製冷管道設計包括管徑確定、管道與管件的布置和管道的保溫。管道設計的好壞，關係到製冷裝置運行的安全可靠性、經濟合理性和安裝操作的簡單方便程度。
基本介紹
- 中文名：製冷管道設計
- 外文名：Refrigeration piping design
- 工作內容：管徑確定、管道與管件的布置
- 注意事項：安全可靠、經濟合理
- 管徑確定：公式計算、線算圖法
- 隔熱材料：聚氨酯、泡沫塑膠、玻璃棉
意義,管徑確定,公式計算法,線算圖法,氨管道布置,氟管道布置,回氣管,排氣管,液體管,管道支架,管道的隔熱,一般要求,隔熱層厚度的確定,隔熱材料的選用,
意義
製冷技術在國民經濟各部門套用範圍很廣，它涉及到化學工業、科學研究、食品工業、現代化建築以及其他工業部門。在化學工業中，氣體的液化、混合氣體的分離、各種鹽類的結晶等生產工序中，都需要製冷技術。在食品工業部門，罐頭食品、魚類加工、啤酒釀造、乳晶加工、冷飲食品生產和冷庫等方面都廣泛地套用製冷技術。在現代化的建築和大型公共建築中，設定空氣調節裝置，需要冷源，這也離不開製冷技術。在科學研究中，如研究低溫時某些物質、材料、機械、儀表的性能，低溫下植物的選種、培植，也都廣泛需要製冷技術。
製冷劑管道系統的作用是將製冷壓縮機、冷凝器、節流閥和蒸發器等製冷設備、閥門和儀表等連結在一起，構成一個封閉循環系統，使製冷劑在其中不斷往復循環，從而發揮製冷裝置的作用。
載冷劑管道系統的作用是將載冷劑系統的設備、閥門和儀表等連線起來，輸送或使載冷劑在管道系統內往復循環，從而將冷量傳送給用冷處，將熱量帶回製冷系統。
實踐證明，管道設計的優劣，將直接影響製冷系統的運行、維護、修理和安裝。因此，對於管道設計，應當予以足夠的重視。
管徑確定
管徑確定是製冷系統設計中的重要一環，管徑確定得合理與否，直接影響到整個系統的設計質量。管徑的選擇決定於管內的壓力降和流速，實際上是一個初投資和經常運轉費用的綜合問題。對於氟系統管徑確定，除上述因素外，尚應考慮回油問題，選出合適的管徑，保證順利回油。
在工程設計中，一般是採用限定管段流動阻力損失來確定對應管徑的大小，對應阻力所產生的飽和溫度降約為0.5~1℃。
公式計算法
公式計算法是根據製冷管道允許流速、允許壓力降的大小進行計算確定管徑的方法。其計算步驟為：
1.計算管道內徑
2.初選管徑
根據計算結果由管材表選取管徑。
3.計算壓力降
線算圖法
公式計算法較精確，但計算繁瑣。線算圖法雖然精確度不如計算法，但方法簡便，用於工程計算中已足夠用。
- 氟管徑
（1）回氣管管徑
回氣管由水平管段、立管段組成。回氣管中壓降大，將使吸氣壓力降低，吸入氣體比體積增大，導致輸氣係數下降，直接影響到製冷能力。所以，一般把該管段中的壓降控制在相當於飽和溫降1℃。
對於上升回氣立管，還應考慮帶油速度問題。該管段中若流速過小，游離在回氣中的油滴將流回蒸發器，使蒸發器內的油越積越多。因此，上升立管中必須保持一定的流速，藉以帶油返回壓縮機，且速度越大，帶油效果越好。但流速增大必然會導致流阻增加，所以，為了做到既能帶油上升又不致使阻力過大，管內流速一般取其滿足帶油的最小值，稱其為“最小帶油速度”，氣體就能帶油上升。據資料介紹，前蘇聯上升回氣立管中的最小帶油速度為8m/s，上升排氣立管中的最小帶油速度為7.5、m/s，可供參考。
為了使用方便，可根據上升立管的最小帶油速度，按節流閥前液體溫度為40℃的條件，換算成上升立管的最小製冷量來確定該立管的最大內徑。
需要說明的是，由於回氣管承擔著從蒸發器回油至壓縮機的任務，因此，回氣管的確定是氟管的重點，而上升回氣立管又是回氣管中的關鍵管段，所以上升回氣立管必須選好。
（2）排氣管管徑
排氣管中的壓降對製冷量的影響較小，對壓縮機功耗的影響較大。一般情況下，把排氣管中的壓降控制在相當於飽和冷凝壓力差0.5℃，即冷凝溫度為40℃時，R22的允許壓力降為0.0189MPa。
對於上升排氣立管，也要有一定的帶油速度。需要說明的是，上升排氣立管僅指不設油分離器時壓縮機至冷凝器之間的管段，以及設油分離器時壓縮機至油分離器之間的排氣上的上升立管。對於油分離器至冷凝器之間的上升立管，可不考慮帶油問題，以簡化設計。
（3）液體管管徑
液體管分三段：下液管、高壓液體管、低壓液體管。
①下液管。下液管系指冷凝器至貯液器的泄液管。下液管應該通暢，以保證冷凝液及時流入貯液器，以免積存在冷凝器內使冷凝面積減少。同時，貯液器內的氣體也可通過它進入冷凝器。
②高壓液體管。貯液器至節流閥的液體管段也稱高壓液體管。該管段除摩擦阻力、局部阻力外，尚應包括液位差引起的壓降。
③低壓液體管。低壓液體管是指節流閥至蒸發器之間的供液管道。液體節流後，其流動阻力比單純液體大很多，這一管段一般較短，管徑可參照熱力膨脹閥的出口或蒸發器的入口確定，也可按高壓液體管加大一檔使用。
2.氨管經
氨管中沒有回油問題，所以管徑確定比氟管簡單，其線算圖的使用方法是：
①根據工況條件確定選用的線算圖。
②由管道設計時的工況負荷、管子當量長度，確定設計管道的公稱直徑。
③根據計算得到的公稱直徑，選定無縫鋼管的規格。
④不同工況條件下的修正。建立的線算圖都有一定的使用工況，當設計工況和建立線算圖的工況不一致時，使用前應對相關參數進行修正。
其他蒸發溫度用的線算圖，可從相關手冊中查取。
氨管道布置
- 對管材、閥類及連線件的要求
（1）管材
氨製冷系統的管子應採用無縫鋼管，其質量應符合現行國家標準《流體輸送用無縫鋼管》GB/T8163——1999的要求：根據關內的最低工作溫度選用鋼號；管道的設計壓力應採用2.5MPa（表壓）；管壁厚度可參照相關參數選用，其厚度要能滿足氨製冷系統工作壓力對壁厚的要求。
（2）閥件
製冷管道系統應採用氨專用閥門，其公稱壓力不應小於2.5MPa（表壓），並不得有銅質和鍍鋅、鍍錫的零配件。閥門應有倒關閥座，閥開足後能在運行中更換填料。
（3）連線件
氨系統管道主要用焊接，必要的地方也可採用法蘭連線，但法蘭應帶凹凸口。兩根管子作T形連線時，若管徑相同，應在接合部加一段較粗的管子，並應做順流向的彎頭。
2.管道布置的要求
（1）各種管道的撓度不應大於1/400。
（2）低壓管道直線段超過100m，高壓管道直線段超過50m時，應採用伸縮彎等補償裝置。
（3）管道穿過建築物的沉降縫、伸縮縫、牆及樓板時，應採取相應的措施。
（4）放空氣器、集油器、排液桶等的減壓管應接在氣液分離裝置的回氣入口之前，不應直接接在壓縮機的吸氣管上。
（5）連線壓縮機的管道不應與建築物結構剛性連線。
（6）連線壓縮機、設備的管道應有足夠補償變形的彎頭。
（7）液體管應避免形成“氣囊”，氣體管應避免形成“液囊”。
（8）系統管道的坡度宜按相關規定採用。
（9）溶霜用熱氨管應連線在除油裝置以後，並應包耐高溫隔熱材料，其起端應裝設截止閥和壓力表。
（10）在管道系統中，應考慮能從任何一個設備中將氨抽走。
3.管道布置
（1）機器間吸、排氣管的布置
吸、排氣管是機器間的主要管道，其布置形式與機器布置形式有關，雙列式採用架空式，單列式採用沿牆式。並聯壓縮機吸、排氣支管與總管的連線應從總管的上面或側上方接入，以防回液和減少流動阻力，並應沿製冷劑流向彎曲。還可在排氣支管上設止回閥，用以防止排氣端進液，減少壓縮機的操作調整。
一台機器為兩個以上蒸發迴路配置時，可在壓縮機吸氣管上並聯一根管道與另一蒸發迴路的吸氣總管相接，這種接法操作方便，使用靈活，套用較普遍。
（2）機房內其他管道的布置
機房內設備較多，設備之間的連線管道也較多，它們應儘量集中布置，並用管架固定在牆上或用吊架固定在屋頂。管道集中布置時的原則是：水平布置時管徑大的靠牆，支管少的靠牆；垂直布置時，熱管在上冷管在下，管徑大的在上管徑小的在下，無隔熱的在上有隔熱的在下。同時，要考慮到把包隔熱的放在一起等等。出現矛盾時應綜合考慮確定。
（3）室外管道布置
室外設備主要有油分離器、冷凝器、貯液器和放空氣器等。室外設備之間、室外設備和室內設備之間的管道連線，要用落地支架固定，集中通過機房牆上的預留洞進入機房。管架布置時儘量避免阻擋操作通道。室內外管道標高不同時，應儘量減少大管徑管道的彎曲次數。
（4）管道通過人行道時的布置
管道通過人行道時，管底離地面淨高不小於3m；通過行車道時，淨高不得小於4.5m。
氟管道布置
除共性的東西外，氟利昂的溶油性導致了氟系統與氨系統管路布置有所不同。隨著氟的流動潤滑油將遍及所有有氟的設備和管道，讓油隨著製冷劑的流動順利返回壓縮機是氟系統管路設計的一個主要任務，管道布置也是圍繞著這一問題進行的。
回氣管
氟系統回氣管不僅要完成向壓縮機輸送低壓氣體的任務，而且還要藉助管內氣體流速將蒸發器內的潤滑油帶回壓縮機。回氣管布置方式很多，總的目的都是在工作時使潤滑油能均衡地返回壓縮機且不發生回液現象。布置時應從以下幾方面考慮。
- 坡度與坡向
為了便於回油，回氣管水平部分應有0.5%~1.0%的坡度，坡向壓縮機。
2.液囊
回氣管上避免出現“液囊”。如布置中出現液囊，在輕負荷或停機時，油和氟液就會滯留於此形成液封，增大管道壓降，重新啟動時油和液體就容易進入壓縮機而引起油擊或液擊。
3.回油彎（存油彎）
上升回氣立管中的帶油速度，只有在建立了必要的帶油條件時才便於將油帶走。一般是在蒸發器出口上升回氣立管的底部設定一個U形彎頭，俗稱“回油彎”，蒸發器內積存的油流入回油彎內積在彎頭底部使回油彎與立管連線處附近流通截面減少，流速加快，以利於連續帶油上升至水平回氣管。在設計製作回油彎時，要儘量做小，以便於油的提升和避免產生較大的壓降。實驗表明，只要機器工作，回油彎中的回油方式就不是先形成油封、後消除油封、再形成油封式的間斷回油，而是始終沒有油封形成的連續回油。
4.雙上升回氣立管
對於帶有卸載裝置的壓縮機或幾個壓縮機並聯運行時，用最小負荷選配上升立管管徑，雖能滿足最小帶油速度，但在滿負荷運行時壓降很大，在機器負荷變化不大的情況下，可通過增大水平管段、下降管段管徑的辦法來維持回氣管總壓降不變，這時只要水平管內流速不太小，並有一定坡度坡向壓縮機，油就可順利返回。但在機器負荷變化較大的系統中，用上述方法就難以維持總壓降你變，這時宜採用“霜上升回氣立管”加以解決。
5.回氣管與壓縮機的連線
在壓縮機吸入口附近的回氣管上不要設定回油彎，以免出現液囊，造成機器重新啟動時發生濕行程。對於多台壓縮機並聯連線方案，應使回到水平回氣總管中的油能均勻地返回每一台壓縮機，特別注意防止回氣總管中的油液進入停止工作的壓縮機中。
並聯壓縮機與回氣總管連線時，在回氣總管上設一集管，各支管由集管上部接入，支管端頭加工成坡口，以便回到集管中的油能及時被任一台工作中的壓縮機吸走。為回油均勻，要求支管坡口角度一致、深度相同。有時為了解決各壓縮機回油不均勻問題，可在曲軸箱上部與下部設均壓管與均油管，並在該管上加設閥門。
6.回氣管與蒸發器的連線
根據蒸發器與壓縮機高度位置的不同，布置方案有以下幾種：
（1）蒸發器高於壓縮機
蒸發器設在壓縮機上面，在停止工作時，蒸發器中的油液會自行流入壓縮機，造成再次開機時的油擊或其他事故。所以該方案只能在供液很少或停機前關閉供液以使停機時無油液下流或在自動控制中採取措施的情況下才能使用。
經常採用的方案有以下三種：
①一組蒸發器時的連線。在蒸發器出口設上升回氣立管至蒸發器的頂部（根據供液情況，也可升至稍高於蒸發器工作液面的某一高度）再接至壓縮機。在蒸發器的出口側，伸出一段坡度與製冷劑流向一致的水平短管，用以安裝熱力膨脹閥的感溫包，然後再設回油彎。
②位於不同標高的蒸發器回氣管的連線。注意不要使用來自上邊蒸發器內的油液流入下邊蒸發器中。
③三組相同標高並聯蒸發器的連線。為防止油液由一組蒸發器流入另一組蒸發器，在每組蒸發器的出口接出一水平短管，向下接入共同的水平回氣管，在該水平回氣管的末端設回油彎及上升立管；而對負荷變化較大的系統，則可設雙上升回氣立管。
（2）蒸發器低於壓縮機
蒸發器設在壓縮機下方時的管路連線方式與上述基本相同，主要考慮的是蒸發器的回油和防止油液串流。需要指出的是，上升立管並不能任意長。當上升立管較長時，以每個8m左右或更短距離設一回油彎分級提升，以利回油。
（3）上下均有蒸發器而壓縮機位於中間的管路連線。
7.回氣管與熱交換器的連線
回氣管與熱交換器的連線應有利於回油，熱交換器應裝在水平或下降回氣管上，你的設在上升回氣立管上。為增強換熱，進、出液和進、出氣管宜逆流連線，以增大換熱溫差。
8.吸氣管與低壓循環桶的連線
在氟泵供液系統中，由蒸發器返回的油隨氣體進入低壓循環貯液桶，吸氣管除輸送氣體外，還需將低壓循環桶內的油送回壓縮機。其做法是利用低壓下氟油混合溶液兩層分離的特點，在進液面的富油層處引出1~3根回油管至吸氣管，利用低壓氣體的流速將油引射至吸氣總管返回壓縮機。
排氣管
排氣管是指從壓縮機排出口至冷凝器進氣口之間的高壓氣體管道。對將壓縮機、油分離器、冷凝器等組裝成一整體的壓縮冷凝機組來說，無需對排氣管進行設計布置。
- 注意事項
①壓縮機停止運轉時，排氣管內冷凝下來的氟液和不得流回壓縮機，排氣管較長或環境溫度較低的地方更應注意。
②多台並聯壓縮機的排氣不應互相碰撞，以減少流動阻力。
③隨工作壓縮機排氣排出的油不得流入停止工作壓縮機的機頭，以免造成該機啟動困難。
④水平管段應有≥1℃的坡度，坡向油分離器或冷凝器。
2.連線
（1）設油分離器時排氣管的連線
系統有油分離器時，應將上升排氣立管設在油分離器之後，油分離器後的上升立管不需設定回油彎和考慮帶油速度問題，可簡化設計。
（2）不設油分離器時排氣管的連線
不設油分離器時，上升排氣管也應考慮一定的帶油速度並設回油彎。
上升立管較長時，可採用分級提升。
液體管
- 下液管
2.高壓液體管
高壓液體管系指貯液器或冷凝器至節流閥段的液體管。在這段管路中，氟液和潤滑油處於互溶狀態，即使是流速很低也不會分離。本管段需要解決的是如何防止或減少閃發氣體產生的問題。在氟系統的液體管上，多設有乾燥過濾器和自控元件，加之氟利昂密度大，使管路產生較大的摩擦阻力和局部阻力；液位差的存在也會產生較大的阻力損失；還有周圍環境溫度的影響等。閃發氣體的產生，會帶來一系列不良影響。如閃發氣體在液管內的出現，會使流阻增大而促進閃發氣體更多地產生；帶有閃發氣體的製冷劑進入節流閥，實際上等於減少了節流孔的流通面積，使供液量降低；節流後製冷劑中閃發氣體量進一步增加，使並聯蒸發器供液不均等。
由上述分析可知，防止高壓液體管中產生閃發氣體是十分重要的。摩擦、局部阻力可通過擴大管徑、減少閥件等措施加以改善，但液位差的存在是無法減少的阻力損失。防止高壓液體管中出現閃發氣體的主要手段是在此段管路上加設熱交換器或過冷器等對液體過冷，以消除或減少可能產生的閃發氣體。
對幾台高度不同的蒸發器並聯供液時，應將較低位置蒸發器的進口放得比三通管的出口支管高一些，以便閃發氣體分散進入不同蒸發器。
3.低壓液體管
低壓液體管是指由節流閥到蒸發器的供液管段。這段管道設計中應注意能向各蒸發器均勻供液，且有利於回油。
（1）與熱力膨脹閥的連線
直接膨脹供液多用熱力膨脹閥節流。熱力膨脹閥宜靠近蒸發器布置，閥前一般設有電磁閥，當不需要供液時用以切斷供液，以免停機後繼續向蒸發器供液，不利於下次開機。為了清洗過濾器、檢修熱力膨脹閥和電磁閥時不影響工作，可增設截止閥並並聯一隻手動節流閥，必要時手動供液。
（2）與冷卻排管的連線
蒸發器為冷卻排管時，為防止各個通路供液不均勻，以每隻熱力膨脹閥只向一個通路供液的單路供液系統為宜。為便於回油，採用上進下出供液流向。一隻熱力膨脹閥向幾個並聯通路供液時，要求各通路阻力儘量平衡，必要時採用分液器配液。
（3）與冷風機的連線
冷風機多為定型產品，常見的多為通路並聯結構。根據其結構形式，設計時可用一隻或兩隻熱力膨脹閥向一台冷風機供液。為使供液均勻，冷風機多用分液器對各並聯支路配液。鑒於分液器阻力很大，應選用外平衡熱力膨脹閥。
向系統充注製冷劑，小系統可通過吸氣閥多用通道進行，較大系統則在高壓液體管上加充液接頭，這樣，既可在製冷劑進入系統前先淨化，也可避免充注時發生液擊現象。
管道支架
管架的作用是固定管道。製冷系統的管道，特別是吸、排氣管，因受壓縮機的脈衝震動，必須加以緊固，否則會因長期受震動而產生鬆動、開裂，從而引起泄漏。此外，管道應有強度和剛度的要求，若在一定間距內不加以緊固，會造成彎曲變形甚至破壞，致使整個製冷裝置不能正常工作。所以，應做好管道的固定。
製冷工程常用半固定支（吊）架，用一根扁鋼或圓鋼做成管卡，兩端用螺母將管道緊固在支架上。當管道因溫度變化而產生變形時，能克服管卡的側壓力而在軸向產生較小的位移，避免管道截面產生過大應力。
管道支架的最大間距應滿足以下兩方面的要求：一是防止管道因受垂直作用力造成彎曲破壞，滿足管道的強度要求；二是對於有坡度要求的管道，為了防止撓度過大引起管內積存液體，影響系統的正常工作，應有撓度不大於坡度的要求，即需滿足管道的剛度要求。通常無縫鋼管管道支架的間距不做計算，可由相關“管道支點最大間距表”查出。除按正常要求確定支架間距外，在管件或管道彎頭部位要增設加固點，同時要求支點距彎頭不宜大於600mm。
低溫管道在支架處應加設經過防腐處理的墊木，以防形成冷橋。
管道的隔熱
一般要求
製冷管道中會導致冷量損失的管道、將產生凝結水和形成冷橋的管道，均應進行隔熱保溫。
需要隔熱的管道有：中、低壓氣體管，中、低壓液體管，高壓過冷液體管及排液管；融霜用熱氨管；經過低溫冷間的上下水管等。
管道隔熱的設計、選材、結構及安全等應按現行國家標準《設備及管道保冷技術通則》GB11790-1996及《設備及管道保冷設計導則》GB/T15586-1995執行。
穿過牆體及樓地板等處的隔熱管道應採取相應的措施，不得使隔熱結構中斷。
隔熱層厚度的確定
隔熱材料的選用
製冷管道隔熱材料有軟木、聚苯乙烯泡沫塑膠、聚氨酯、泡沫塑膠、玻璃棉等，一般先加工成形，這樣施工方便，效果較好。但這種採用拼裝的隔熱層，若隔氣層處理不好，空氣中的水蒸氣會從縫隙中流入隔熱層，使隔熱性能降低。採用聚氨酯現場發泡，可解決這個問題。
對管道比較集中的部位，如調節站等處，結構形狀較複雜，採用聚氨酯現場噴塗施工，效果較好。
