冷库制冷工艺应用手册

制冷系统形式的选择：

在冷库制冷系统中，习惯上把蒸发器称之为库房冷分配设备，把向蒸发器的供液方式称之制冷系统形式。

一、直流供液系统

1.系统流程

2.系统特点：

①制冷剂节流后直供，呈气液两相流，蒸发器传热效率低；分液困难；每一通路的压力降应控制在制冷剂饱和温度降低1℃的范围内。

②宜用于负荷比较稳定的简易小冷库或氟利昂冷库。

③在回气管路上设置气液分离器是必要的。气液分离器内流速≤0.5m/s为宜。

④小冷库用直流供液系统一般以采用压缩冷凝机组或压缩冷凝贮液机组为宜。

二、重力供液系统

1.系统流程

2.系统特点

①在重力供液系统，进入冷间蒸发盘管的是100%的蒸发压力下的饱和液体，因此，提高了蒸发盘管的传热能力，并为多组并联盘管的均匀分液消除了一大障碍。

②发生压缩机“液击”事故的可能性比直流供液系统大大减少。

③气液分离器必须设置在靠近能藏间的上方。多层冷库必须分层设置气液分离器，不便于集中管理。

④当气液分离器的液位控制装置出现故障时，难以随时根据系统负荷变化而稳定气液分离器的正常液位。

⑤系统的融霜、排液、放油等操作比较麻烦。

三、氨泵供液强制循环系统

1.系统流程

2.系统特点

①低压循环贮液桶有气液分离作用，但安装位置不需要高出冷间的冷分配设备。

②进入冷分配设备的氨液循环量是蒸发量的三到六倍，冷分配设备的传热效率高。

③供液管道和回气管道与冷分配设备的连接有“下进上出”和“上进下出”两种。

④氨泵系统安全性高，管理方便，造价省，易于实现自动化操作。

冷分配设备的选择：

一、冷间冷分配设备负荷（冷却设备负荷）

冷间冷分配设备负荷和冷库制冷压缩机的机械负荷是用来选配冷间冷分配设备和冷库机器设备的。

按《规范》给出的计算式计算冷间冷分配设备负荷：

（W）

式中：

—分别为围护结构热流量(w)；货物热流量(w)；通风换气热流量(w)；电动机运转热流量(w)；操作热流量(w)。计算方法同前。

P—货物热流量系数，冷却间、冻结间和货物不经冷却而进入冷却物冷藏间的货物热流量P=1.3；其他冷间P=1。

注意：各冷间冷分配设备的配置是以各自的冷负荷为依据，所以应逐间分别计算。

二、冷分配设备（冷却设备）传热面积

冷分配设备的制冷能力应与冷间计算所得的负荷相匹配，即：

三、冷却设备的传热系数

1.光滑顶排管和光滑墙排管

按《规范》计算光滑顶排管和光滑墙排管的传热系数：

(w/㎡·℃)

式中：

—光滑管在特定条件下的传热系数(w/㎡·℃)，可根据设计采用的排管型式，按《规范》附录 C的表C.0.1～C.0.3的规定采用；

—构造换算系数，和管子间距S和管子外径dw之比有关，可按《规范》附录 C的表C.0.4的规定采用；

—管径换算系数，按《规范》附录C的表 C.0.4的规定采用；

—供液方式换算系数，按《规范》附录 C的表 C.0.4的规定采用。

2.氨搁架式冻结设备：

氨搁架式冻结设备的传热系数按《规范》采用。

3.冷风机（空气冷却器）：

冷风机属于工厂产品，其传热系数已由有关标准规定。

注意：采用氨泵供液时，传热系数应按表中值增大10％。

四、冷间温度与冷却设备蒸发温度的计算温度差

确定冷间温度与冷却设备蒸发温度的计算温度差应考虑以下因素的影响：

1.食品在冷加工过程中的干耗；

2.增大对冷却设备的传热有利，冷却设备费用得以降低；

3.冷间温度由食品冷加工工艺要求所决定，是一个定值，所以要增大就得降低蒸发温度，引起压缩机制冷量减少，功耗增加，制冷系数变小。

所以在冷库中，一般按制冷剂蒸发温度不同划分2～3个蒸发系统，如-33℃、-28℃、-15℃系统等。

在冷库制冷工艺设计中，冷间温度与冷却设备蒸发温度的计算温度差应通过技术经济比较后确定，一般可根据《规范》的规定采用：

1.顶排管、墙排管和搁架式冻结设备的计算温度差，宜按算术平均温度差用，并不宜大于10℃；

2.冷风机(空气冷却器)的计算温度差，应按对数平均温度差取7～10℃确定。相对湿度要求≥80%的冷却物冷藏间宜采用4.5～6.5℃的温度差。

五、冷分配设备的选型

1.落地式冷风机：KLD—冻结物冷藏间用；KLL—冷却物冷藏间用；KLJ—冻结间用。

2.吊顶式冷风机：DDKLD—冻结物冷藏间用；DDKLL—冷却物冷藏间用；DDKLJ—冻结间用。

3.冷却排管：设计时，一般根据排管的特性、冷间的性质及建筑尺寸、冷间所在位置等因素，通过标准图集或手册来选用冷却排管的型式及组数。在选用时应考虑如下因素：

①减少冷间温度波动。

②便于操作。

③④液柱静压对蒸发温度的影响。

⑤提高传热系数。

⑥均匀供液。

六、冷分配设备选型原则：

1.所选用的冷却设备的使用条件和技术条件应符合现行的氨制冷装置用冷却设备标准的要求。

2.冷却间、冻结间和冷却物冷藏间的冷却设备应采用空气冷却器。

3.冻结物冷藏间的冷却设备宜选用空气冷却器。当食品无良好的包装时，也可采用顶排管、墙排管。

4.包装间的冷却设备，当室温低于－5℃时，应选用排管；当室温高于－5℃时，宜采用空气冷却器。

5.包装间、分割肉间等人员较多的冷间，当采用氨直接蒸发式冷却设备时，必须确保人身安全。

6.可根据不同食品的冻结工艺要求，选用合适的冻结设备，例如冻结隧道、平板冻结设备、螺旋式冻结设备、流态式冻结设备等。

7.冷却设备的布置应有利于提高库房体积利用系数，以及便于安装、检修、操作和除霜。排管与墙面的净距离不应小于150mm，与平顶或梁底的净距离一般不宜大于250mm。落地式空气冷却器水盘底应与地面保持一定的架空距离。

8.根据冷间的用途、尺寸、空气冷却器性能、贮存货物的种类和规定的温湿度条件，空气冷却系统可采用无风道的或有风道的空气分配系统。

无风道空气分配系统，在货垛上部应有0.6~1m的气流扩展空间。

风道空气分配系统，应设置送风的均匀风道，可利用货物之间的空间作回风风道。

库房和机房设备布置：

一、库房设备布置

1.冷却间

①冷却间的室内参数

冷却间的温度一般采用±0℃，肉食品冷却间可采用－2℃，相对湿度为90％。

②冷却间的建筑规模及加工工艺

冷却白条肉冷却间一般宽6m，长12～18m，高4.5～5m，面积72～108㎡。

每米吊轨的平均载荷为200～250㎏肉食品。

屠宰后的肉胴体温度能在20小时内从35℃冷却至4℃。

③冷却间设备布置及气流组织

冷风机通常布置在纵向一端，四侧离墙面或柱边的间距不应小于400mm。冷风机的设置高度应尽量利用冷间的净高，喷口上缘稍低于楼板底或梁底，以便冷空气形成贴附射流。

冷却间的空气循环次数约为50～60次/h，肉片间平均风速应为0.5～1.0m/s。冷却间的冷风机可按1kcal/h耗冷量配0.6～0.7m3/h风量。

冷风机的喷口以圆形为宜。喷口的出风流速一般为20～25m/s。喷口直径一般为200～300mm。喷口长度与喷口直径之比取决于冷间的长度，当冷间长度≤12m时，取3∶2；当冷间长度为12～15m时，取4∶3；长度为15～20m时，取1∶1。喷口渐缩角度不大于30°。喷射射程以不超过20m为宜。喷口阻力系数为0.93～0.97。

⒉冻结间

屠宰后的肉胴体，其温度均为30～35℃，经过冻结间20小时的冻结加工，肉胴体中心温度需达到-15℃。根据冻结间的工艺要求，其冷分配设备的选用和布置应遵循以下原则：

①冷分配设备在冻结间内所占的面积要小，在确保检修安装方便的前提下应尽量靠墙；

②冷分配设备应能保证冻结间所要求的-23～-30℃温度和空气流速在2~4m/s左右，且配风合理，冷间内气流均匀；

③正确的选择冷却系统的蒸发温度，尽可能减少制冷剂的流动阻力，以降低耗电量；

④由于刚进货时，冻结间内热负荷会突然增加，因此，在进行设备选用计算时，可按总热流量乘以1.3的系数；

⑤要求融霜速度快，排除融霜水应避免堵塞下水道和结冰。

常用的冻结间型式：

⑴搁架式冻结间

①搁架式冻结间的冷却设备

适用于每昼夜冻结量小于5吨的冷库。家禽、水产品以及猪副产品，一般是装在金属盘内直接放在搁架式排管上冻结。

搁架式排管是用外径为Φ38或Φ57的无缝钢管制作而成，也可以用40×3mm的矩形无缝钢管制作。

冻盘规格为600×400×120mm，以每盘装货20kg计，每平方米排管面积可冻

结食品60～80kg。

②搁架式冻结间的气流组织及库温

搁架式冻结间增设通风机吹风，其风量可按每冻结1吨食品配风10000m3/h计算。应设导流装置，保证盘间平均风速为1～3m/s，并尽可能防止出现死角，短路。搁架式冻结间的温度为-18～-23℃，冻结时间一般为16～48小时。

③搁架式冻结间的优缺点

优点：设备容易制作，结构和操作比较简单，不必经常维修。扫霜比较容易；用电省；货物装载量大。

缺点：液柱作用较大，不能连续进行生产，进出货搬运劳动强度很大。气流组织不好，冻结速度很慢，冻品的质量也差。

⑵强制空气循环冻结间

①横向吹风冻结间

a.冻结间设备布置

在冻结间的长度方向的一侧布置多台落地式冷风机。冻结间的宽度一般为6m，长度不限。一般布置5条吊轨。大多用于冻结量较大的生产性冷藏库。

b.冻结间气流组织及库温

冷风机吹出的冷风沿冻结间上部吹至对墙而下，再由下部均匀地经过各排肉片回到冷风机，肉片间的平均风速应为1.5～2.0m/s。

冻结间的温度为-23～-30℃，冻结白条肉的时间约20小时左右。

c.优缺点

优点：空气流通距离短，库温均匀，冻结速度较快。

缺点：冷风机台数较多，耗电量较大。

②吊顶式冷风机冻结间

a.冻结设备布置

吊顶式冷风机吊在冻结间平顶下，冻结间的宽度一般为3m或6m，长度不受限制，可以构成隧道式的冻结装置。

b.气流组织及库温

冷空气通过导向风管向下吹出，然后均匀地横向吹过下部吊轨上的肉片或货架、吊笼上的盘装食品，肉片间的平均风速仍应为1.2~2m/s，盘装食品间的平均风速也应在1～3m/s。冷空气吸热吸湿后沿吸风侧的墙面向上返回冷风机。

这种气流组织的特点是风压小，气流分布均匀。

冻结间的温度仍为-23～-30℃，冻结时间一般为10～20小时。

c.优缺点：

优点：冷风机不占建筑面积，库温均匀。

缺点：使用冷风机的台数较多，维修不便，且要特别注意融霜水外溢。

3.冷藏间

⑴冷却物冷藏间

①冷藏间温、湿度要求

温、湿度要求应根据所贮存的大宗食品要求来确定，如冷库建设单位未提出明确的要求，一般可按0℃，相对湿度=90%设计。

②设备布置

冷却物冷藏间一般可利用冷库的地下室，或布置在其首层。冷藏间内各区域的温度差应小于0.5℃，湿度差小于4%。

冷却物冷藏间一般用冷风机做冷分配设备，同时配置均匀送风管。冷风机宜布置在冷间近门的一侧。当冷间宽度>12m时，送风道设置在冷间的主要通道上方，当房间宽度<12m时，可设在冷间一侧的上方。均匀送风道布置在主要通道上方的好处是：

a.风道两侧送风射流的射程基本相等，喷嘴设计可因之简化；

b.即使风道表面凝结滴水，也不致滴到货物上；

c.不需专设回风道，

③气流组织

均匀送风道的截面是矩形的，该风道长度方向高度不变，只改变宽度尺寸，风道首部和尾部的宽度比为2：1；首段风速可采用6～8m/s，末端风速采用1～2m/s。

风道上两侧的空气分布器采用圆锥形喷嘴，均匀地布置，喷嘴中心间距为1m左右，但应避开冷间的柱帽。喷嘴角度有两种：一种是喷嘴轴心线与楼板成17°或19°仰角；另一种是喷嘴水平安装，气流方向与主梁平行。

冷空气射流贴着楼板，沿冷间货堆上部空间吹至墙面，然后流过货堆，从主要通道回至冷风机回风口。回流区的流速大约在0.3～0.5m/s。

④堆货要求

⑤通风换气要求

通风换气应符合下列要求：

a.冷却物冷藏间宜按所贮货物的品种设置通风换气装置，换气次数每日不宜少于2次；

b.面积大于150m2或虽小于150 m2但不经常开门，以及地下室、半地下室的冷却物冷藏间，宜采用机械通风换气装置。进入冷间的新鲜空气应先经冷却，北方寒冷地区，还需对新鲜空气进行加热处理；

c.新鲜空气的进风口，应设置便于操作的保温启闭装置；

d.冷间内废气应直接排至库外，出风口应设置便于操作的保温启闭装置；

e.新鲜空气入口和废气排出口不宜在同侧开设。若在同侧开设时，排出口应在新鲜空气入口的下侧，两者垂直距离不宜小于2m，水平距离不宜小于4m。

f.冷间内的通风换气管道、通风管道穿越维护结构处及其外侧1.5～2m长的管段，常温穿堂内排气管均需保温；

g.排气管道应坡向库外，进气管道冷间内的管段应坡向冷风机；风管最低点应有放水措施。

⑵冻结物冷藏间

①冻结物冷藏间温、湿度要求

温度为-18℃，相对湿度最好维持在95%以上，冷间温度允许波动为+1℃；

②采用冷却排管的冻结物冷藏间

冷间内是借助冷空气的密度变化而实现自然对流换热。

冷却盘管具体布置要求是：

a.顶排管上层管中心线离平顶的间距为：光滑管不小于250mm，翅片管不小于300mm；单层冷库及位于多层冷库顶层，可将顶排管单层铺开布置；多层冷库的其他各层宜将顶排管布置在冷间通道的上方。

b.墙排管应设置在外墙一侧，安装位置宜高些，最好在冷间2/3高度以上，以强化冷空气的自然对流；墙排管中心线与墙壁的间距为：光滑管不小于150mm，翅片管不小于200mm。

c.多组顶排管的供液和回汽管的连接，应采取“先进后出”即同程的布置方式。

对于多组下进上出的墙排管，应在各组墙排管下方设供液集管。

d.当库房面积<200m2时，顶排管和墙排管的供液管、回汽管可以合用；库房面积为200~450m2时，顶排管和墙排管的供液管应分别设置，回汽管可以合用；库房面积>500m2时，顶排管和墙排管的供液管、回汽管均需分别设置。

e.冷却排管的安装固定，依靠预埋在平顶及墙面的预埋件加以联结。

③采用冷风机的冻结物冷藏间

优点：节省钢材，安装方便，库温比较均匀，操作管理易于实现自控。

缺点：虽然降温速度快，但停机以后，冷间温度回升速度也比较快。

4.冰库

⑴冰库的温度

贮放盐水制冰时，库温为-4℃，贮放快速制冰时，库温为-10℃。

⑵冰库的设备布置

①冰库建筑净高在6m以下的可不设墙排管，但顶排管必须分散满铺，顶排管上层的管中心线距平顶或梁底的间距不小于250mm。

②冰库的建筑静高在6m或高于6m时，应设墙排管和顶排管。墙排管的安装高度宜在堆冰高度以上。

③顶排管或墙排管不得采用翅片管。

④冰库内应尽量设置提冰和堆垛设备。

⒌机器间的布置

冷库的机房一般分为机器间和设备间两大部分，也有分为机器间、设备间和水泵房三部分的。

⑴机器间布置要求

a.机器间内压缩机、设备的布置必须符合制冷原理，系统流畅，管道连接要短而直，在保证安全操作和安装检修方便的同时，适当注意美观。另外也要尽可能布置紧凑。

b.布置大中型制冷压缩机时，应考虑设置检修用起吊设备。

c.制冷压缩机的进排气阀门的手轮应面向便于观察和操作的主要通道，它的安装高度宜在1.2-1.5m之间。

d.制冷压缩机的所有压力表、温度计及其他仪表，均应设于能清楚观察到的地方，一般应面向主要操作通道。

e.总调节站可以布置在机器间，也可以布置在设备间。

f.中间冷却器一般靠墙布置，并尽量靠近压缩机。

g.主要操作通道的宽度应为1.5-2.5m，压缩机突出部分到其他设备或调节站之间的距离不小于1.5m。两台压缩机突出部位之间的距离不应小于1m，并能有抽出曲轴的可能。非主要通道的宽度不小于0.8m。

h.制冷装置的自控柜、自控仪表、操纵台等可设在机器间一侧相邻的值班控制室内。值班控制室还应有观察机器间动态的不能开启的大幅玻璃窗。

i.机器间内噪声不应超过85dB（A）。

j.北方寒地区的冷库，机器间和设备间的采暖温度宜采取16℃，采用氨为工质时，严禁明火采暖。

k.采用氨为制冷剂时，机器间和设备间应设事故排风装置，换气次数不应小于

8次/h。一般是在外墙上方安装防爆型轴流风机。

l.机器间的外门应向外开，内门应向内开。

m.机器间不得设置水泵和油处理设备。

n.需要留有适当的临时检修面积。

o.机器间内应有给排水设施和洗手盆。

⑵布置形式

①单列式 ②双列式 ③对列式

⑶有关设备布置要求

①总调节站

总调节站在机器间的位置，应能使各操作地点都能看到它上面的信号装置；总调节站前是主要通道，应留有足够的操作地方；阀门中心离地标高以1.2-1.5m为宜。

②中间冷却器

中间冷却器应外包绝热层，可在其底脚下垫上经过防腐处理的50mm厚木块；基础露出地面的高度不宜小于300mm。中间冷却器必须装设液面显示和控制器。

③油分离器

融霜热氨用的油分离器应采用能耐130℃的绝热材料覆盖。

6.设备间

⑴一般布置要求

①设备间内的主要通道的宽度不应小于1.5m。

②设备间内的非主要通道的宽度不应小于0.8m。

③不经常操作或不通行的通道不应小于0.3m。

④各容器壁与墙柱的边缘距离不小于0.2m，设备隔热层的外壁与墙面、柱边的距离应不小于0.4m。

⑤在设备间内布置容器时，均应考虑窗户的开启方便和自然采光的条件。

⑵设备间布置形式：一般分单层和分层布置。

⑶有关设备布置要点

①油分离器。宜布置在室外，且尽可能离压缩机远一些，分油效果较好；洗涤式油分离器应尽量靠近冷凝器。

②冷凝器

a.立式冷凝器，立式