姚刚明+陈超杰

摘要：平台冷藏冷冻系统使用已经10年时间，随着使用时间的推移，设备一定程度的老化、磨损，冷凝器散热量不足，导致各冻库的温度均高出建议温度，比如1#冻库最佳温度为-18℃至-15℃，而实际温度只能达到-8℃。同时，冷冻机多次出现高压停车故障。为此，本文通过理論计算冷凝器安装在室内、室外的散热量，并进行了冷凝器室外安装实例设计与分析。实例设计与分析结果表明，将冷凝器安装于室外，提高冷藏系统的工作效果，降低冷藏系统的故障率，比冷凝器安装于室内更具合理性。

关键词：冷藏冷冻；散热量；实例设计；工作效果

1.背景

由于钻井平台大多原离后方基地，因此需要一定时间的生活自持时间（通常7～10天）。因此平台上就要储备一定数量的食物，自持时间越长，食品的储藏时间也越长。有些食品在常温下数日就变质，气温越高腐烂越快，为使食品久藏，必须设法消灭各种微生物，或抑制它们的繁殖。因此钻井平台像一般的船舶一样都设有伙食冷库和相应的制冷装置。

2.问题分析

平台冷藏冷冻系统用于平台制冷1#冻库、2#冻库、菜库，使其达到规定的温度，延长食物的储存时间。平台冷冻冷藏系统冷凝器采用的是强制风冷肋片式冷凝器，风扇驱动空气在冷凝器管外流动，冷凝器中制冷剂放出的热量被空气带走，制冷剂在管内冷凝。但环境温度的高低对冷肋片式冷凝器的冷却效果影响相对较大。

平台冷冻冷藏系统1#、2#冷凝器均安装在冷冻机房室内，因此其冷却功能有所不足。通过对流换热系数的基本计算公式，我们可以得出在其他条件一致的情况下，冷凝器安装在室外、室内，传热热量的差别。

对流换热系数的基本计算公式：

Q=h*A*（tw-t∞）

式中：

tw、t∞分别为固体表面和流体的温度，单位K；

A为壁面面积，单位㎡；

Q为面积A上的传热热量，单位W；

h称为表面对流传热系数，单位W/（㎡*K）；

经现场对公式中数据进行测量，经压缩的制冷剂为80℃，tw=80+273.15=353.15K，冷冻机房室内温度为33℃，t∞内=33+273.15=306.15K，冷冻机房室外温度为22℃，t∞外=22+273.15=295.15K，壁面面积A为1平方米， 表面对流传热系数为60 W/（㎡*K）。

Q内=h*A*（TW- t∞内）

=60×1×（353.15-306.15）=2820W

Q外=h*A*（TW- t∞外）

=60×1×（353.15-295.15）=3480W

由上式可知，由于平台冷冻冷藏系统冷凝器在室内、室外，传热热量有明显差别。

制冷剂选择R404A，此冷剂在船舶上广泛使用。无毒、无味、不燃不爆、热稳定性好。和火焰（800℃以上）接触时会分解产生有毒光气。工作压力适中，标准沸点为-40.8℃。单级压缩制冷蒸发温度可达-40℃。R404A在-15℃时的蒸发压力为0.295MPa，+30℃时冷凝压力为1.19MPa。属中压中温制冷剂。标准工况压缩终温为83℃，可不用水冷却压缩机。在系统中含水较多时会发生冰塞。气态的溶水性小于液态，当系统漏泄时其液体中的含水量就会增加。

融霜方式选择电热融霜，这种方法采用电热器加热蒸发器，适用于冷风机式蒸发器。电热融霜系统具有系统简单、容易自动控制等优点。

滑油选择美孚ARTIC 68#，有如下优点：

1）凝固点比工作时的最低蒸发温度低2.5℃，以免在蒸发器中凝固而堵塞通道；

2）闪点应比最高排气温度高出15～30℃，国产冷冻机油闪点（开口）在150～180℃之间；

3）具有适当的粘度：船用制冷压缩机轴承负荷不高，润滑作用对冷冻机油粘度的要求容易满足，主要要考虑密封的要求。若粘度过低，则活塞环与气缸壁间的油膜就容易被气体冲掉，从而使漏气增加。氟利昂易溶于油，溶人5 %的氟利昂就能使油的粘度下降一半，所以在氟利昂装置中使用的冷冻机油粘度应大些；

4）含水量低：以免引起制冷系统冰塞、腐蚀或产生镀铜现象等。冷冻机油必须密封存放，否则空气中的水蒸气可能进入油中而使含水量增加；

5）全封闭式和半封闭式压缩机要求：润滑油的电绝缘性好；

6）酸值低、抗腐蚀性好、灰分及机械杂质含量少。

压缩机选择活塞式压缩机，热效率较高，单位耗电量较少，特别是在偏离设计工况运行时更为明显，装置系统比较简单容易拆卸、维修。

分离器选择离心式油分离器，冷剂气体进入油分离器后，沿着叶片呈螺旋形运动，产生离心力，将挟带的油滴分离出来，沿着油分离器筒体流聚到底部，分离效果较好。

3.冷藏冷冻系统改造

目前1#、2#冷冻系统冷凝器均安装在冷冻机房室内，冷凝器采用风冷，冷冻机房室内空气温度较高，严重影响冷凝器的工作效率，无法保证平台冷藏冷冻系统的正常运行。因此，平台检修人员决定修改管线路线，将冷凝器移到室外，有针对性疏通、清洁改造管线，包好保温棉，提高冷冻系统可靠性，优化设备性能，降低设备故障率。

1）订购设备配件，管线、阀门、保温棉、制冷剂、润滑油

2）依据方案，检修人员实地测量转移冷凝器，所需的材料，并查阅设备资料，按照配件手册，制定订购计划，提交订单。

3）冷冻系统制冷剂回收至钢瓶，拆下冷凝器，进行清洁、维护，并将冷凝器转移至室外架子上。

4）系统管路、阀门有不同程度的轻微泄漏，更换系统泄漏管线及阀门，并对系统的管路进行清洁、疏通。

5）室外重新焊接冷凝器，使用10mm的橡塑保温棉对新安装的铜管进行隔温，进行保压实验。

6）充注美孚冷冻机油 68#，为视液镜二分之一，抽真空，充制冷剂R404A，低压端为1bar。

7）冷冻系统机进行运转测试，1#、2#冻库温度为-20℃、菜库的温度为2℃，各项运行参数符合手册要求。

4.改造效果

通过将冷凝器移出室外，并对冷冻系统更换系统泄漏管线及阀门，并对系统的管路进行清洁、疏通后，整个冷冻系统性能得到了较大提高，压缩机高压报警现象消除。极大地降低了冷冻系统故障率，使其可靠性达97%以上。

本次设计在已有设备的基础上进行了较大规模的改造，其目的是为了保证平台冷藏系统的工作正常，选择合理的制冷部件，与整个系统进行搭配，组装完成后进行了大规模的检漏测压，保证系统无泄漏。工程彻底完成后，又进行了制冷能力测试。经实地检测，可以使高温库的库温降低到5度，低温库降低到-18～-22度，有效的保证了制冷系统的有效工作。

平台作为在海上从事生产作业的设施，平台冷藏冷冻系统的改造，降低了平台冻库失效，造成食物变质的风险，对现场后勤工作至关重要。

参考文献：

[1]陆耀庆. 实用供热空调设计手册[M]. 中国建筑工业出版社，2004。

[2]曹晓林，牛璐琳，吴业正.食品陈列柜冷风幕的可视化研究及换热机理分析[J]. 流体机械，1999。

[3]陈天及等. 陈列柜蒸发器结霜对其风幕性能的影响[J].上海水产大学学报， 2002。endprint