,蒸发温度下降,冷量减小。因此,合适的浓度选择尤为重要,在不能准确测定载冷剂浓度的情况下,我们认为高的浓度对机组的破坏性要小些。

  螺杆式乙二醇机由于蒸发温度相对较低,压比较大,因此为了获得最佳效率,压缩机排气口的位置相应做了变动。当乙二醇溶液温度低于-10℃时,机组带上一个经济器是一个明智的的选择。目前可以设计制造此种压缩机的有大冷、武冷、约克、比泽尔等厂家。螺杆式压缩机有开启式、半封闭、全封闭等形式,我们建议用户在选择螺杆式乙二醇机组时尽量考虑使用开启式压缩机,因为半封闭和全封闭压缩机的电机与压缩机被安装到同一个机体内部,在低温条件下,螺杆式乙二醇机组能效比相对空调系统要低很多,这时候电动机的发热量对系统的制冷量影响很大,而开启式压缩机避免了此种情形,开启式螺杆式乙二醇机组不仅维护方便,而且开启式压缩机具有高效油分离器,分油效果好,制冷剂中含油量相对半封闭少,这样保障了蒸发器、冷凝器的效率最大化。

  冷凝器的形式有壳管式、蒸发式、板式、风冷等型式,冷凝器的形式选择可根据用户的实际情况进行选择,水源紧缺可选择蒸发式或风冷,水源有保证可选择壳管式或板式。在实际应用中最广泛的是壳管式冷凝器,壳管式冷凝器具有冷凝温度低、体积小、初投资小、运行稳定等优点,在设计壳管式冷凝器时预留一定的贮液空间对系统的可靠性是十分重要的,原因是在系统运行中膨胀阀或节流阀前面有可能因为负荷变化留有一部分制冷剂液体,这些液体多了以后会浸没一部分冷凝管,从而影响换热效果,引起冷凝温度上升,排压升高等不良后果。由于国外技术的引进,蒸发式冷凝器近几年应用十分广泛,由于蒸发式冷凝器节省了大量的循环冷却水,在缺水地区应用比较广泛,发展前景也比较广阔。

  对于干式蒸发系统,采用手动节流阀很难达到稳定控制的目的,采用热力膨胀阀或电子膨胀阀以后,由于膨胀阀可根据过热度的设定范围精确控制阀门的开启度,因此蒸发器供液量可得到可靠控制,系统稳定性大为提高。

  对于满液系统,一般采用手动节流阀或浮球阀,浮球阀是一种比较可靠的节流方式,可以通过蒸发器液位或排空冷凝器中的工质来保障负荷发生变化时系统自动恢复平衡,目前在许多大形中央空调与特种载冷剂机组中应用比较广泛。

  蒸发器的形式有壳管式、板式两种,在实际应用中,壳管式应用最为广泛。壳管式蒸发器具有价格低,水质要求不高,可根据用户具体情况灵活改动等优点。壳管式蒸发器又可分为满液式和干式两种。因为蒸发器的重要性,以下分别对这两种形式的蒸发器做一个分析。

  满液式蒸发器的特点为:制冷剂在管外蒸发,乙二醇溶液在管内走,由于高效换热管的应用以及满液式蒸发器制冷剂侧热阻较小的缘故,故在同样负荷情况下,满液式蒸发器具有换热面积小、结构紧凑等特点,由于满液式蒸发系统压缩机吸入的气体几乎没有过热度,因此系统的经济性要好一些。

  但是,当乙二醇溶液出口温度低于- 10℃时,乙二醇溶液粘度也随着温度降低而变大,阻力损失也变大,换热效果变差。

  干式蒸发器具有回油效果好,系统控制简单等优点,国内外许多制冷机制造商均采用此种型式。

  干式蒸发器的结构特点为:制冷剂在管内蒸发,乙二醇溶液在管外走,由于制冷剂侧热阻较大,因此换热内部作了强化,乙二醇溶液在- 10 ℃以下时,由于粘度较大,为了使蒸发器进出口阻力控制在标准规定的范围之内,乙二醇溶液流速不能太大,我们建议蒸发管最好采用内外强化的换热管,减小乙二醇溶液侧的热阻,达到减小换热面积,降低机组成本,提高换热效果的作用。

  为了考核螺杆式乙二醇机组在干式蒸发与满液蒸发时的运行情况和制冷效果,我们选用大冷产JJZL G20F 带经济器螺杆式R22 压缩机组,冷凝器按-10/ + 40 ℃时对应的热负荷配置,冷凝器底部预留了一定的贮液空间,机组的供液管路规格按标准进行设计,1号机采用干式蒸发,膨胀阀采用DANFOSS 进口产品;2号机采用满液蒸发,浮球阀采用DANFOSS进口产品。两台机组的蒸发器均

  按制取- 10℃~ - 20℃乙二醇溶液,进出口温差为5℃进行设计,两台蒸发器均按阻力损失和换热效果两个约束条件作了最大限度的优化。

  机组制成后,依据GB/T10879 -2001《容积式和离心式冷水(热泵) 机组性能试验方法》,在大冷国家级性能试验室进行了性能测试,主测采用液体载冷剂法,辅测采用机组热平衡法,1 号机、2 号机的试验流程图如图1 。

  为了使蒸发器达到最佳换热效果并且接近实际应用,我们的乙二醇溶液浓度均按低于出口温度5℃进行配置,随着出口温度降低,乙二醇溶液浓度增加。为了考核两种蒸发结构在不同工况的优劣性,我们特意把冷凝温度控制为40 ℃。当乙二醇溶液出口温度不同时,两种结构型式的制冷量与轴功率对比曲线 。

  测试表明,两种结构型式螺杆式乙二醇机组均运行平稳,控制可靠,机组各部件协调性好,在工况相同时,两种机型轴功率基本相同,2号机在- 12 ℃以上时,制冷量较大,1号机在-12℃以下时,制冷量较大,随着乙二醇溶液出口温度的继续一个合理的温度分布,从温度分布去分析,是容易避免的毛细管匹配不当从而节流过程不合适的情况。一般而言,一个特定的系统,和充注量一样,毛细管的长度有一个合理的范围。

  管径对循环的影响不再讨论。管径减小相当于毛细管加长,管径加大相当于毛细管减短。

  综上所述,家用空调的制冷系统要达到良好运行,必须综合考虑各种因素对系统的影响。比如,冷凝器、蒸发器的换热能力,除温度外,还与制冷剂的流动状况、壁面状况、铜材壁厚、铝箔换热性能、风量大小等有关。上面的内容可以得出以下4 点结论。

  (1) 获得额定的制冷量,蒸发器的换热能力应足够。冷凝器的换热能力应与它良好匹配,以求最佳换热效果。

  (3) 毛细管的节流过程对循环的稳定性有重要影响,毛细管的长度和管径的选择应尽可能使循环有冷量调节作用。