冷干机技术宝典.下【冷干机百科全书】

冷媒蒸发压力是制冷设备正常工作的重要参数。蒸发压力高，蒸发温度也高，压缩空气就达不到应有的冷却温度，导致露点过高。蒸发温度过低，使压缩机制冷量下降，同样影响压缩空气的露点，而且易造成“液压缩”事故。所以蒸发温度必须控制在一个合理的范围内。

风冷型冷干机用压力控制器检测冷媒蒸发压力（或冷凝压力），在压力达到某一设定上限时打开风扇，使冷凝器强迫通风冷却，通过降低冷媒高压的办法来限制冷媒低压上升；压力低于某一设定下限时，风扇停止，使冷媒蒸发压力不致降得过低。

水冷型冷干机是通过自动水量调节阀的开启度来控制冷却水量，使冷媒压力保持在正常值的。

压缩机正常工作时，紧靠压缩机低压腔一侧的钢制外壳温度很低，如果压缩机外壳温度低于当时环境空气的露点，环境空气中的水蒸汽就会在这一部位结露。所以说压缩机外壳结露是一种与环境湿度有关的正常现象。

为了防止压缩机产生“液压缩”，在冷干机中采取了下列措施：

• ①压缩机吸气管上游设置储液器或回热器，保证只允许气态冷媒进入压缩机；

• ②在冷凝器与蒸发器或冷凝器与压缩机吸气口间装设热气旁路阀，保证蒸发器或吸气管路中没有液体冷媒积存。

• ③在灌注冷媒时，严格控制灌注量。
  

当进入蒸发器的冷媒液体过多或蒸发压力太低时，冷媒液体会吸入压缩机内部。由于液体是不可压缩，在压缩机运转中极易造成阀片被击碎现象，这就是“液压缩”。“液压缩”是制冷压缩机最严重的故障之一，必须防止发生。

制冷压缩机的制冷量与其工况密切相关。同一台压缩机在空调工况（t 蒸= 5℃， t 冷= 40℃）下比在标准工况（t 蒸= -15℃， t 冷= 30℃）下制冷量可大一倍左右。总的说来：

• ①蒸发温度越低，压缩机制冷量越少；

• ②冷凝温度越高，压缩机制冷量越少。所以当试图通过降低冷干机的蒸发温度来降低压缩空气的“压力露点”时，应对压缩机在低蒸发温度下的制冷量进行核算，如果制冷量减少了，那么降低蒸发温度非但不能使“压力露点”如愿下降，反而有升高的可能。
  

冷凝器冷凝压力过低的原因有：

• ①冷却水量太多或水温太低；

• ②环境温度过低；

• ③控制风扇的压力开关或控制冷却水的自动水量调节阀设定不当或损坏；

• ④冷媒充注量太少；

• ⑤冷媒管路或元件有泄漏点；

• ⑥冷干机负荷太小。

一般来讲，冷凝压力稍等一些对冷干机和制冷系统运行并无大的影响，但冷凝压力过低有时会导致蒸发压力下降，使蒸发器内结霜甚至出现压缩机（液压缩），这是需要防止的。

水冷凝器冷凝压力过高的原因有：

• ①冷却水量不够，水温过高；

• ②冷凝器传热面积小；

• ③空气侵入冷媒系统（蒸发器铜管破裂引起）；

• ④冷凝器壳体容积小，内存冷媒液体使有效传热面积减小或冷媒充注过量；

• ⑤水冷凝器使用日久，铜管水侧表面积垢；

• ⑥自动水量调节阀开启度小或损坏；

• ⑦冷冻油进入制冷系统；

• ⑧冷却水管配管不合理，造成冷却水回水不畅；

• ⑨冷媒通路或元件（干燥过滤器、电磁阀、毛细管等）有堵塞现象；

• ⑩冷干机负荷太大，使蒸发压力升高，拉高冷凝压力。

风冷冷凝器冷凝压力过高的原因有：

• ①环境温度高或通风不良；

• ②冷凝器表面积有灰尘污垢；

• ③冷干机负荷太大；

• ④空气侵入冷媒系统；

• ⑤冷凝器传热面积不够；

• ⑥冷却风扇风量小；

• ⑦冷干机安装位置不对（如接近热源、被太阳直晒、冷干机前后排列间距太近等）；

• ⑧控制风扇的压力开关设定不当或损坏；

• ⑨冷媒通路或元件有堵塞现象；

• ⑩冷媒充注过多，使传热面积减小。

制冷设备冷凝压力的高低是有国家标准的。在正常工作时，R22的冷凝压力以不超过1.5MPa为宜。在实际中，由于各种原因，冷凝压力超值情况时有所见。冷凝压力过高会对制冷系统带来很多弊病（对冷干机而言，最直接明显的就是露点上升），长期在高冷凝压力下运行，会影响制冷压缩机的使用寿命。冷干机应设有高压保护装置。

在冷干机中冷凝器是热负荷最大的部件，它的热负荷等于蒸发器的吸热量与压缩机耗功率之和。在冷干机工况下，冷凝器热负荷一般可按蒸发器热负荷的1.2倍来确定。

高温、高压的冷媒蒸汽从冷凝器上部进入冷凝器壳体，与冷却水进行对流热交换，冷媒气体吸收冷量凝结成冷媒液体从壳体下部的出液管流出。冷却水走管程，为了增加换热效果，冷凝器铜管通常采用低翅片管。

冷却水的进出口设在同侧端上，进口在下，出口在上。两铡端板内部设置分水肋板，迫使冷却水从下到上，左右来回流动（一般作四流程往返）。冷凝器壳体承受较高的冷媒冷凝压力，特别当冷却水不足时，冷凝压力将达到可能的最高压力，所以水冷凝器上应设置易熔安全栓。

在制冷系统中利用冷媒冷凝高压的变化来控制水量调节阀的开启度，从而调节冷却水量的大小。冷凝压力高时，开启度变大，冷却水量增加，使冷凝高压回落。这样可以保证制冷系统工况稳定。

水冷型冷干机经常与其他用水冷却的设备（如空压机）同处一室，在冷却水配管时，冷干机应有独立的排水出口。如果与其他水冷设备共用排水管道，可能会由于水压的不同造成回不不畅。若一定要共用排水管，应尽量采用顺角连接，避免T字连接或逆角连接。

水冷型冷干机的传热效果比风冷型好，但它耗水量较大，且对水质有如下要求：

• ①进入冷干机的水温应在31℃以下，出水温度不要超过36℃；

• ②水压应当保持在0.15MPa以上，以保护水流畅通（但也不能太高，参见机器铭牌规定）；

• ③水中镁、钙离子应不高于中性软水的一般标准；

• ④水中不应当有肉眼可见的固态杂物。

风冷型冷干机由于散热效果不及水冷型冷干机，故在安装时应当注意下述几点：

• ①应当安装在通风处，冷凝器前后不得有影响通风的障碍物；

• ②不要放在露天里，以免阳光直晒，影响传热效果；

• ③在多粉尘场合，在进风口前应设置便于清洗但不影响通风的过滤网罩；

• ④冷干机附近不应当有热源，例如与空压机挨在一起；

• ⑤几台风冷冷干机共处一室时，冷干机应横向排列，避免互相影响。

风冷冷干机的日常维护要点：

• ①经常用空气喷枪吹扫冷凝器表面的粉尘积灰；

• ②保持自动排水器排水畅通。

风冷冷凝器不需要冷却水，适合于供水困难地区或移动性场合应用。但它的传热效果比不冷型差，在气温高或通风不良环境下使用，冷凝压力不易降下来。在多粉尘环境下使用（如水泥厂、面粉厂、纺织厂等），冷凝器表面易积尘垢，影响传热。所以一般只适用于中、小型冷干机。

在冷干机里，蒸发器是吸收压缩空气热量（使之降温）的主要换热部件。同时它又以冷却后的压缩空气作载体，将部分冷量提供给预冷器，用来冷却温度更高的上游压缩空气，结果又使本身热负荷得以减轻。这种彼此串接供冷的最终效果是减少了系统对外界的能量需求。由于工质冷损的存在（以排出凝结水为主），蒸发器不可能将所吸收到的冷量完全提供给预冷器；而预冷器里由于饱和热空气冷凝相变的存在也不可能将所吸收的冷量全部转化为热空气显温的降低。与其他制冷设备相比，这种复杂的冷量供需关系，是冷干机所特有的。这也说明，在冷干机中制冷并不是工作的目的，而是为了达到减少空气含水量的中间手段。

有资料介绍，在空气—氟里昂对流换热中，不同空气流速下的传热系数与空气流速比的0.8 次方成正比，空气流速高，传热系数也大。因此适当增加压缩空气在蒸发器里的流速对传热是有利的。但流速增大后，会导致空气压降增大，所以在选取蒸发器铜体走私时，应当兼顾两者关系。

冷干机里，压力较高的压缩空气（一般在0.7MPa左右）走的是蒸发器壳程，压力较低的冷媒蒸汽（一般为0.4MPa左右）走的是蒸发器管程，壳程压力比管程压力高。冷干机在运行中如果发生蒸发器铜管破裂，压缩空气就会从破裂处侵入铜管，并随同冷媒蒸汽吸入压缩机。空气是一种不凝性气体，它存在于冷媒系统会使冷凝压力在很短时间内快速上升（但冷凝温度又不很高），导致冷干机跳闸，严重时会使压缩机损坏。

冷干机停止工作时，管内冷媒压力升高到与环境温度相对应的值，而蒸发器壳体中因无压缩空气通过，仅保持为大气压力。此时高压冷媒会很快从铜管破裂处泄漏。

在实际工作中，蒸发器铜管发生破裂的现象并不罕见（通常由焊接不良、铜管本身缺陷、运输震动、脉冲气流冲击等原因引起），是冷干机的一种严重的内部故障，隐蔽性很强，现场又很难处理。所以，在制作、运输及使用过程中要特别当心。

为了防止蒸发温度过低，冷干机里设置了能量旁路保护。当冷媒蒸发压力低到一定值时，作热量补充用的热气旁路阀自动打开（开度增大），将冷凝器中的高压高温冷媒蒸汽直接注入蒸发器，使蒸发压力提升到正常水平。

冷干机在正常情况下，蒸发器表面有一层膜状冷凝水存在。在计算蒸发器冷负荷时已经考虑到这一情况。如果蒸发温度降得很低，使换热铜管表面温度在零度以下，水蒸气就会在铜管表面凝结成霜，由此产生的问题是：

• ①水蒸气“升华为霜”比“凝结为露”要多吸收约15%的冷量；

• ②霜的热导率只有水的1/4，使管外空气不能充分冷却，而同时管内蒸发温度却有进一步降低的趋势，如此循环的结果，必将给制冷系统带来许多不良后果（譬如产生“液压缩”）；

• ③从空气流通径讲，霜的存在会使空气阻力增加，使供气压力降低，严重时甚至会使气路堵塞；

• ④从系统能耗来讲，蒸发温度过低导致压缩机制冷系数大幅下降，能耗增加。所以含湿量很大的压缩空气进入冷干机工作时，冷媒在管内的蒸发温度至少应保证蒸发器铜管表面温度在零度以上。试图通过定时化霜的办法来降低蒸发温度，冷干机是不能接受的。
  

蒸发温度过低，反映在蒸发压力低于正常数值。如果排除设计、制作中固有的弊病（如蒸发器换热面积太小、压缩机选得太大或系统冷媒灌注不足等），运行中引起的原因有：

• ①毛细管或膨胀阀有堵塞现象或开启太小，使冷媒供液量不足；

• ②冷干机负荷太小；

• ③蒸发器铜管表面结霜影响传热；

• ④压缩空气含油量过大，在铜管表面蒙上一层油垢影响传热；

• ⑤冷媒系统有慢性泄漏；

蒸发温度是随蒸发压力增高而升高的。引起蒸发压力增高的原因有：

• ①冷干机负荷超过额定值；

• ②压缩空气的工作压力过低；

• ③进入冷干机的压缩空气温度过高；

• ④冷媒系统有问题，如：膨胀阀开启过大冷媒液体充入量过多、冷凝器散热不良导致冷凝压力过高等；

• ⑤压缩机有问题。蒸发温度过高，将导致压缩空气露点升高，出现除水不尽、排气带水等现象。
  

蒸发器是冷干机里温度最低的地方。且蒸发温度与蒸发压力相对应，蒸发压力低，蒸发温度也低。压缩空气在蒸发器里与管内冷媒的蒸发温度进行对流热交换，由于管内低压冷媒液体在蒸发过程中作等温吸热，因此管外压缩空气在流动过程中温度是逐步降低的；空气最终冷却到的温度取决于多种因素，例如：冷媒液体的蒸发温度、蒸发器换热面积、压缩空气流线形态（平流还是紊流）、空气流速等。这些都是在设计中一一确定。在蒸发温度一定条件下，蒸发器的换热面积对压缩空气最终温度的影响最大。换热面积大，空气最终温度与蒸发温度的温差就小。从理论上讲，只要蒸发器的换热面积足够大，压缩空气的最终冷却温度可以无限接爱管内冷媒液体的蒸发温度，但实际上是不可能做到的。在冷干机现实条件下，压缩空气的最终冷却温度（即理论“压力露点”）比蒸发温度高3~5℃是经常有的。

由于冷干机蒸发器里进行的是热力学性质截然不同的压缩空气与冷媒蒸汽之间的对流热交换，这两种气体的放热系数相差十多倍；为了尽可能获得较高的传热效果，必须加大放热系数小的介质一侧（这里是压缩空气）的换热面积。因此在冷干机蒸发器筒管外壁（即与压缩空气接触一侧）要采用加大面积、强化换热的措施，采用轧齿铜管或肋片管等就是为了达到这个目的的有效办法。

来自冷干机预冷器的压缩空气（已经被预先脱去了一部分水，但含水量还相当大）进入蒸发器后在壳程中运动，曲折前进过程中与蒸发器管程内的低温冷媒蒸汽进行对流热交换。管内冷媒液体吸热沸腾（通称蒸发）成冷媒蒸汽是相变过程，在冷媒液体完全相变成气体之前，蒸发压力保持不变，蒸发温度也保持不变，压缩空气在热交换过程中温度会越来越接近冷媒液体的蒸发温度。但由于受到冷干机结构限制蒸发器换热面积不可能无限增大，压缩空气与冷媒蒸气之间的传热温差总是存在的。因此压缩空气所能达到的冷却温度，在任何时间也不可能等于或低于蒸发温度。

计算蒸发器热负荷是设计冷干机制冷系统的依据，是冷干机热工计算的重要一环。要计算蒸发器热负荷，必须先确定下列三个参量：

• ①被处理的压缩空气质量流量m（通常按空气标准状态时1Nm3/min 计算）；

• ②压缩空气进入蒸发器时的温度t1（℃）；

• ③空气在蒸发器里最终将冷却到的温度t2（℃），在实际计算中，t2往往用“压力露点”期望值来代替。

饱和压缩空气在蒸发器里温度从t1 降到t2 放出的热量（也即吸收的冷量）由下列三部分组成：

• ①温度从t1 降至t2 时，压缩空气中干空气所放出的热量q1；

• ②温度从t1 降至t2时压缩空气中所含的水蒸气所放出的热量q2；

• ③温度从t1降至t2时凝结水量的相变潜热q3。蒸发器的热负荷Q就是上述三者之和。

在预冷器里，热湿空气沿壳程流入蒸发器，而由蒸发器出来的冷干空气经预冷器管程排出。压缩空气经过预冷器和蒸发顺路后会产生压力降，上流热湿空气的压力比下流冷干空气的压力高。如果铜管发生破裂，压力较高，含水量较大的热湿空气就会直接从破裂处进入冷干空气管道，并在管内结露，所产生的凝结水会沿捷径排出机外，出现排气带水现象。

在预冷器里饱和湿热空气在降温过程有凝结水析出。而且由于进入预冷器的压缩空气温度较高，含水量也多，所以在热交换过程中预冷器中有很多凝结水析出。因此在预冷器上单独设置一只自动排水顺路让一部分凝结水先行排出机外，可以减轻蒸发器的热负荷，在大型冷干机中尤其应当这样做。

冷干机排气温度过低原因有：

• ①预冷器热交换面积不够而蒸发器制冷量有余；

• ②压缩空气进气温度较低呀流量太小；

• ③制冷系统工况发生变化，使冷媒蒸发压力低于正常值。

冷干机排气温度过高有时是不正常的，引起原因有：

• ①压缩空气进气温度过高或流量太大；

• ②制冷系统工况发生变化，引起冷媒蒸发温度升高，使压缩空气在蒸发器里得不到足够冷却；

• ③预冷器管道外壁散热量太大。

从能量利用角度讲，我们总希望冷干机排气温度越高越好，最好能与进气温度相同，此时“废冷”为零。但实际上是达不到这一点的，冷干机进、出气温相差15℃以上的情况并不鲜见。这是因为：

• ①能量在传递、交换过程中，不可避免会有损失，

• ②本身温度不高、温差不大的同质气体在间壁对流传热中（特别在顺流传热时）传热系数不大；

• ③在热交换过程中饱和热气流的降温必然伴随产生相变，其所吸收到的全部冷量中必有一部分用来支付相变潜热，从而使热气流温度降幅受到限制，这反过来又限制了冷气流温度的升高（在顺流传热时尤其如此）。

在预冷器中，冷、热压缩空气进行热质交换，所交换的总热量是相等的。但饱和热气流在降温过程中发生相变，出现凝结水这个过程要消耗一部分冷量。而冷气流在热交换过程中所吸收到的热量全部用于升温，因此，冷、热气流的温度变化幅度是不相同的，其规律是热气流降温幅度比冷气流升温幅度要小。譬如在某种工况下，热空气由40℃降到28℃，降幅为12℃，而冷空气可由5℃升到24℃，升幅可到达19℃。

严格讲来，预冷器并不是冷冻干燥机的必备部件，但它在冷干机运行中又起很大的作用，预冷器在冷干机里的主要作用是“回收”被蒸发器冷却后的压缩空气所携带的冷量（对绝大多数用户来讲这部分冷量属“废冷”），并用这部分冷量来冷却携带大量水蒸气的较高温度的压缩空气，从而减轻了冷干机制冷系统的热负荷，达到节约能源的目的。另一方面，低温压缩空气在预冷器里温度得到回升，使排气管道外壁不致因温度过低而出现讨厌的挂露现象。此外，压缩空气温度升高后，降低了管道内空气的相对湿度（可达φ=5~10%）。

根据金属锈蚀理论，当环境相对湿度低于临界点（φ=40%）时，金属管道生锈现象便会停止。所以，现在冷干机中都设有预冷器。