制冷系统中冷媒的选用

　　在制冷系统中，冷媒(载冷剂)的主要作用是将制冷系统产生的冷量传递给被冷却介质。冷媒在系统中必须保证具有良好的流动性和防冻、防结冰性能，以保证制冷系统正常运行。

　　一、冷媒的特点

　　理想的冷媒应具备的条件如下：

　　①比热大。在传送一定的冷量时，比热大的冷媒循环量小;

　　②导热系数大。导热系数大的冷媒在热交换过程中传热效果好，可以选择换热器面积小一些的，节省设备投资;

　　③黏度和密度小。黏度大的冷媒在管道中的流动阻力增大，密度大会使泵的功耗增加;

　　④冰点低，挥发性小，冷媒的起始冰点应低于蒸发温度5～8℃，不致使其结冰;挥发性小可减少冷媒的损失，节约运行费用;

　　⑤腐蚀性小。良好的冷媒不应腐蚀设备、管道和阀件;

　　⑥不燃、无毒、对人体无刺激、化学性稳定等。

　　二、常用的冷媒及其应用

　　常用的冷媒主要有水、盐水、空气、乙二醇、酒精、丙三醇等，近来又有一种新型冷媒: HLM型防腐冷媒。空气的比热很小，所需传热面积很大，只有在采用空气直接冷却时才使用，一般常用于家用空调、冰箱。水的比热较大，但在0 ℃时就会结冰，限制了它的应用，只能用在0 ℃以上的制冷系统中，广泛应用在冷水机组。

　　盐水有氯化钠水溶液(NaCl)和氯化钙水溶液(CaCl2 )两种。盐水的凝固点随水中盐的含量而变化，可通过盐水的凝固曲线得到凝固点与盐水浓度的对应关系。但是，盐水是有共晶点的，低于共晶点时，浓度越大，凝固点越低;超过共晶点时，凝固点随浓度增大而升高。一般情况下，蒸发温度高于- 16℃时，采用氯化钠水溶液;蒸发温度在-55～-16℃时，采用氯化钙水溶液。盐水溶液的最大缺点是对金属有腐蚀作用。采用盐水溶液作冷媒，必须在盐水溶液中添加重铬酸钠或重铬酸钾作缓蚀剂，减轻盐水溶液对设备、管道的腐蚀。

　　乙二醇水溶液是目前被广泛使用的一种冷媒，其腐蚀性小，无色、无味、无电解性、无燃烧性，一般在-70～7℃的制冷系统中使用。但乙二醇溶液使用一段时间后受到各种细菌、霉菌的感染，在金属层形成厚厚的霉菌层，腐蚀金属，影响换热;其自身也易被氧化生成酸性物质， 加快腐蚀速度，在蒸发器、换热器和管线中形成蚀垢，影响机组的运行性能，增加运行成本和维修费用，减少设备使用寿命。相对于盐水溶液，乙二醇溶液更好。

　　酒精的凝固点为- 117 ℃，适用于更低的载冷温度，但酒精具有燃烧性，使用时需采取防火措施。丙三醇(甘油)是极稳定的化合物，其水溶液无腐蚀性、无毒，可以和食品直接接触，但价格较高。有机物冷媒的标准蒸发温度(沸点)均较低，一般都采用闭式循环。温度变化时，有机物冷媒体积会有变化，系统中往往放置膨胀节或膨胀容器。

　　HLM型冷媒的冰点温度可达到- 100 ℃，主要由缓冲剂、防锈剂、防霉剂、增溶剂、低碳醇组成。HLM型冷媒是无色或浅色透明液体，纯品易燃，稀释后的水溶液不燃，无异味。

　　三、HLM型冷媒(以HLM-2型冷媒为例)与几种冷媒在相同情况下的物性比较

　　HLM型冷媒(以HLM-2型冷媒为例)与几种冷媒在相同情况下的物性比较如表1所示。

　　四、CaC l2 盐水溶液与HLM - 2型冷媒的经济性比较

　　以平顶山煤业集团开封东大有限公司(以下简称“开封东大公司”)的制冷系统为例， 比较CaCl2水溶液与HLM - 2型冷媒的性能与经济性。开封东大公司制冷系统有3种运行工况：

　　① -10 ℃系统冷媒流量Q 为300 m3 /h， H为25 m，冷媒贮罐V为35m3;

　　② -20 ℃系统冷媒流量Q 为320 m3 /h，H为34m，冷媒贮罐V为25m3;

　　③ -35 ℃系统冷媒流量Q为100 m3 /h， H为38 m，冷媒贮罐V为25 m3。

　　1、CaC l2 水溶液与HLM - 2型冷媒的性能参数比较

　　CaCl2 水溶液与HLM - 2型冷媒的性能参数比较见表2。

　　通过比较可以看出，同等条件下HLM - 2型冷媒的比热、密度、黏度均优于CaCl2溶液。

　　CaCl2总用量12. 8 + 9. 88 + 11. 3 = 33. 98 ( t)，以1 400元/ t计， 1 400 ×33. 98 =4. 76万(元) ，HLM-2型冷媒总用量9. 8 +11. 75 + 12. 5 =34. 05 ( t)，以5 500元/ t计， 5 500 ×34. 05 = 18. 73万(元) ，使用HLM - 2 型冷媒比用CaCl2 溶液投资增加了13. 97万元。

　　2、运行费用比较

　　以选用IS型离心泵为例计算。使用CaCl2 溶液时， - 10 ℃系统选用IS200 - 150 - 315B， 电机功率37 kW - 4P; - 20 ℃系统选用IS200 - 150 -400B，电机功率55 kW - 4P; - 35 ℃系统选用IS100- 65 - 200，电机功率22 kW - 2P。选用HLM-2型冷媒时， -10 ℃系统选用IS200 -150 -250，电机功率30kW - 4P;-20 ℃系统选用IS200 - 150 - 315A，电机功率45kW - 4P; - 35 ℃系统选用IS125 - 100 - 315，电机功率15 kW - 4P。

　　3种工况泵运行配电功率相差( 37 + 55 +22) -(30 + 45 + 15) = 24 ( kW ) ， 1 年运行费用相差24 kW ×8 000 h / a ×0. 9 ×0. 5 元/ ( kW ·h) =8. 64万(元)。

　　通过计算对比可以看出，虽然使用HLM-2型冷媒初次投资增加了近14万元，但使用HLM - 2型冷媒每年可节约运行费用6万元。在年之内可收回多投入的资金;而且，采用LM 型冷媒对设备管道无腐蚀， 无污垢， 换热效果较好。使用CaCl2 溶液对系统腐蚀比较严重，运行一段时间后影响换热效果，维修费用高，设备的使用寿命短。

　　五、结　语

　　HLM-2 型冷媒是新一代载冷剂，是CaCl2 溶液、乙二醇、酒精等冷媒的替代产品，其性能也较优越，值得在制冷系统中推广。但是应注意冷媒泄漏时对生产物料的性能影响，若HLM型冷媒与生产物料发生反应会影响产品质量，应慎用。