乙二醇作为载冷剂在制冷系统中的应用

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摘要: 载冷剂是以间接冷却方式工作的制冷装置中，将被冷却物体的热量传给正在蒸发的制冷剂的物质。在直接制冷剂不易应用的位置或者不可使用直接制冷剂的特殊环境中，往往用载冷剂代替直接制冷剂用来冷却被冷却物体。载冷剂一般具有性质稳定、安全可靠、无毒害作用的特点。本文以乙二醇为代表简述载冷剂系统的实际应用情况。

引言:

目前我国食品行业的冷库普遍采用氟利昂和氨作为制冷剂。氟利昂不易获得，且价格昂贵，发生泄漏会对地球臭氧层造成破坏，氨作为一种廉价的制冷剂被普遍应用，但是氨具有毒性和刺激性气味，一旦泄露会造成人身伤亡事故，对设备和管道的安全防护性能要求较高。而我国目前的国情是，食品行业的冷库和市场相辅相成，互相依托发展，往往集中建设在一起，这就存在着安全隐患。由于氨是有毒有害的气体，在空气中达到一定的浓度后，遇明火会发生爆炸，一旦泄露，会造成严重的人身伤亡事故。这是目前我国建设较早的大型冷库的普遍现象。这就造成了冷库的运行安全系数和人员密集活动场所的不可调和的矛盾。而以乙二醇为代表的载冷剂制冷技术的发展，有效解决了这个矛盾。在作者参与的北京市海淀区西郊食品冷冻厂冷库安全改造与升级工程中，为解决在人员密集活动的市场区域和氨制冷冷库之间的矛盾时，很好的用乙二醇载冷剂系统解决了这个问题。本文就乙二醇载冷剂系统的实际应用进行简单阐述。

一、乙二醇的物理特性

乙二醇又名甘醇，化学式为(CH2OH) 2，是最简单的二元醇。乙二醇是一种无色、有甜味、粘稠的液体对动物有毒性。能够与水、乙醇、丙酮、醋酸甘油吡啶等混溶，微溶于乙醚，不溶于石油烃及油类，能够溶解氯化钙、氯化锌、氯化钠、碳酸钾、氯化钾、碘化钾、氢氧化钾等无机物。乙二醇燃点为418℃。在25摄氏度下，个电常数为37。在浓度较高时易吸潮。用作溶剂、防冻剂、载冷剂以及合成涤纶的原料。

乙二醇载冷剂往往以乙二醇和水的混合溶液使用，乙二醇水溶液的冰点随着乙二醇在水溶液中的浓度变化而变化，浓度在60%以下时，水溶液中乙二醇浓度升高冰点降低，但浓度超过60%后，随着乙二醇浓度的升高，其冰点呈上升趋势，粘度也会随着浓度的升高而升高。当浓度达到99.9%时，其冰点上升至-13.2℃。

二、乙二醇实际应用实例

北京市海淀区西郊食品冷冻厂有部分冷库建在市场之内，方便商户存储和进出货。但是在人员密集的市场内使用氨制冷的冷库，一旦发生氨泄露，后果不堪设想。在该项目改造过程中，将该厂建在市场内的使用氨制冷的冷库，全部改建成使用乙二醇载冷剂的制冷系统。

该乙二醇载冷剂系统在制冷机房内设计一台板式换热器，一套循环泵组，一套补水定压装置。通过板式换热器与直接制冷系统中的氨液进行换热，通过循环泵组的不断加压输送，使乙二醇水溶液在系统中不断循环，系统的具体工作流程是:系统内的乙二醇水溶液在板式换热器内与低温氨液进行换热，降低乙二醇水溶液的温度，然后经过乙二醇载冷剂系统的泵组，将低温的乙二醇水溶液送入冷库内进行换热，吸收库内被冷却货物的热量，乙二醇水溶液吸收热量后的温度升高，通过管路返回到制冷机房内的板式换热器重新进行换热由低温氨液再进行冷却。通过系统内乙二醇水溶液不断的循环，将热量带回制冷机房内，由直接制冷系统内的气液吸收并释放，降低冷库内被冷却货物的温度，达到制冷的目的。

该系统根据旧冷库的实际情况，，在设计的时候充分考虑历史特定条件和冷库现有的经营状况。做出了不改变现有冷库的围护结构和蒸发器，只更换系统主管道和管道内流动的介质的方案。根据该方案的要求，重新布置了由冷库至制冷机房的主管道，将新布置的主管道和冷库内蒸发器对接，组成载冷剂系统的闭路循环。更换系统内的输送介质，由氨更换成乙二醇水溶液。根据冷库需要的温度选择乙二醇的浓度，该厂改造的冷库库温要求在-18℃左右，所有选定乙二醇水溶液的体积浓度为46%。

改造完成后系统运转状况良好，通过数据观察，板式换热器的进水温度为-22℃，出水温度为-26℃，冷库内温度维持在-18℃左右。完全满足冷库内货物对库温的需求。

三、乙二醇系统的优点

根据乙二醇载冷剂的实际运行情况，总结使用载冷剂的优势有以下几点：

1、使直接制冷剂系统聚集在制冷机房的范围内，便于整个系统的制造、安装、运行管理，提高制冷效率。

2、减少直接制冷系统内制冷剂的充注量，减少直接制冷系统的管道布置面积，降低泄漏的系数。

3、使用载冷剂系统可以方便冷量的输送，便于对冷量的分配和控制。

4、所用的载冷剂热容量较大，因此被冷却对象的温度易于稳定。

5、载冷剂系统对管道要求的安全系数和级别较低，不属于压力管道的范畴，投资成本和运行成本降低。

6、避免直接制冷系统布置在人员密集场所，避免了由于直接制冷剂泄漏所发生的人身伤亡事故的发生。

7、在运行过程中，冷库内蒸发器的结霜情况，较同氨制冷系统比较，有大幅度的减少。蒸发器结霜的减少提高了蒸发器的换热系数，提高了制冷系统的运行效率，降低了运行成本。同时减少了蒸发器冲霜扫霜的工作量，有利于延长蒸发器的使用寿命。

四、实际应用中发现的问题

在实际应用过程中，发现了以下问题，值得乙二醇载冷剂系统在推广应用过程中借鉴和参考。

1、由于市场分布比较分散的原因，冷库随着市场而分布，导致乙二醇水溶液管道布置也比较分散，导致水利系统不均衡，系统最末端的冷库由于水力损失和压力降的原因，蒸发器内的乙二醇水溶液无法及时的返回到制冷机房内进行换热，导致冷库内的温度不稳定。经过调解各个分支系统的阀门，控制乙二醇水溶液的进水量解决了上述温度。在布置乙二醇系统管路时，应充分考虑整个系统的水力布局，避免由于水力布局不合理导致系统运行效果达不到预期目标。

2、由于乙二醇水溶液具有轻微的毒性，所有在安装乙二醇载冷剂系统管路时，应进行严格的水压试验，保证系统运行时无泄漏，避免泄漏的乙二醇水溶液污染冷库内存储的货物。同时应做好相关人员的安全教育工作，避免发生直接食用乙二醇水溶液的事故发生。

3、乙二醇水溶液的凝固温度随着浓度的变化而变化，通常用作为载冷剂，适用的温度范围为0~-20℃。虽然乙二醇水溶液的凝固点低，可达-50℃，但是低温下溶液的粘度上升非常迅速，因此，一般具有工业应用价值的温度为-20℃以上。在低温下，乙二醇水溶液的粘度系数较高，在计算和选择载冷剂系统的泵组时应充分考虑到这个因素。同时，乙二醇水溶液对碳钢管道具有一定程度的腐蚀性，应根据实际情况，在乙二醇水溶液中加入缓蚀剂，以满足系统的设计要求。

4、由于乙二醇水溶液不同的浓度有不同的冰点，当水溶液的温度低于冰点的时候，溶液中的水会结冰，进步增加乙二醇水溶液的浓度和粘稠度，对系统造成损害和降低制冷效果。所以在系统运行过程中，应控制好板式换热器中氨液的蒸发温度，不得低于乙二醇水溶液浓度相对于的冰点。例如，乙二醇水溶液的体积浓度在46%时，溶液的冰点为-32℃，所以板式换热器另一侧氨液的蒸发温度应控制在-32℃以上，防止水溶液内水分结冰。

结语

载冷剂系统作为一种代替直接制冷剂的制冷装置，具有很好的发展前途，合理的运用和科学的规划设计，能够使一个系统充分的发挥效能。在国内较多的旧的氨制冷冷库和市场结合的单位中，由于各种原因不易搬迁，可以考虑对冷库系统进行载冷剂系统的升级改造，降低安全隐患的发生概率，提高运用效果，使旧冷库焕发新的生命。