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[摘要]结合低压CO2装置制冷系统设计的实际工作，通过对制冷系统在实际应用时存在的问题进行分析、探讨，提出了相应的解决措施达到优化、提高产品性能的目的。
[关键词]灭火及惰化、低温低压贮存、制冷系统、蒸发器、冷量交换
中图分类号：TJ53+3
1.前言
低压二氧化碳灭火系统以其储存量大，占地面积小的特点，在大型消防工程应用领域占据了首要的地位，在电厂设备间、钢厂、珍贵资料库房等的灭火已得到了广泛地应用。低压CO2灭火及惰化系统中CO2灭火剂的有效贮存是确保整个系统正常工作的关键，因此在整个系统处于准工作状态时制冷系统如何保证低压CO2灭火剂在储存装置内保持低温、低压贮存是系统设计工作中的一项关键技术。
2.灭火剂贮存装置制冷工作原理
2.1低压CO2灭火剂贮存装置组成
低压CO2灭火剂贮存装置是低压CO2灭火及惰化系统中用于贮存液态CO2灭火剂的装置，其由灭火剂贮存容器、检修阀、充装阀、平衡阀、安全阀、压力控制显示装置、制冷系统等组成。
2.2制冷系统的组成
制冷系统是使液态CO2灭火剂在灭火剂贮存容器内始终保持低温（-18℃～-20℃）、低压（1.9MPa～2.1MPa）状态的设施，其由蒸发器、压缩机组及制冷控制装置等组成。
3.现场存在问题及原因分析
随着低压CO2灭火及惰化系统在大型消防工程及电厂原煤仓的广泛应用，我公司低压CO2灭火装置的销售量在节节攀升，根据现场运行使用情况信息反馈，有部分贮存装置的制冷系统性能出现了不同程度的问题，通过对售后服务反馈信息加以分析总结，其存在问题及原因分析见表1所示：
表1 存在问题及原因分析表
序号 存在问题 装置 安装所在地域 故障率 原因分析
1 制冷机工作时间长 <4t 南方 30% 机组工作环境温度高，冷凝温度与压缩机组型号不匹配。
≥4t 北方 70% 蒸发器过长，制冷剂循环压力损失大，造成压缩机组制冷不理想。
理想；
2 压缩机烧坏 ≥4t 南方
北方 30% 容器内液位下降，蒸发器裸露在气态二氧化碳中，制冷量不能充分交换，回流造成压缩机组被烧。
从表1中可以明显看出，4t以下装置故障均出自供于南方的装置，而4t以上（含4t）的装置压缩机组的工作均出现不同程度的故障，对于压缩机工作时间长虽然不影响装置的整体性能，但这样会使客户的设备运行维护费用明显增高，同时压缩机组的寿命也会因此受到影响，作为我们设计人员这也是设计优化应考虑的指标之一；对于压缩机工作时被烧坏的现象，这是装置的整体性能的致命缺陷，会直接造成灭火剂无法正常贮存，从而使灭火系统在启动时无法实现其灭火或惰化的功能。
4.解决措施
1）由于系统设计选取的压缩机组为风冷机组，其工作环境温度是机组选型时依据的重要参数，工作环境温度越高应选取的机组冷凝温度相对要高，针对表1所示的情况，应考虑压缩机组选型时采取南、北方地域区别对待，南方选取冷凝温度高的机组，北方选取冷凝温度相对较低的机组。
2）在蒸发器设计时对于装置容量较小（<4t）的所需制冷量也相对较小，根据计算所需将蒸发器设计成单根蛇形管形式；对于装置容量较大（≥4t）的所需制冷量较高，所需机组功率较大。
3）蒸发器在贮存容器内的安装位置也是设计中应考虑的因素之一，由于容器内CO2灭火剂是以气液两相贮存的，灭火剂以液相为主其占容器容积的90%，气相只占容器容积的10%，如考虑从降温来间接降压时将蒸发器安装在液相中，这样压缩机组工作时间相对较长；而影响贮存容器内压力的主要为气相。
4）标准中6.1.5.1.2中CS开关动作压力下限（即压缩机组停止压力下限）为1.9MPa±0.05MPa，制冷控制装置原设置压缩机组停止压力下限为1.9MPa，更改设定为1.95MPa。这样可使压缩机组单次工作时间缩短，可提高压缩机组的工作寿命。
5.压缩机组选型设计计算要求
5.1储存装置的耗冷量计算应由三部分组成，即Q=Q1+Q2+Q3：
1）罐内实际充装CO2的最大量由-18℃降至-20℃所需的制冷量Q1；
2）内罐体由-18℃降至-20℃所需的制冷量Q2；
3）内罐体通过保温层泄漏的耗冷量Q3。
5.2考虑到压缩机工作时的流量损失，在选型时将理论计算的制冷量加大20%进行选型，即实际选型用制冷量为1.2Q。
5.3蒸发器传热面积计算公式S= 中传热系数K，因贮存容器内冷交换时无搅伴器，根据相关资料选取200W/（m2·℃）进行计算较为合适；
6结束语
以上论述仅为本人在实际工作中的一点技术总结及体会，希望广大同行提出保贵意见共同进行研究讨论，以提高我们低压CO2灭火及惰化系统的产品性能，为顾客提供更为满意的产品。
参考文献：
1. 低压二氧化碳灭火系统及部件.GB19572-2004
2. 解国珍，姜守忠，罗勇.制冷技术 .机械工业出版社.
3. 金文.制冷装置.化学工业出版社.
[关键词]灭火及惰化、低温低压贮存、制冷系统、蒸发器、冷量交换
中图分类号：TJ53+3
1.前言
低压二氧化碳灭火系统以其储存量大，占地面积小的特点，在大型消防工程应用领域占据了首要的地位，在电厂设备间、钢厂、珍贵资料库房等的灭火已得到了广泛地应用。低压CO2灭火及惰化系统中CO2灭火剂的有效贮存是确保整个系统正常工作的关键，因此在整个系统处于准工作状态时制冷系统如何保证低压CO2灭火剂在储存装置内保持低温、低压贮存是系统设计工作中的一项关键技术。
2.灭火剂贮存装置制冷工作原理
2.1低压CO2灭火剂贮存装置组成
低压CO2灭火剂贮存装置是低压CO2灭火及惰化系统中用于贮存液态CO2灭火剂的装置，其由灭火剂贮存容器、检修阀、充装阀、平衡阀、安全阀、压力控制显示装置、制冷系统等组成。
2.2制冷系统的组成
制冷系统是使液态CO2灭火剂在灭火剂贮存容器内始终保持低温（-18℃～-20℃）、低压（1.9MPa～2.1MPa）状态的设施，其由蒸发器、压缩机组及制冷控制装置等组成。
3.现场存在问题及原因分析
随着低压CO2灭火及惰化系统在大型消防工程及电厂原煤仓的广泛应用，我公司低压CO2灭火装置的销售量在节节攀升，根据现场运行使用情况信息反馈，有部分贮存装置的制冷系统性能出现了不同程度的问题，通过对售后服务反馈信息加以分析总结，其存在问题及原因分析见表1所示：
表1 存在问题及原因分析表
序号 存在问题 装置 安装所在地域 故障率 原因分析
1 制冷机工作时间长 <4t 南方 30% 机组工作环境温度高，冷凝温度与压缩机组型号不匹配。
≥4t 北方 70% 蒸发器过长，制冷剂循环压力损失大，造成压缩机组制冷不理想。
理想；
2 压缩机烧坏 ≥4t 南方
北方 30% 容器内液位下降，蒸发器裸露在气态二氧化碳中，制冷量不能充分交换，回流造成压缩机组被烧。
从表1中可以明显看出，4t以下装置故障均出自供于南方的装置，而4t以上（含4t）的装置压缩机组的工作均出现不同程度的故障，对于压缩机工作时间长虽然不影响装置的整体性能，但这样会使客户的设备运行维护费用明显增高，同时压缩机组的寿命也会因此受到影响，作为我们设计人员这也是设计优化应考虑的指标之一；对于压缩机工作时被烧坏的现象，这是装置的整体性能的致命缺陷，会直接造成灭火剂无法正常贮存，从而使灭火系统在启动时无法实现其灭火或惰化的功能。
4.解决措施
1）由于系统设计选取的压缩机组为风冷机组，其工作环境温度是机组选型时依据的重要参数，工作环境温度越高应选取的机组冷凝温度相对要高，针对表1所示的情况，应考虑压缩机组选型时采取南、北方地域区别对待，南方选取冷凝温度高的机组，北方选取冷凝温度相对较低的机组。
2）在蒸发器设计时对于装置容量较小（<4t）的所需制冷量也相对较小，根据计算所需将蒸发器设计成单根蛇形管形式；对于装置容量较大（≥4t）的所需制冷量较高，所需机组功率较大。
3）蒸发器在贮存容器内的安装位置也是设计中应考虑的因素之一，由于容器内CO2灭火剂是以气液两相贮存的，灭火剂以液相为主其占容器容积的90%，气相只占容器容积的10%，如考虑从降温来间接降压时将蒸发器安装在液相中，这样压缩机组工作时间相对较长；而影响贮存容器内压力的主要为气相。
4）标准中6.1.5.1.2中CS开关动作压力下限（即压缩机组停止压力下限）为1.9MPa±0.05MPa，制冷控制装置原设置压缩机组停止压力下限为1.9MPa，更改设定为1.95MPa。这样可使压缩机组单次工作时间缩短，可提高压缩机组的工作寿命。
5.压缩机组选型设计计算要求
5.1储存装置的耗冷量计算应由三部分组成，即Q=Q1+Q2+Q3：
1）罐内实际充装CO2的最大量由-18℃降至-20℃所需的制冷量Q1；
2）内罐体由-18℃降至-20℃所需的制冷量Q2；
3）内罐体通过保温层泄漏的耗冷量Q3。
5.2考虑到压缩机工作时的流量损失，在选型时将理论计算的制冷量加大20%进行选型，即实际选型用制冷量为1.2Q。
5.3蒸发器传热面积计算公式S= 中传热系数K，因贮存容器内冷交换时无搅伴器，根据相关资料选取200W/（m2·℃）进行计算较为合适；
6结束语
以上论述仅为本人在实际工作中的一点技术总结及体会，希望广大同行提出保贵意见共同进行研究讨论，以提高我们低压CO2灭火及惰化系统的产品性能，为顾客提供更为满意的产品。
参考文献：
1. 低压二氧化碳灭火系统及部件.GB19572-2004
2. 解国珍，姜守忠，罗勇.制冷技术 .机械工业出版社.
3. 金文.制冷装置.化学工业出版社.