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制冷系统中冷媒的选用


制冷系统中冷媒的选用
在制冷系统中,冷媒(载冷剂)的主要作用是将制冷系统产生的冷 量传递给被冷却介质。 冷媒在系统中必须保证具有良好的活动性和防 冻、防结冰性能,以保证制冷系统正常运行。 一、冷媒的特点 理想的冷媒应具备的条件如下: ①比热大。在传送一定的冷量时,比热大的冷媒循环量小; ②导热系数大。导热系数大的冷媒在热交换过程中传热效果好, 可以选择换热器面积小一些的

,节省设备投资; ③黏度和密度小。黏度大的冷媒在管道中的活动阻力增大,密度 大会使泵的功耗增加; ④冰点低,挥发性小,冷媒的起始冰点应低于蒸发温度 5~8℃, 不致使其结冰;挥发性小可减少冷媒的损失,节约运行用度; ⑤腐蚀性小。良好的冷媒不应腐蚀设备、管道和阀件; ⑥不燃、无毒、对人体无刺激、化学性稳定等。 二、常用的冷媒及其应用 常用的冷媒主要有水、盐水、空气、乙二醇、酒精、丙三醇等, 近来又有一种新型冷媒: HLM 型防腐冷媒。空气的比热很小,所需传 热面积很大,只有在采用空气直接冷却时才使用,一般常用于家用空 调、冰箱。水的比热较大,但在 0 ℃时就会结冰,限制了它的应用, 只能用在 0 ℃以上的制冷系统中,广泛应用在冷水机组。 盐水有氯化钠水溶液(NaCl)和氯化钙水溶液(CaCl2 )两种。盐水

的凝固点随水中盐的含量而变化, 可通过盐水的凝固曲线得到凝固点 与盐水浓度的对应关系。但是,盐水是有共晶点的,低于共晶点时, 浓度越大,凝固点越低;超过共晶点时,凝固点随浓度增大而升高。 一般情况下,蒸发温度高于- 16℃时, 采用氯化钠水溶液;蒸发温度在 -55~-16℃时,采用氯化钙水溶液。盐水溶液的最大缺点是对金属有 腐蚀作用。采用盐水溶液作冷媒,必须在盐水溶液中添加重铬酸钠或 重铬酸钾作缓蚀剂,减轻盐水溶液对设备、管道的腐蚀。 乙二醇水溶液是目前被广泛使用的一种冷媒, 其腐蚀性小, 无色、 无味、无电解性、无燃烧性,一般在-70~7℃的制冷系统中使用。但 乙二醇溶液使用一段时间后受到各种细菌、霉菌的感染,在金属层形 成厚厚的霉菌层,腐蚀金属,影响换热;其自身也易被氧化天生酸性 物质, 加快腐蚀速度,在蒸发器、换热器和管线中形成蚀垢,影响 机组的运行性能,增加运行本钱和维修用度,减少设备使用寿命。相 对于盐水溶液,乙二醇溶液更好。 酒精的凝固点为- 117 ℃,适用于更低的载冷温度,但酒精具有 燃烧性,使用时需采取防火措施。丙三醇(甘油)是极稳定的化合物, 其水溶液无腐蚀性、无毒,可以和食品直接接触,但价格较高。有机 物冷媒的标准蒸发温度(沸点)均较低,一般都采用闭式循环。温度变 化时, 有机物冷媒体积会有变化, 系统中往往放置膨胀节或膨胀容器。 HLM 型冷媒的冰点温度可达到- 100 ℃, 主要由缓冲剂、 防锈剂、 防霉剂、增溶剂、低碳醇组成。HLM 型冷媒是无色或浅色透明液体, 纯品易燃,稀释后的水溶液不燃,无异味。

三、HLM 型冷媒(以 HLM-2 型冷媒为例)与几种冷媒在相同情况 下的物性比较 HLM 型冷媒(以 HLM-2 型冷媒为例)与几种冷媒在相同情况下的 物性比较如表 1 所示。

四、CaC l2 盐水溶液与 HLM - 2 型冷媒的经济性比较 以平顶山煤业团体开封东大有限公司(以下简称“开封东至公司”) 的制冷系统为例, 比较 CaCl2 水溶液与 HLM - 2 型冷媒的性能与经 济性。开封东至公司制冷系统有 3 种运行工况: ① -10 ℃系统冷媒流量 Q 为 300 m3 /h, H 为 25 m,冷媒贮 罐 V 为 35m3; ② -20 ℃系统冷媒流量 Q 为 320 m3 /h,H 为 34m,冷媒贮罐 V 为 25m3; ③ -35 ℃系统冷媒流量 Q 为 100 m3 /h, H 为 38 m,冷媒贮 罐 V 为 25 m3。 1、CaC l2 水溶液与 HLM - 2 型冷媒的性能参数比较 CaCl2 水溶液与 HLM - 2 型冷媒的性能参数比较见表 2。

通过比较可以看出,同等条件下 HLM - 2 型冷媒的比热、密度、 黏度均优于 CaCl2 溶液。 CaCl2 总用量 12. 8 + 9. 88 + 11. 3 = 33. 98 ( t),以 1 400 元/

t 计, 1 400 × 33. 98 =4. 76 万(元) , HLM-2 型冷媒总用量 9. 8 +11. 75 + 12. 5 =34. 05 ( t),以 5 500 元/ t 计, 5 500 × 34. 05 = 18. 73 万(元) ,使用 HLM - 2 型冷媒比用 CaCl2 溶液投资增加了 13. 97 万 元。 2、运行用度比较 以选用 IS 型离心泵为例计算。使用 CaCl2 溶液时, - 10 ℃系 统选用 IS200 - 150 - 315B, 电机功率 37 kW - 4P; - 20 ℃系统选 用 IS200 - 150 -400B, 电机功率 55 kW - 4P; - 35 ℃系统选用 IS10065 - 200,电机功率 22 kW - 2P。选用 HLM-2 型冷媒时, -10 ℃系 统选用 IS200 -150 -250, 电机功率 30kW - 4P;-20 ℃系统选用 IS200 - 150 - 315A,电机功率 45kW - 4P; - 35 ℃系统选用 IS125 - 100 315,电机功率 15 kW - 4P。 3 种工况泵运行配电功率相差( 37 + 55 +22) -(30 + 45 + 15) = 24 ( kW ) , 1 年运行用度相差 24 kW × 8 000 h / a × 0. 9 × 0. 5 元 / ( kW ·h) =8. 64 万(元)。 通过计算对比可以看出,固然使用 HLM-2 型冷媒初次投资增加 了近 14 万元,但使用 HLM - 2 型冷媒每年可节约运行用度 6 万元。 在年之内可收回多投进的资金;而且,采用 LM 型冷媒对设备管道无 腐蚀, 无污垢, 换热效果较好。使用 CaCl2 溶液对系统腐蚀比较 严重,运行一段时间后影响换热效果,维修用度高,设备的使用寿命 短。 五、结 语

HLM-2 型冷媒是新一代载冷剂,是 CaCl2 溶液、乙二醇、酒精 等冷媒的替换产品,其性能也较优越,值得在制冷系统中推广。但是 应留意冷媒泄漏时对生产物料的性能影响,若 HLM 型冷媒与生产物 料发生反应会影响产品质量,应慎用。 在制冷系统中,冷媒(载冷剂)的主要作用是将制冷系统产生的冷 量传递给被冷却介质。 冷媒在系统中必须保证具有良好的活动性和防 冻、防结冰性能,以保证制冷系统正常运行。


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