环境管控系统

冷库节能与自动控制(制冷)
作者: 发布于:2015-12-1 21:24:54 点击量:
1 当前冷库自控现状 
冷库自控虽然得到了全面普及,然而大多数冷库的侧重面只是安全保护,或者还增加了温库捡测和控制,对于全系统的自动调节和冷库的节能控制还很少涉及。 
另一方面,即便已得到全面普及的安全保护,在实际运行中的情况也不容乐观, 
亇别冷库的自控设施甚至成了“聋子的耳朵”只成了装饰门面的摆设。 
随着电子技术的发展,自控元件越来越先进、可变程序控制器(PLC)和微机的功能越来越强、自控程序越来越完善,系统优化和节能的意识也越来越强。冷库的节能和自动控制的关系越来越紧密,要把冷库的节能做好和做得更好,就必需把自动控制搞好和搞得更好。上述五座代表当今潮流和先进水平的冷库所采用的以下几项自控内容的实例对实现冷库节能都起了相当重要的作用。 
2 如何做好冷库节能的自动控制上述内容的基本出发点是以氨为制冷工质的集中式制冷系统的冷库,当今以卤代烃为制冷工质的分散式、准集中式、集中式制冷系统的冷库得到了很大的发展,其自控程度也往往高于以氨为制冷工质的集中式制冷系统冷库。多工质不同系统各类冷库的广泛应用,极大地丰富了冷库自动控制的内容,同时也为自动控制在冷库节能中的应用提供了广阔的用武之地。 
2.1 冷库节能的自动控制由谁来研究开发 
冷库节能的自动控制主要涉及的内容是节能控制程序的编制和自控元器件的选用。 
作为 
自控元器件的厂商、专业设计院或有能力的使用单位均可担当冷库节能自动控制的研究和开发。到目前为止厂商和设计院在该领域内均已有所建树。 
冷库节能的自动控制最好能由厂商和设计院共同研制开发(可以厂商为主,设计院配合),在使用单位的实施过程中完善定型并不断研发新产品。 
2.2 冷库节能自动控制具体项目的设计和实施配合 
一个具体项目节能自动控制的实施过程往往是通过设计、安装调试、试运行、效果考核並修正,直至符合设计要求达到节能目的为至。当项目要求内容有所变比时,可随时修改並满足要求。冷库的节能往往需要通先进的制冷改备、合适的系统匹配、灵话的应变措施和严格的运行管理得以实施,这就需要制冷技术人员在优化制冷工艺设计的基础上,熟悉节能需要、结合本项目特点,设计出完整的冷库节能自动控制流程图。根据自控流程图,电气自控技术人员才能完成其电气自控设计,同时还能运用其专业知识,使自控流程更为简化和优化。冷库节能是冷库自动控制重要组成部分,凡冷库自动控制均由制冷和电气两部分内容组成,只有在两方面技术人员的共同努力下才能使冷库自动控制行之有效並使冷库节能落到实处。冷库节能自动控制的试运行也是十分重要的一环,在试运行中应和使用单位和专业厂商保持密切联系,与使用单位探讨运行效果,与专业厂商商讨修正措施。 
3 冷库节能自动控制的若干做法和设想节能是冷库自动控制的目的之一。 
3.1 关于库房温度和蒸发温度调节 
3.1.1 多点温度参数的库房温度调节 
以往库房温度调节以位式调节为主,对蒸发温度往往不作调节,很难达到好的节能效果。库房温度理想的控制方式是以库房的平均温度、冷风机的进风及其出风温度为输入参数,编制适当的控制程序,通过PLC进行调节。如此温库调节可以达到节能的要求,也能满足某些库房高精度温度调节的需要,目前己可达到 
0.250C的精度要求,节能约10%。 
3.1.2 減少不同蒸发温度冷间的並联运行由于同一系统的制冷压缩机只能在同一个蒸发温度下运行,所以不同蒸发温度的冷间如果並联运行,对于相对蒸发温度较高的冷间就处于不节能的运行状态,该冷间热负荷越高就越不节能。应当尽量避免这种情况的出现。氟利昂制冷系统中一机双温冷库的做法,在高温库回气管上加背压阀,在低温库回气管上加单向阀,是不节能的典型做法,不应提倡而宜废止。 
3.1.3 变蒸发温度调节 
在某一运行状态下如果蒸发温度能以库房热负荷以及制冷系统制冷量为参数进行调节,则既能达到节能的目的还能使能量调节更为合理。一般而言,制冷系统蒸发器和制冷压缩机的配备基本都能满足最高负荷的需要。如果冷间热负荷减少而制冷量不能及时作出相应调节,则制冷系统的蒸发温度将会相应降低,使压缩机的制冷量与热负荷达到一个新的平衡点。而蒸发温度的降低反过来却增加了蒸发器的制冷量,面对己减少的热负荷必然形成频繁启停的后果。蒸发温度每变10C,相应增减的电能约3~5%。如果及时调高蒸发温度,使系统在另一亇理想的平衡点上,则不但避免了浪弗、做到了节能,还减少了制冷压缩机的频繁起动,是一举两得的节能措施。 
3.1.4 变流量调节 
以往氨制冷系统蒸发器的制冷剂流量基本没有变流量调节;氟利昂系统蒸发器的制冷剂流量,大多数只做到简单的比例调节。空气冷却器的空气流量大多数没有调节或者只有双速及风扇台数调节。这两种流量参数的调节都是与库房冷分配设备制冷量以及库房温度直接相关的调节,也是冷库节能自控应于重视的内容之一。 
3.1.5 设定合适的控制精度和加设超限控制 
不同的库房、不同的库存商品和不同的贮存期都有不同的库房温度及其控制精度要求。从节能的角度出发,只要不影响商品的品质,库房温度宜取高不取低、控制精度宜取低不取高,不必偏面追求过低的库温和高精度控制。对于多亇冷间的库房温度控制,除了原有的库房温度设定值之外,宜加设库温超限控制值。这种双因素的库房温度调节能做到制冷系统需要投入运行时,不会因为亇别库房温度的偏离而过早投入运行;还可以根据当时的实际情况不使冷间或制冷系统过早地仃止运行,充分利用现有能量並避免设备或系统的频繁启仃。 
3.1.6 设置避高峯运行控制 
电力紧缺是当前全国各地存在的普遍现象,用电峯谷的巨差更加重了电力紧缺, 
为此电费的峯谷差价在许多城市实行而且价差还在逐步拉大。在不影响商品质量的前提下,冷库设置避高峯运行,有利于电网削峯补谷,宏观上帮助全局节能; 
微观而言也有利于降低冷库的运行成本。 
3.2 冷间相对湿度调节 
冷间相对湿度的调节与温度调节方法的相似之处不必重复叙述。一般冷间的相对湿度在85~95%之间,但也有一些冷间要求的相对湿度低于或高于该范围,例如有些气调库要求的相对湿度是98%、而有些农作物种质库的相对湿度要求是40~45%。在高相对湿度调节和低相对湿度调节时尤因注重节能措施。 
3.2.1 高相对湿度调节 
对于高相对湿度要求冷间的调节,首先要尽量降低制冷剂温度和库房温度之间的对数平均温差(可取2K),有必要时还可采用载冷剂间接制冷系统;此外还可采用空气融霜並把融霜水还原给库房。这两项措施通过自动控制予以实施,是行之有效的节能方法,国内贸易部没计研究院设计的龙口二万吨气调库就是一亇很好的例证。 
3.2.2 低相对湿度调节 
对于低相对湿度要求冷间的调节,主要也应做好两方面的控制。其一是在选用尽量少带热量进冷间的去湿方法和去湿机的基础上,控制好去湿程序,在达到相对湿度要求的同时減少冷间的热负荷。其二是避免气流组织控制时带入不必要的室外热湿负荷;曾经有一亇低温低湿的农作物种质库,由室外侵入库内的热湿负荷约占原计祘负荷的35%左右。 
3.3 关于供液方式调节 
3.3.1 直接膨胀供液 
直接膨胀供液是大多数卤代烃(包括氟利昂)系统和亇别氨系统采用的供液方法。这种供液方法以往基本采用热力膨胀阀供液,由于选型、调节以及产品本身的问题,无法实现节能的目的。电子膨胀阀的出现结合多点温度参数的库温调节,可以较好地实现节能运行,一般可节能10%。卤代烃制冷系统的热力膨胀阀产品已相当成熟而且还有专用的PLC库温控制器,但由于种种原因在冷库制冷系统中尚未普遍采用,有待加力推广。氨制冷系统蒸发器运行的过热度不大,控制难度相对较大,目前尚无成熟的氨用电子膨脹阀产品。 
3.3.2 重力供液 
重力供液系统在老的氨制冷系统中应用很广泛,后来逐惭被氨泵供液系统取代。重力供液系统虽然操作麻烦但是不需要消耗电力输送,只要配以合适的自动控制,无疑是一种节能的运行。厦门商业冷冻厂的流态化冻结装置采用了R22重力供液系统,上海廿一世记冷库采用氨制冷重力供液系统並实现了自动控制。如何做好重力供液系统自动控制的节能运行並进行定量分析和不断提高,是值得我们关注的一个方面。 
3.3.3 液泵供液 
液泵再循环系统在氨制冷系统中应用十分广泛;上世记七十年代上海外贸冷冻五厂万吨冷库是R22液泵再循环制冷系统,一些船用制冷系统也采用了R22液泵供液。液泵再循环系统虽然能提高蒸发器的传热系数从而提高制冷量但同时也消耗了电力,如果没有合理的配置和恰当的自控运行程序,很难做到节能运行。当前不少液泵再循环系统供液量过大但却不能保证每路通子的最小流量、扬程太高但却还很难保证多层冷库的均匀供液,流量基本无法根据制冷负荷的变化而变化,很难做到节能运行。对于液泵再循环系统,除了配置必需合理,还应加强自动控制运行程序的研究,例如分层供液和变流量控制等,只有这样才能达到节能 
的目的。根据不同制冷对象采用不同供液方式,加强相应自控程序研究尤其是加强无电动力输送的直接膨脹和重力供液系统研究,也是寻求冷库节能的途径之一。 
3.4 蒸发器双流量调节 
在热气融霜的自动控制中有一种双回气电磁阀(或主阀)的做法,其作用是保证安全和減少蒸发器恢复制冷时的热负荷冲击。这种做法可以引申到蒸发器的制冷运行状态中並于以完善,达到合理运行和节能的目的。根据蒸发器热负荷的变化情况,设置最小负荷供液、回气电磁阀和大负荷供液、回气电磁(主)阀, 
由此根据实际负荷的变化而作相应的调节。这种做法不但可使本冷间蒸发器做 
到节能运行,还能減小对本系统其他冷间和制冷系统的干扰,利于系统节能运行。 
3.5 关于空气冷却器(冷风机)融霜控制 
目前冷风机融霜基本采用半自动控制或者定时融霜控制,存在的问题是: 
融霜指令可能不及时或滞后,融霜过程带入热量过多。为了节能,冷风机的融霜应当做到全自动控制。首先要有合适可靠的霜层传感器或差压变送器(在某些情况下也可采用电流变送器),感知最佳的融霜时间;然后要有合理的融霜程序;还要有冷风机翅片感温器,防止过多加热。三管齐下肯定能做到冷风机融霜节能。在一些装配式冷库中应用很广泛的电加热融霜冷风机,可以采用PLC控制,把固定的定时加热融霜改成按需融霜,亦即对每次实际融霜的情况通过记忆功能记忆並分析,从而确定最佳的融霜周期。按需融霜较定时融霜节能约10%。 
3.6 冷库门控制 
冷库门要随开即关,这是每个冷库管理都有的规定,但是没有一亇冷库能完全做到,除了亇别野蛮操作之外也是有其实际客观原因的。解决的最好办法也是自动控制,最近研制的蜗杆电动门专设PLC控制,功能十分齐全,如果开门时间过长的话即自动关闭,开门损失的热负荷是很大的,其节能效果也是可观的。冷库门的电加热丝功率选择有防结露和防冻结两种选择,不同使用温度的冷库门电加热丝的配置功率也不同。注意选配合适的加热功率可节能2%。 
3.7 库房照明控制 
库房照明按冷库制冷设计手册的规定是1.8~5.8W/m2,但在实际工程中往往超过该数据,有的甚至在10W/m2左右。如果忘了关灯,不但浪费了照明电能,还增加了冷间和制冷系统的热负荷。增加一亇简单的控制就可避免出现浪费:当冷库门关闭5~15分钟后,如果照明灯还亮着,即自动关闭照明。延时的时间应超过工人在内一次作业的最长时间,避免误关灯;万一有误关灯的情况,借助库房长明灯和冷库门安全设置,人员的操作安全还是有保障的。 
3.8 关于冷凝器和冷凝温度调节 
3.8.1 冷凝温度的传感元件和调节对象 
根据冷凝温度和冷凝压力的对应关系,通常以冷凝压力作为冷凝温度的调节参数。以往常用高压压力控制器作为传感器並发出控制伩号,调节效果一般。现在通常采用压力变送器作传感器並配PLC控制,简化了变送装置、提高了调节精度和增强了可靠性。调节的对象是冷凝器的运行状态和设备的投入量。以蒸发式冷凝器为例,可以调节的冷凝器运行状态有干运行、湿运行还有风机和水泵的变频运行;冷凝器的投入量也将根据负荷的变化而变化。冷凝温度每下降1K,其节能效果与蒸发温度每上升1K的节能效果同样可贵。 
3.8.2 变冷凝温度调节运用自控元件和PLC的功能,对冷凝压力实行浮动控制,可以避免冷凝压力偏高或偏低,在保证制冷系统运行正常的基础上达到节能运行的效果。以准集中式制冷系统为例,其机组和风冷式冷凝器,采用专用可变程序器控制,可以节能10%。 
3.9 关于制冷压缩机节能运行(主要是能量调节) 
能量调节使压缩机的制冷量能随热负荷的变化而变化,是冷库节能自动控制的重要内容之一。不同的制冷压缩机或机组,实施节能运行和能量调节的侧重点也有所不同。 
3.9.1 螺杆式制冷压缩机 
设定压缩机运行制冷量时,避免其低能效比的运行范围;对运行工况变化范围较大的制冷系统,实行内容积比自动调节;对于带经济器运行的螺杆机, 
探讨实施经济器运行工况的自动调节。 
3.9.2 活塞式压缩机 
减少以某台压缩机工作的气缸数为能量调节单元的做法,避免活塞的无功运行,亦避免降低压缩机C0P值的运行;采用变频技术,实现能量无级调节,在改善运行工况中节能。 
3.9.3 多台並联机运行的调节 
尽量以压缩机的台数为能量调节单元;尽量使每台压缩机处于高能效比运行状态;设计不同大小压缩机头的组合,针对负荷变化需要而投入相应的能量组合。 
3.10 关于变频调节 
变频技术用于压缩机能量调节是目前较为流行的方法之一。变频过低,会造成油压差降低和油量减少的缺点;变频过高,会增加油循环量和消耗量,还会使压缩机阀门故障增加。变频驱动还应注意其电机应按最大功率选择。 
3.11 实时计算控制,确保系统最佳节能运行 
制冷系统的优化设计和自动控制的最佳运行是实现冷库节能十分重要的内容。 
冷库实行节能运行的实时控制任务,可由数据釆集、计算控制和监控系统来完成。数据采集计算控制系统的采集对象是制冷装置、制冷系统和工作环境的所有相关参数,类别有温度、压力、压差、液位、电流、运行状态和故障情况等内容。 
4 冷库节能自控运行的成效 
4.1 节能运行的基本措施 
电子膨脹阀的釆用,可节能10%;按需融霜功能,可节能5%;夜间回置的库温设定,可节能4%;冷风机风扇运行控制,可节能3%;冷库门防结露丝控制,可节能2%;压缩机组和冷凝风扇控制,可节能10%;以上6条措施的综合节能效果,可达15~34%。


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