低温冷库制冷循环设计-冷库CO2-NH3复叠制冷系统设计.doc

1 课课 程程 设设 计计 课程名称 制冷与低温课程设计 题目名称 冷库 CO2/NH3 复叠制冷系统设计 学生学院 能源与动力工程学院 专业班级 能动 B11 组 员 朱家伟 李科 白清川 指导教师 晏刚 2014 年 9 月 2 日 2 设设 计计 总总 说说 明明 本课程设计是设计一个 103 m3 低温冷冻库制冷循环系统,要求选用 CO2/NH3 复叠制冷循环系统。 整个设计过程主要包括系统制冷量计算、系统高低温级循环理论设计、复 叠制冷系统设备的计算和选配，同时结合整体设备运行原理，对该 CO2/NH3 复 叠制冷循环系统进行校正。本次设计先从冷库制冷量计算着手，先根据 CO2 的 制冷范围，初设循环的温度范围，计算出中间温度；再由各级冷凝蒸发温度结 合循环 p-h 图确定系统设备的工况，最后根据工况和要求选取最佳的制冷设备。 经过设计计算，可以根据两级压缩机的排气量选取合适的压缩机，根据换 热器负荷，利用专业换热器软件计算换热器的技术参数，在选取合适的换热器。 通过本次的设计，得到了一个较合理的可适用于低温冷冻库的 CO2/NH3 复 叠系统成套设备。 关键词关键词：低温冷库 CO2/NH3 复叠 螺杆压缩机 蒸发冷凝器 课程设计 目目 录录 一、一、CO2/HN3 复叠制冷系统制冷量计算复叠制冷系统制冷量计算2 2 1.1103M冷库耗冷量的计算 .2 1.2 冷库机组计算 3 二、二、CO2/NH3 复叠复叠制制冷系统理论循环计算冷系统理论循环计算4 4 2.1 C02NH3 复叠制冷系统的特点4 2.2 CO2/NH3 复叠制冷系统的组成.5 2.3 复叠系统温度的确定 6 2.4 低温级（CO2）设计参数 .6 2.5 高温级（NH3）设计参数 .6 2.6 低温级（CO2）循环理论计算 .6 2.7 高温级（NH3）循环理论计算 .8 三、三、CO2/NH3CO2/NH3 复叠制冷系统设备的选择复叠制冷系统设备的选择9 9 3.1 压缩机的选择 9 3.2 换热器的计算和选择 .10 3.3 油冷却器的选择 .10 3.4 电子膨胀阀的选择 .11 3.5 CO2 安全阀的设计12 3.6 润滑油的选择 .13 3.7 密封材料 .14 四、主要参考文献四、主要参考文献1616 五、心得体会五、心得体会1717 2 一、一、co2/hn3 复叠制冷系统制冷量计算复叠制冷系统制冷量计算 1.11.1 103m103m冷库耗冷量的计算冷库耗冷量的计算 Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7 1、传导热量 Q1: Q1=KF（T0 T1）= 84 kw 式中：K库体材料传热系数 W/ C.m2。对于保温材料为 150mm 厚聚苯 乙烯的高冷藏库间隔墙，K=0.40 W/ C.m2。 F=6x102 (m2)冷库外表面积； T0T1=15-（-20）=35（C）环境温度与库温的温差 2、换气负荷 Q2 Q2=Vnh1/241/36 = 42 kw 式中：V=103 (m3)库容量 h=290-255=35 (KJ/m3)环境与库内空气的焓差(查空气焓值表可得 t=15 C 时，h=290 KJ/m3；当 t=20C 时，h=255 KJ/m3. n=224h 换气次数，可取 2-3 次 3、冷藏物负荷 Q3 Q3= G（i1- i2）+g（t1- t2）c/241/3600 式中：G进货量 2x104 Kg/天 i1、i2食品加工或贮存前后的含热量 KJ/Kg g包装材料重量 Kg t1- t2入出库包装材料温度C c包装材料的比热容 KJ/（Kg. C） 1#中温冷藏库按日进货 20 吨计算；2#中温冷藏库按日进货 10 吨计算； 4#、5#高温冷藏库按日进货 30 吨计算，6#高温冷藏库按日进货 15 吨 4、食品呼吸热 Q4 （忽略不计） 冷藏库贮存物为蔬菜、水果时要考虑其呼吸热。 5、库内人员发热量 Q5 3 Q5=q HmN1/24 = 0.175 kw 式中 q库内人员发热量 350W/人 Hm24 内操作时间可按 3 小时/天计算 N操作人数 103 m3 可按 4 人计算 6、照明负荷 Q6 Q6=dAd 式中：d每平方米地板照明热流量,对于冷库取 2.3W/ Ad冷库地面面积 7、机械发热量 Q7 Q7=WH1/24 = 式中 热转化系数，电动机在冷库内时取 1.0 W电机功率（W） H使用时间（h） 1.21.2 冷库机组计算冷库机组计算 根据温度及货物的不同耗冷量也不同，压缩机输出的制冷量应大于货物的根据温度及货物的不同耗冷量也不同，压缩机输出的制冷量应大于货物的 耗冷量。耗冷量。 资料显示：资料显示： 高温库：每立方大概 7090W； 保鲜库：每立方大概 90120W； 速冻库： 每立方大概 200300W； 冷库容积越大所需单位制冷量越小，因为货物的呼吸热被吸收了。 高温冷 库制冷量计算公式为： 冷库容积901.16+正偏差，正偏差量根据冷冻或冷藏物品的冷凝温 度、入库量、货物进出库频率确定，范围在 100-400W 之间； 中温冷库制冷量计算公式为： 冷库容积951.16+正偏差，正偏差量范围在 200-600W 之间； 低温冷库压缩机组制冷量计算公式为： 冷库容积1101.2+正偏差，正偏差量范围在 300-800W 可知：复叠压缩机组制冷量应不低于可知：复叠压缩机组制冷量应不低于 103103 x110x110 x1.2x1.2 +800+800 = = 132132 kwkw 取取 系统理论制冷量系统理论制冷量 Q =140 kw 4 二二 CO2/NH3 复叠制冷系统理论循环计算复叠制冷系统理论循环计算 2.12.1 C02C02NH3NH3 复叠制冷系统的特点复叠制冷系统的特点 a CO2/NH3 复叠制冷系统一般应用范围为-35-55，由于 C02 三相点(- 566)高，所以蒸发温度最低能到-55。 b b 与传统的 NH3 两级制冷相比，由于 C02 的容积制冷量要比 NH3 的大，所 以同等冷量的系统减少了系统氨的充灌量，降低了 NH3 泄漏的危险程度。C02 的蒸发潜热较大，单位容积制冷量相当高，0时，单位容积制冷量是 NH3 的 158 倍，是 R22 的 512 倍，是 R12 的 825 倍。同时，作为高温段的 NH3 系统可以布置在单独的机房，这样提高了整套系统的安全性。（由下循环 p-h 图可以看出） 图图 2-12-1 CO2/NH3CO2/NH3 复叠循环复叠循环 p-hp-h 图图 c 与其它低温制冷剂相比，C02 在-40“C 下，液体粘度是 5水的粘度的 l8，即便在相对较低的流速下也可以产生湍流流动，流动和传热性能提高， 减少了管道和热交换器的尺寸，从而使系统非常紧凑。 5 d NH3 和 C02 均为自然工质，不存在制冷工质替代的问题。尤其作为低温 段的 C02，因为在平板速冻机或冷风机等末端换热器中不使用 NH3，所以即使泄 漏，C02 直接与储藏物接触也不会对其有不利的影响。 e 由于 C02 无味，且密度比空气大，如果空气中 C02 浓度超过 2，可引起 呼吸器官的损伤，甚至窒息死亡。所以在 C02 的工作区需要安装 C02 探测仪和 报警装置。 2.22.2 CO2/NH3CO2/NH3 复叠制冷系统的组成复叠制冷系统的组成 复叠式制冷循环由两个单级循环叠加而成。高温系统用 NH3 作制冷剂， 由高温压缩机、冷凝器、节流装置和冷凝蒸发器组成：低温级系统以 C02 为制 冷剂，由低温压缩机、冷凝蒸发器、节流阀、蒸发器和膨胀容器组成。高温级 NH3 的蒸发和低温级 C02 的冷凝同在一个“冷凝蒸发器“中完成，高低温级分别 采用模块化设计。 系统主要由高、低温两部分制冷循环组成。每一级均为一个完整的蒸气 压缩式制冷循环，此次两级分别采用各自的电子膨胀阀直接供液。高温级采用 1N-H3(R717)为制冷剂，低温级采用 C02(R744)为制冷剂。拟采用板式换热器， 但由于成本太高，而采用管壳式换热器，但这样一来换热器体积就比较大。复 叠制冷系统的流程图，如图 2-2 所示： 6 图图2-22-2 CO2/NH3CO2/NH3复叠制冷系统原理图复叠制冷系统原理图 2.32.3 复叠系统温度的确定复叠系统温度的确定 由上述可初设低温级蒸发温度为-45，高温级冷凝温度为 30，冷凝蒸发 器传热温差T=5，则： 根据迈勒普拉萨特公式知，低温复叠机组的中间温度(低温段冷凝温度)为： = -15.3 2.42.4 低温级（低温级（CO2CO2）设计参数）设计参数 冷凝温度-10，蒸发温度-45，压缩机、压力容器设计压力 30MPa， 安全阀开启压力 286MPa，最高工作压力 26MPa，膨胀罐进气压力(膨胀罐进 口压力平衡阀设定压力)26MPa。 系统采用(电子)膨胀阀直接供液。 系统组成：二氧化碳螺杆压缩机组，管壳式冷凝器(复叠换热器)，电子膨胀 阀，膨胀罐，管壳式蒸发器，管壳式回热器。 2.52.5 高温级（高温级（NH3NH3）设计参数）设计参数 高温级(NH3)：-1530，设计压力20MPa。系统采用电子膨胀 阀直接供液。 系统组成：氨螺杆压缩机组，管壳式冷凝器，电子膨胀阀，管壳式蒸发 器(复叠换热器)。 2.62.6 低温级（低温级（CO2CO2）循环理论计算）循环理论计算 2.612.61 循环图及各状态参数循环图及各状态参数 根据制冷与低温原理附表13，采用中值法可得： 低温级（CO2）压缩机吸气压力，当蒸发温度 Te=228.15K 时，对应 CO2 饱和压力 Pe=0.82945MPa，比焓 he= 低温级（CO2）压缩机进气压力，当冷凝温度 Tm=263.15K 时，对应 CO2 饱和压力 Pm=2.64025MPa，比焓 hm=。 冷凝器出口过冷度t1=5制冷循环在蒸发器出口设置回热器，取过热 度t2=20。压缩比 =3.18，计算过程中容积效率 v v=0.85,绝热效率 ad=0.74ad=0.74，电机效率 d=O.9 在计算过程中，认为循环过程中产生的不可逆损 7 失均由制冷剂吸收，忽略蒸发器、冷凝器以及管道中的产生阻力损失。 有上述信息可作有上述信息可作CO2CO2理论循环图如图理论循环图如图2-32-3：循环为：循环为1-2-3-3-4-5-6-11-2-3-3-4-5-6-1 图图2-32-3 低温级（低温级（CO2CO2）理论循环）理论循环p-hp-h图图 由图可求得各状态点参数如下表由图可求得各状态点参数如下表 状态点状态点温度温度/压力压力/MPa/MPa比焓比焓/ /（kJ/kgkJ/kg）比容比容 / /（m3/kgm3/kg） 1 1-45-450.82945736.06736.060.04620.0462 2 2-25-250.82945752.86752.860.05300.0530 3 345.645.62.64025777.34777.340.02190.0219 33-10-102.64025738.01738.010.01410.0141 4 4-15-152.64025478.32478.32 5 5-22.7-22.72.64025461.52461.52 6 6-45-450.82945461.52461.52 2.622.62 回热器热力平衡计算回热器热力平衡计算 根据热力平衡关系：h2-h1=h4-h5 可得：h5=461.52 kJ/kg；根据压力和比焓可在图中查得：t5=-22.7 2.632.63 低温级热力过程计算低温级热力过程计算 单位质量制冷量 qe=h1-h6=274.54 kJ/kg 单位质量指示功 wt=h3-h2=24.48 kJ/kg 单位质量冷凝热 qc=h3-h4=299.02 kJ/kg 单位质量回热量 qch=h2-h1=16.8 kJ/kg 8 制冷剂的质量流量 m=Qt/qe=140kw X3600s/274.54kJ/kg=1835.80kg/h 压缩机理论排气量 V=m*v2/v=114.5m3/h 压缩机消耗功率 Ns=wt*m/ad=16.87 kw 蒸发器热负荷 Qe=Q=140 kw 冷凝器负荷 Qc=qc*m=152.48 kw 回热器负荷 Qch=qch*m=8.57 kw 电机功率 W=Ns/d=18.74 kw 低温级制冷性能参数可以总结为，使用理论排量 115m3h 的螺杆压缩 机，制冷量在冷凝温度-10，蒸发温度-45工况下，制冷量为 140kW，轴功 率 18.74kW，可以选配功率 2OkW 的三相异步电动机。 2.7 高温级（高温级（NH3）循环理论计算）循环理论计算 2.71 循环指示图及状态点参数循环指示图及状态点参数 计算工况：制冷量为低温部分的实际冷凝负荷(蒸发负荷与消耗功率之 和)Qc=156.87kW，蒸发温度 Te=-15，对应制冷剂饱和压力为 Pe=0.236MPa， 冷凝温度 Tc=30，对应制冷剂饱和压力为 Pc=1.169MPa。冷凝器出口过冷度 tl=5，压缩比 =4.95，计算过程中容积效率 v=08，绝热效率 ad=072，电机效率 d=09。在计算过程中，认为循环过程中产生的不可逆 损失均由制冷剂吸收，忽略蒸发器、冷凝器以及管道中的产生阻力损失。 作高温级（作高温级（NH3NH3）循环）循环P-HP-H图如图图如图2-42-4：循环为：循环为1-2-3-4-5-6-11-2-3-4-5-6-1 9 图图2-42-4 高温级（高温级（NH3NH3）理论循环）理论循环p-hp-h图图 查氨的压焓图可求得高温级各状态点参数，制表如下查氨的压焓图可求得高温级各状态点参数，制表如下 状态点状态点温度温度/压力压力/MPa/MPa比焓比焓/ /（kJ/kgkJ/kg）比容比容/(L/kg)/(L/kg) 1 1-15-150.2360.2361441.371441.37507.32507.32 2 2-10-100.2360.2361454.021454.02 5155152121 3 3107.4107.41.2041.2041705.611705.61125.07125.07 4 430301.2041.204343.03343.031.681.68 5 525251.2041.204448.12448.12 6 6-15-150.2360.236448.12448.12 2.722.72 高温级（高温级（NH3NH3）热力过程计算）热力过程计算 单位质量制冷量 qe=h2-h6=1005.9 kJ/kg 单位质量指示功 wt=h3-h2=251.59 kJ/kg 单位质量冷凝热 qc=h3-h5=1257.49 kJ/kg 制冷剂的质量流量 m=Qt/qe=561.42 kg/h 压缩机理论排气量 V=m*v2/v=361.56 m3/h 压缩机消耗功率 Ns=wt*m/ad=54.49 kw 冷凝器负荷 Qc=qc*m=196 kw 电机功率 W=Ns/d=60.54 kw 高温级制冷性能参数可以总结为，机组运行在冷凝温度 30蒸发温 度一 10C 工况下，制冷量需求为 156.87 kW，需要压缩机理论输气量为 361.56 m3h可阻根据这个输气量选择合适的压缩机。轴功率 60.54kW，可以选配功 率 65 kW 的三相异步电动机。 三三 CO2/NH3CO2/NH3 复叠制冷系统设备的选择复叠制冷系统设备的选择 3.13.1 压缩机的选择压缩机的选择 压缩机主要有螺杆压缩机和活塞压缩机，本设计由于以下几点选择螺杆压 缩机： 可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它运转可靠，寿 命长，大修间隔时间可达和 8 万小时。 操作维护方便。操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值 10 守运转。 动力平衡性好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工 作，可实现无基础运转，体积小，重量轻，占地面积少。 适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，排气量几乎不受排气压 力的影响， 在宽广的范围内能保持较高的效率。 多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体 冲击，可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。 3.113.11 CO2CO2 制冷压缩机的选择制冷压缩机的选择 烟台冰轮集团有限公司是以冷冻、空调设备制造及制冷空调成套工程设 计、安装、调试、技术咨询服务为主业的大型企业。其 CO2/NH3 复叠技术领 域具有较高的水平，此次设计选用的 LG16R 型 CO2 螺杆制冷压缩机是烟台冰 轮在具有完全自主知识产权螺杆压缩机核心技术基础上，综合多项自主专利技 术研究开发成功的，其技术参数及机组图如下： 图图 3-1 LG16R 型螺杆压缩机技术参数型螺杆压缩机技术参数 图图 3-23-2 CO2CO2 制冷压缩机组制冷压缩机组 压缩机组配备电机为压缩机组配备电机为 20kW，低温级螺杆压缩机组的设计仍采用通常的强，低温级螺杆压缩机组的设计仍采用通常的强 11 制供油方式，因为二氧化碳压缩机的理论排气温度为制供油方式，因为二氧化碳压缩机的理论排气温度为 46，如果再有喷油进入，如果再有喷油进入 压缩腔，排气温度不会超过压缩腔，排气温度不会超过 46，也就说排气温度不高，这样油冷却器可以不，也就说排气温度不高，这样油冷却器可以不 用。本设计的二氧化碳压缩机组去掉了油冷却器。用。本设计的二氧化碳压缩机组去掉了油冷却器。 3.123.12NH3NH3 气压缩机的选择气压缩机的选择 二氧化碳和氨复叠制冷的系统，与传统的氨双级制冷系统相比，区别 在于低温级用二氧化碳替代了氨。所以在本项目中，氨高温级的循环设计同常 规的设计。 氨螺杆压缩机采用冰轮常规产品，设计压力 20bar，根据低温级的冷凝 负荷 156.87 kW，即高温级的制冷需求，以及运行工况，选择合适的氨螺杆压 缩机。 本设计选择 LG16BS 氨螺杆压缩机组，压缩机理论排气量为 480m3/h， 配用电机 65kw。 3.23.2 换热器的计算和选择换热器的计算和选择 3.213.21 蒸发冷凝器蒸发冷凝器 蒸发冷凝器在复叠换热系统中起到两级连接的重要作用，它既是高温 级的蒸发器，也是低温级的冷凝器。 本项目拟用管壳式结构，考虑二氧化碳的冷凝压力比较高，并且属于 冷凝过程，安排二氧化碳走管程时，管程的耐压要比壳程好，工作压力在 24bar 左右，设计压力 30bar。而氨走壳程，主要考虑氨在复叠换热器是蒸发过 程，工作压力 2bar 左右，而且采用的是电子膨胀阀直接供液，相对氨来说，属 于直接供液的满液式蒸发器的设计思路。 换热器材料方面，氨侧采用普通碳钢，二氧化碳侧亦采用普通碳钢换 热管。由于 C02 是不活跃气体，因此在选择管路和组件的金属材料时，只要能 够满足使用干燥的 C02 和设计压力即可。因为氨和二氧化碳的工作温度均在- 20以上，所以不用考虑低温材料。 本项目复叠换热器的计算条件如下，采用换热器大师软件进行计算。 设计参数： 换热量：156.87 kW NH3：壳侧，蒸发温度-15，质量流量561.42 kgh，压力0.236 MPa： 12 C02： 管侧，冷凝温度-10，质量流量 1835.80 kgh，压力 2.64025 MPa： 3.223.22 CO2CO2 蒸发器的选择蒸发器的选择 二氧化碳蒸发器在复叠系统低温级是主要制取用户需求冷量的换热器。 本设计采用管壳式结构，用 30的 CaCL2 做载冷剂，载冷剂走壳程，二氧化碳 走管程。 材料方面，壳侧走 CaCL2，采用普通碳钢，虽然温度在20“(2 以下， 但因为工作压力不高，最多 lObar，按 GBl50 可以归类到低温低应力工况，可 以不用低温材料，所以采用普通碳钢。C02 走管程，主要考虑 C02 流量小，在 管侧可以很容易形成紊流，强化换热。工作压力虽然在 6836bar，但停机后 压力会上升很快很高，所以安排 C02 走管程，管程受压要比壳程好。但因为要 同时考虑 C02 相对较高的饱和蒸汽压与相对较低的饱和蒸汽温度，推荐管子材 料使用 ASTM A333 grade l，压力容器用 LT50 板材。本设计采用镍铜合金管， 传热效率高于碳钢，可是换热器更加紧凑。 二氧化碳蒸发器的换热计算条件如下，采用换热器大师软件计算。 换热量：140 kw C02：管侧。蒸发温度-45，蒸发压力 0.82945MPa； EaCh：壳侧。进口温度-35，出口温度 45。(浓度 299，起始凝 固温度55。) 3.233.23 NH3NH3 冷凝器的选择（风冷）冷凝器的选择（风冷） 3.243.24 回热器的选择回热器的选择 3.33.3 油冷却器的选择油冷却器的选择 螺杆压缩机采取喷油润滑形式，在螺杆压缩机中，润滑油通过压缩机机体 上的喷油孔，直接喷到转子腔，起到密封、润滑、冷却和降噪的作用。这部分 润滑油占排气量的 07-1，润滑油与制冷剂一起经过转子压缩，达到高温高 压状态，被排出压缩机排气口，进入油气分离器，在油分中润滑油和制冷剂分 离，制冷剂进入制冷循环，润滑油进入油路系统。因为油路系统是闭式循环， 反复使用，所以高温的润滑油需要进行冷却，从油分出来的润滑油进入油冷却 器，一般润滑油从排气温度冷却到 4060，再经过油过滤器后进入压缩机转 13 子腔，如此循环往复。 油冷却器的作用就是降低润滑油的喷油温度，但一般不应低于 25。C， 喷油量的大小直接影响压缩机的排气温度。一般，先预设排气温度，螺杆压缩 机的喷油量可由压缩机的热平衡式决定。由能量守恒定律，得到压缩机的热平 衡式为： 其中，P压缩机轴功率；qmg气体质量流量；qmo喷油质量流量；Cpg 气体的定压比热容；Cpo 一油的定压比热容；Tsg气体的进气温度：Tso 喷油温度；Td排气温度； 二氧化碳侧的理论排气温度 45.6，在合理的油温范围内，所以二氧化碳 螺杆压缩机组的油冷却器取消，可以引一二氧化碳制冷剂管路到排气管，如果 排气温度过高，可以适当喷些二氧化碳制冷剂控制。 而氨侧的压缩机组，选用标准的 LG16BS 氨螺杆压缩机组，油冷却器属标准 配置，不去重新核算。 3.43.4 电子膨胀阀的选择电子膨胀阀的选择 膨胀阀属节流装置，它位于冷凝器和蒸发器之间，在制冷系统中主要起到 对高压制冷剂液体节流降压的作用，同时控制制冷剂的质量流量，制冷剂到低 压状态后在蒸发器中蒸发制冷。本系统中没有贮液器，所以采用通过蒸发器出 口过热度控制的电子膨胀阀。 电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，一般输出 4-20mA 信号，到控 制器，控制器通过蒸发其出口的压力传感器和温度传感器，控制出口过热度， 来控制电子膨胀阀的实际开度。电子膨胀阀相比热力膨胀阀，克服了热力膨胀 阀的几个缺点信号的反馈有较大的滞后；控制精度较低；调节范围有限。 电子膨胀阀为制冷装置的智能化提供了条件。本次采用的是电磁电子膨胀阀。 电磁电子膨胀阀的电磁线圈是通过控制器来控制的，控制器运算压力传感 器和温度传感器对比出来的过热度，根据设定的过热度值，输出电压，施加在 电磁线圈上。电磁线圈通电前，阀针处于关闭状态，通电后，受磁力的作用， 阀针开启，属于全开全关型。每 6 秒一个调节周期。 14 本项目选用丹麦的 DANFOSS 公司产品。利用 DANFOSS 的阀门选型软件进行 计算选型，根据制冷量、蒸发温度、冷凝温度、制冷剂等参数可以选出合适的 电子膨胀阀。 选型结果为： 二氧化碳侧：AKVA204，工作能力为 314； 氨侧：AKVA201，工作能力为 646。 3.53.5 CO2CO2 安全阀的设计安全阀的设计 安全阀在制冷装置或系统中，起到安全保护作用，一旦工作压力超高，为 保护设备不因强度不够而造成破坏。每个系统设计都要考虑到设计成本和设计 的合理性，所以设备的强度不能无限地取大，在这种情况下，安全阀等安全装 置就十分必要。 C02 制冷系统 C02 压力是常用 CFC 类、HCFC 类和氨等制冷剂的 78 倍，制 冷循环的各个部件必须针对高压特别设计，同时必须安装安全装置如安全阀来 保障超压安全。由于 C02 制冷系统用安全阀的阀前流体状态为气液两相区域， 而 C02 的三相点压力高于排放背压大气压力，排放过程中固体 C02 可能形 成，从而发生独特的冻结和堵塞现象，这可能会影响安全阀的正常工作。 安全阀的正常工作过程包括三个部分。首先是当超压发生时，安全阀迅速 打开，排放一定的工质，消除系统超压；其次当超压消除后，安全阀迅速有效 地关闭；最后当超压再次发生时，安全阀再次迅速打开，排放工质。这三个过 程分别表示安全阀的开启、关闭和再开启特性，它取决于安全阀的作用原理、 结构和流体特性。 C02 安全阀的排放过程假定为等熵过程，生成的固体 C02 的量和排放质量 流量为决定堵塞特性的两个最主要的因素。一旦排放流量确定，生成的固体 C02 的量则取决于下游的蒸气干度。 当压力降低到 C02 三相点压力，固体 C02 会形成。在固体 C02 形成以前， 下游管路中是气液两相闪发流动，在固体 C02 形成以后为气固两相流动。 3.63.6 润滑油的选择润滑油的选择 C02 制冷系统的运行压力非常高，在 0时的饱和压力比 R22 高 7 倍，在 15 高压力下，C02 具有异常的溶解能力以及有水存在的时候会显示它的弱酸性， 这些都将影响润滑油的长期的稳定。不过，对于亚 I|缶界循环的复叠低温级来 说，C02 的润滑油相对好得多。 润滑油的主要作用在于在系统的工作状态和温度范围内为压缩机轴承提供 有效的动力，同时不影响系统的运行性能。制冷系统对润滑油的要求主要包括 黏度、热稳定性、吸湿性和电阻率等。制冷系统中常用的润滑油主要有 PAG、POE、PVE、AB 等合成油以及矿物油，国内外的一些研究者己就它们用于 C02 制冷系统的可行性做了实验研究。 本项目选用的是 PAG 类润滑油，采用国内知名品牌，长城牌合成润滑油。 3.73.7 密封材料密封材料 对于常用的典型的橡胶来说，与其他气体如 N2、02 甚至 H2 相比，由于 C02 有很强的溶解性，所以它的泄漏量要大得多；而 C02 在同样的橡胶中的扩 散率很低，这会导致爆发性减压后材料的破坏。因此在 C02 制冷系统中必须考 虑在软管套头或封层上的密封材料可能发生泄漏，还有在系统显著释压后，在 合成橡胶表面上可能会出现的起泡和破裂现象(暴发性减压)。 一旦流体和