制冷系统因其工作介质的特殊性和运行工况的复杂性,存在一定的安全风险。为保障制冷设备和人员的安全,需配置多种安全装置进行监视、预警和保护。本文较为全面地介绍了制冷系统的主要安全装置,包括压力、温度、液位等监控设备和安全阀、压力继电器、止回阀等保护装置。
制冷系统因其工作介质的特殊性和运行工况的复杂性,存在一定的安全风险。为保障制冷设备和人员的安全,需配置多种安全装置进行监视、预警和保护。本文较为全面地介绍了制冷系统的主要安全装置,包括压力、温度、液位等监控设备和安全阀、压力继电器、止回阀等保护装置。
压力表是测量管路或设备内部流体压力的仪表,通过指针在刻度盘上的位置指示当前压力值。制冷系统中的压力表品种繁多,可分为普通压力表、耐振压力表、远传压力表、电接点压力表等。普通压力表量程一般为-0.1MPa或-2.5MPa,使用于低压环节如蒸发器、吸气管等。高压部位如排气管、冷凝器等宜选用量程更大的耐振压力表,其抗震性能好,寿命长。远传压力表可将压力信号传送至远程控制室,实现集中监视。电接点压力表可设定压力上下限值,超限时触点吸合,以输出报警或控制信号[2]。
安全阀是一种防止管路或设备中的介质压力超过限定值的自动泄压装置。当介质压力升高到规定值时,在介质作用下阀瓣克服弹簧力自动开启,泄放部分介质,使压力下降,从而保护管路或设备不致损坏。制冷系统的安全阀一般装在压缩机排气管、冷凝器进口等高压部位,可根据设备的材质、制冷剂种类等因素确定安全阀的公称通径、开启压力、回座压力、排放能力等参数[3]。例如,采用R22制冷剂的氟利昂系统,压缩机的安全阀开启压力一般为1.6~1.8MPa。
压力继电器又称压力开关,用于发出压力超限信号或直接切断控制电路,实现报警或紧急停车。其主要由压力传感器、触点机构、壳体等组成。当系统压力上升或下降到设定值时,在介质压力作用下,传感器感受到压力变化,推动触点动作,改变触点状态,完成预定的报警或控制功能[4]。压力继电器可安装在制冷系统的高压或低压侧,如冷凝器出口、蒸发器进口等处。其压力范围应覆盖系统的正常工作压力,压差设定应考虑系统压力波动和误差,一般高压差50kPa,低压差50kPa。
熔塞是利用合金材料在一定温度下熔化,从而泄放介质的一种温控式安全装置。当制冷系统发生异常,使得管路温度过高时,熔塞内的易熔合金熔化,在介质压力作用下熔体被顶出,形成泄流通道,排放部分介质,降低系统压力和温度。熔塞主要由塞体、易熔合金、螺纹帽等构成,合金的熔点应略高于系统的最高允许温度。塞体材质应与介质相容,并有足够强度。熔塞规格应依据系统容积、制冷剂种类等合理选用[5]。
液位控制器是将容器的液位信号转换成电信号,进而实现液位控制和报警功能的装置。其分为定点式和连续式两类。定点式控制器只能检测规定位置的液位,如设在贮液器上、中、下部的电极式液位开关,可发出高、低液位信号,控制电磁阀开关或报警。连续式控制器能连续测量液位的变化,并输出4~20mA电流信号,如安装在冷凝器上的音叉液位变送器,可实时反映冷凝液位,进而调节冷凝水流量[7]。
浮球阀利用浮球的浮力自动调节阀门开度,控制进出口流量,维持恒定液位。主要由阀体、阀座、浮球等组成。当液位下降时,浮球下沉,拉动连杆带动阀瓣离开阀座,介质进入容器,液位上升;反之,浮球上浮,推动阀瓣逐渐关闭,减少进液[8]。浮球阀结构简单,控制方便,价格低廉,在蒸发器、油分离器等设备中应用较多。
制冷系统采用多种温度传感器实现温度测量和控制,如热电阻、热电偶、半导体传感器等。其中,铂热电阻因其线性好、稳定性高、测温范围宽等优点,在冷库、制冷机组等场合被普遍使用。铂热电阻主要由铂丝、瓷棒、引线等组成。当环境温度变化时,铂丝电阻值随之变化,再经测量线路转换成温度值[9]。常用的铂热电阻型号有PT100、PT1000等,分别表示在0℃时阻值为100Ω、1000Ω。
温度控制器接收温度传感器的信号,将之与设定值比较,并根据偏差大小输出相应的控制信号,调节制冷设备的启停或运行参数,实现温度的自动控制。常用的温控器包括机械式、电子式两大类。机械式温控器多为压力式,利用温度变化引起的气体膨胀或液体蒸发产生压力,推动膜盒或波纹管,带动触点动作。其结构简单,价格便宜,在家用电冰箱、冷柜等领域仍广泛使用[10]。电子式温控器是将温度信号转换成电信号,再经放大、转换,与设定值比较,最后输出控制信号。其控制精度高,功能丰富,可实现PID调节。在中央空调、冷库、冷藏车等制冷场合应用较多。
止回阀是只允许介质单向流动、防止倒流的阀门。其主要由阀体、阀瓣、弹簧等组成。介质顺流时,在压差作用下推开阀瓣,实现正常流动;介质逆流时,在弹簧力和自重作用下阀瓣自动关闭,切断倒流。止回阀可防止压缩机发生液击、气流倒吸等危险,保护泵、风机免受介质倒流的冲击,是制冷系统的重要安全部件[11]。常用于压缩机吸排气管、冷凝水管、冷却水管等处。
平衡管又称均压管,连接制冷系统的高压侧和低压侧,使两侧压力趋于平衡,减小压差,达到均压目的。一方面可使高低压侧维持相对恒定的压力比,保证膨胀阀前有足够的压差,便于其稳定工作;另一方面,当系统关机时,可使高低压侧压力逐渐达到平衡,避免压缩机再启动时承受过大的压差[12]。平衡管多在中小型制冷系统中使用,如家用空调、除湿机等。
事故排风设备是在制冷剂大量泄漏时,能快速将其排至室外,防止火灾、中毒、窒息等危害发生的设施。通常由排风管、排风阀、排风机等组成。排风管应选用耐腐蚀、难燃材质,截面积满足排风量要求。排风阀应采用常闭型,如电磁阀、气动阀等,确保平时关闭,事故时开启及时。排风机应选防爆型,排风量大,全压高,启动迅速[13]。
某冷库氨压缩机组在运行中突然发生爆炸,机头飞出数米,围墙倒塌,并引发氨气大量泄漏。事后检查发现,排气管的安全阀锈蚀严重,开启压力高,泄流能力小。同时,压力表长期超量程使用,显示不准。另外,压力开关的触点烧损,报警和联锁失效。这些原因导致排气压力持续升高,最终超过安全极限,造成压缩机爆炸[14]。
某大型食品冷库使用氨制冷机组,高压贮液器设有高低液位报警。一次值班时,突然发现大量液氨从贮液器顶部安全阀喷出,并迅速蒸发,车间弥漫刺鼻气味。原来是低压循环蒸发器回液管处的电磁阀关闭不严,使过多的液氨进入贮液器,液位急剧升高,高液位报警失效,导致大量氨液从安全阀溢出[15]。
某中央空调冷水机组投运数月后,发现冷却效果下降,冷凝压力上升,且冷凝器壳体温度偏高。拆开冷凝器发现换热管内壁有较厚水垢,阻碍了热量传递[16]。原来,冷凝器循环水系统的水质较差,未安装水处理设备,导致水中的钙镁离子在受热后大量析出,形成水垢。水垢层会缩小水流通道,增大流动阻力,降低传热系数。压力上升会加重压缩机负荷,水温升高会恶化冷却效果。
某食品加工厂购进数台速冻柜,采用R507冷媒。夏季高温时,速冻柜蒸发温度低,蒸发器外壁结霜。一名员工为除霜,徒手揭去霜层,导致手指被严重冻伤,休工数月。经调查,速冻柜未设置温度报警装置和联锁保护,员工也未经低温作业安全培训[17]。
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