技术：冷库制冷系统管道设计与安装指南

1.  管道系统的基本组成       

冷库制冷系统的管道可分为制冷剂管道、二次冷媒管道、冷凝水管道等。制冷剂管道根据状态可分为液管、热气管、回气管等 ; 按压力等级可分为高压管、中压管、低压管等。二次冷媒如乙二醇、液氨等 , 其管道应与制冷剂管严格分开。冷凝水管一般采用镀锌钢管。

此外 , 系统还包括 截止阀、电磁阀、止回阀、过滤器、干燥过滤器、油分离器、视液镜等管件 , 以及压力表、温度计、液位计等仪表。 管道附件的合理选用和正确安装 , 是保证系统安全平稳运行的关键。

2.  管道材料的选择原则       

冷库温度一般在 -20℃ 至 10℃ 之间 , 管道材质首选无缝钢管。低温库应选用低温钢管 , 并控制含碳量 , 防止低温脆裂。氨系统宜采用碳钢管 , 氟利昂系统多用铜管。阀门宜选用锻钢、铸钢材质 , 并满足耐压、耐低温要求。

考虑到冷库的存储货物、温湿度要求不同 , 管道外表面应做防腐蚀处理。常用的防腐方法有热浸镀、喷塑、涂环氧树脂等。阀门内部应选用与介质相容的密封材料 , 如四氟乙烯、丁腈橡胶等。

3.  管道布置的一般要求       

冷库的制冷管道多采用闭式布置 , 即管道沿库房内墙、顶棚敷设 , 不允许埋设或穿越保温层。管道应整齐美观 , 尽量减少弯头和接头。坚向管道应设支托 , 水平管道应有坡度 , 便于油的回流和系统的排空。

制冷剂管道应避免穿越火灾危险区域 , 与电气线路保持安全距离。氨系统的管道不得进入公共场所或人员密集的房间。管道穿过墙壁或楼板时 , 应加套管并填充柔性保温材料。

1.  管道系统的压力平衡      

冷库的制冷系统多为泵液式 , 即制冷剂由储液器向蒸发器供液 , 蒸发后的气体再回到压缩机。系统设计时 , 应确保在最不利工况下 , 蒸发器的进液压力大于蒸发压力 , 且液管末端必须全液相 , 以免气体进入膨胀阀。

因此 , 储液器与蒸发器间的静压差要大于管路、膨胀阀的沿程压降之和。必要时可将储液器适当抬高 , 或设置辅助泵 , 保证供液压力。热气管的压降不宜过大 , 以减小压缩机的排气压力。

2.  管径的确定方法        

合理的流速是确定管径的重要依据。一般来说 , 低温液管流速宜控制在 0.5-1.0m/s, 中高温在 0.8-1.5m/s; 热气管流速可适当提高 , 但应避免压降和噪声过大。回气管流速不宜超过 15m/s 。

管径计算可采用经验公式法或压降平衡法。经验公式如戴 - 贝公式 , 给出了流量与管径的简化关系 , 便于初选管径。压降平衡法则考虑了制冷剂物性、管道几何参数、局部阻力等因素 , 通过迭代计算获得管径。

实际工程中 , 还需兼顾管材的规格、价格、加工难易等因素。过粗的管径不经济 , 过细的管径又会导致流速过高、压降过大。合理平衡设计与成本 , 选择最佳的管径规格。

3.  管道附件的水力计算       

膨胀阀、电磁阀、过滤器等附件都会产生一定的局部阻力 , 因此在计算管路总压降时 , 需要估算附件的当量管长。附件的局部阻力系数可查阅工具书 , 也可由厂家提供。

管道的弯头、三通等变径段也会引起局部压降。其当量长度与管径、弯曲半径等几何参数有关。设计时应尽量减少弯头数量 , 且弯曲半径不小于管径的 1.5 倍。三通宜选用斜三通或整流型三通 , 以减小湍流损失。

4.  管道保温的厚度计算        

冷库管道必须采取严格的保温隔热措施 , 减少冷量损失和结露腐蚀。保温材料应低导热、难燃、防水 , 如橡塑海绵、聚氨酯泡沫等。保温厚度的确定需考虑管道温度、环境温湿度、材料导热系数等参数。

保温厚度的计算可采用等热阻法。该方法将保温层等效为一个圆筒 , 根据内外表面热阻相等的原则 , 求解保温层的临界半径。由于实际情况下管道外表面还有对流和辐射散热 , 因此计算值需乘以修正系数。

1.  低温阀门的焊接与检漏        

冷库多采用钎焊连接铜管 , 钢管多采用电弧焊。低温阀门应采用氩弧焊 , 且焊接坡口、焊丝材质、焊接工艺应满足低温要求。焊缝应饱满均匀 , 不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷。

管道安装完成后 , 应进行严格的气密性试验。一般采用氮气置换法 , 先用氮气冲洗管道 , 排除杂质和水分 , 再充入高压氮气 , 检查焊缝和接头有无泄漏。试验压力应为工作压力的 1.5 倍 , 保压 24h 无明显降低为合格。

2.  管道支吊架的固定与防腐       

管道支架应牢固、平正 , 间距不宜过大 , 一般为 2-3m 。垂直管段应在楼层或设备基础处设固定支架 , 水平管段应沿程布置滑动或弹簧支架 , 并预留管道伸缩量。

支吊架的材质应与管道相容 , 避免产生电化学腐蚀。管道与支架的接触面应垫以软木、橡胶等柔性材料 , 减振降噪。支架外露部分应做防锈处理 , 如热镀锌、刷环氧漆等。

3.  保温层的施工与修复          

橡塑海绵管壳应现场发泡成型 , 聚氨酯喷涂应分层施工 , 保温层与管道应紧密贴合 , 不得有空鼓、开裂。阀门、法兰等管件应采用柔性材料单独保温 , 不得遗漏。

保温施工应避开雨雪天气 , 防止材料受潮。保温层外应包裹玻璃布 , 抹腻子 , 刷防水涂料 , 最后用铝皮或不锈钢皮包扎。施工中如发现保温层破损 , 应及时修补 , 避免结露和冷量流失。

4.  机组与管道的连接调试        

压缩机、冷凝器等设备就位后 , 应及时与管道系统连接 , 减少制冷剂的泄漏。设备接管应采用振动 absorber, 减少管道应力。调试运行时 , 应逐段打开阀门 , 慢慢抽真空 , 再充注制冷剂 , 避免油压升高损坏压缩机。

系统运行时 , 应密切监测管道的振动和噪声。如发现异常 , 应停机检查 , 消除故障隐患。定期巡检管道保温层和阀门的完好情况 , 发现问题及时处理。

冷库制冷管道的设计和安装是一项复杂的系统工程 , 涉及制冷、流体、材料、机械、自控等多个专业 , 需要设计和施工人员协同配合、精益求精。优化的管道设计应在满足使用功能的基础上 , 兼顾安全性、经济性、可维护性等要素。规范的安装施工应严把材料关、工艺关、检测关 , 从细节入手 , 用匠心打造精品工程。

作为一名合格的制冷人 , 既要掌握扎实的理论知识 , 又要积累丰富的实践经验。既要专注于设计和施工的每个细节 , 又要站在全局的高度统筹优化。在工作中虚心请教、踏实肯干 , 不断提升个人的技术水平和职业素养 , 用实际行动服务客户、造福社会 , 为冷链事业的发展贡献自己的力量。