某啤酒工厂制冷系统设计

某啤酒工厂制冷系统设计
摘要：通过啤酒厂设计实例，介绍了啤酒厂生产工艺的制冷要求、制冷站设备选型及制冷系统流程以及冰蓄冷在氨制冷系统里面的应用。

关键词啤酒工厂制冷站氨制冷冰蓄冷
0引言
随着中国经济的发展，人民生活水平的提高，啤酒作为人民大众最喜爱的饮料之一，啤酒生产也得到了很大发展。

在啤酒的生产工艺中，从麦芽冷却、发酵、滤酒到酵母扩培，无一不用到制冷介质。

制冷介质的满足生产温度要求以及稳定输送将影响到整个啤酒生产线的正常运行。

设计一套配置合理、运行经济稳定的制冷系统在新建啤酒工厂的设计中显得尤为重要。

本文叙述的是一个典型的啤酒生产工厂的设计实例，该项目中采用的冰蓄冷系统，对老制冷站房的改造也是可行的。

1工程概况
某啤酒工厂新建年产10万千升（一期5万千升）啤酒工程项目，工艺生产需要-4℃的乙二醇溶液以及2℃~4℃的冰水，满负荷时总需冷量为2000kW，制冷系统应满足非全天使用但在整个啤酒旺季可能经常使用的情况。

2制冷站房设计
制冷站靠近负荷中心糖化车间、发酵罐场设置。

氨制冷站属于乙类站房，宜单独设置。

制冷站考虑生产线扩容需要，预留压缩机及蒸发器位，面积约430平方米。

冰蓄冷间，于制冷站外独立搭建，蒸发式冷凝器放置在冰蓄冷间屋面。

站房的设计要点：
2.1 本冷冻站按照《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的规定，生产的火灾危险性为乙类。

应设置事故通风系统。

2.2 站房应避免西晒。

室内净高不小于6m，建筑泄爆面积不小于站房地面面积的10%。

2.3 冷冻站的电源应在机房内外均能切断，但此时事故电源不得中断。

2.4 在压缩机及设备间的主要通道和站房的主要出入口设事故照明，所有设备及电气元件均要求防爆。

2.5 制冷站宜配套设置维修间及控制室（或是值班室）。

3制冷系统
3.1冷却介质
3.1.1酿造冰水：糖化车间内冷却麦汁用冰水。

将温度为96℃的麦汁与制冷站内输送来的2℃~4℃的酿造冰水进行热交换，麦芽冷却至大约7~9℃，而水升温至80℃。

3.1.2-4℃的乙二醇：用于发酵罐场、滤酒系统、酵母扩培系统的冷却。

3.2蒸发温度及冷凝温度
为满足工艺生产用冷的需要，压缩机采用双工况运行，设计蒸发温度分别采用-10℃及-26℃，冷凝温度采用40℃。

分别选用满夜式卧式蒸发器及蒸发式冷凝器满足要求。

3.3制冷量及制冷设备的选择
按照工艺资料，满负荷时总需冷量为2000kW。

选择氨制冷螺杆式压缩机组共4台：两台标准工况，单机额定制冷量为670kW，一台用于冷却乙二醇溶液，一台为冰蓄冷专用以及冷却乙二醇备用；两台空调工况，单机额定制冷量为1391kW，一台用于制冰水，一台为冰蓄冷专用以及制冰水备用。

备用的空调工况压缩机可同时作为标准工况压缩机的备用机。

经过技术经济的合理比较，从节约运行费用考虑，设置蓄冰池、蓄冰器(冰容量120m3)，夜间制、存-18℃的冰，白天释放冷量，用于啤酒工艺的需冷。

3.4制冷系统流程
本次设计制冷站有3个功能：
3.4.1 发酵罐单独制冷：
由蒸发器出来的-4℃的乙二醇溶液，经冷乙二醇贮罐后，由泵供冷给发酵罐场使用，乙二醇溶液吸热升温(至1℃)后回到热乙二醇贮罐，再经溶液循环泵送入蒸发器换热冷却，如此循环供冷。

3.4.2 蓄冰制冷：
除必须留置一台保证发酵罐供冷外，其余制冷机组在夜间全部用来制-18℃的冰，总制冰量120m3。

白天运行时，停止夜间制冰用的制冷机组，释放蓄冰池冷量向发酵罐供冷，从而节约电费(不同时段电价不同)。

3.4.3 制酿造冷水2℃~4℃：
贮氨器出来的减压后的氨液送至板换冰水机组与经过处理的酿造水进行蒸发换热，制得的2℃~4℃的酿造冰水，由水泵打至冰水罐，再经泵送至糖化车间，酿造水水温曾升至80℃直接排放，不再循环冷却。

制冷工艺流程如下图：
注：A1——低压氨气管，A2——高压氨气管，a1——液氨管，B1、B2——冰水管，Y1、Y2——乙二醇管，FY——放油管，n——安全管，s——冷却液管，xa——泄氨管，FK——放空管，YP——平衡管
3.5 制冷系统管路及配套装置设计
3.5.1 制冷内循环：
3.5.2制冷外循环：
3.5.3系统除油：被氨气从螺杆式压缩机带出的润滑油，一部分被油分离器分离下来，未彻底分离的润滑油被带入冷凝器、贮氨器、板换冰水机组以及蒸发器。

由于润滑油不溶于氨液，而且，润滑油比重大于氨液的比重，润滑油会留在设备内。

润滑油粘附在换热器的表面，形成油膜，油膜的热阻很大，使换热效果降低，耗能增加，且影响系统的正常工作。

在冷凝器，贮氨器、卧式蒸发器、液
分器、板换冰水机组底部，均设置排油阀，连同油分器排出的润滑油一起接至除油器排放。

当润滑油量较大时，可对润滑油进行回收再利用。

3.5.4不凝气体排放：不凝气体主要为空气。

当容器内压力与大气压力有差异时，在系统维护、更换润滑油、补充氨液的过程中，都容易带入空气。

不凝气体的存在会造成冷凝压力高于设计压力、能耗增加、制冷量减少、压缩机工作时间增长等不利影响。

设置正确的不凝气体排放点，即时排放不凝气体，氨制冷系统正常运行非常重要。

高压氨气管道、高压氨液管道的高点，冷凝器、贮氨器、油分器，均设置放空阀，不凝气体经空分器排除空气，分离空气后的低压氨气接入压缩机组吸气端。

3.5.5压力平衡：冷凝器与贮氨器间设置压力平衡管，运行中平衡管应呈开启状态。

3.5.6系统泄压：冷凝器、贮氨器、液分器、板换冰水机组等设备上均须装有安全阀，共用一根安全管，泄压管接出屋面泄压。

室外冷凝器直接接管泄压。

3.5.7紧急泄氨：贮氨器设泄氨管，以防止意外事故或者自然灾害天气时引起容器爆炸，造成人员伤亡。

泄氨管与紧急泄氨器连接，泄氨时应同时开启自来水阀，稀释后排放。

3.5.8管道材质：制冷系统内循环管道、乙二醇输送管道，采用GB/T8163 20#无缝钢管；酿造冰水管道，根据食品卫生要求，采用不锈钢管；车间内冷媒管道均采用不锈钢管。

3.5.9系统设计压力及试验压力：氨制冷系统，高压管道设计压力为2MPa，低压管道设计为1.5MPa。

该系统压力级别为GC2(1)。

管道试压采用氮气，试验压力为，强度试验压力为设计压力的1.15倍，密封性试验压力与设计压力相同。

3.6冰蓄冷切换控制
项目所在地，夜间电价较低，适合用冰蓄冷的形式在夜间储存冷量，用于白天啤酒的生产。

国家标准图集《冰蓄冷系统设计与施工图集》（06K610），列出了21种常见冰蓄冷空调系统原理图及其配套的自动控制系统原理图，可作为参考。

本项目由类似于双极乙二醇泵主机下游串联系统，包含主机蓄冰、主机单独供冷、蓄冰装置单独供冷以及联合供冷四种工况，满足生产工艺要求。

本工程切换阀门均采用电磁阀加双截止阀的形式，方便转换及调节；电磁阀安装处均设置旁通管，防止阀门故障，保障系统安全运行。

4 运行效果和结语
该啤酒厂已投产2年，夏季生产高峰期啤酒最大产量已达到设计值，制冷系统运行稳定，冰蓄冷系统切换平稳，满足工艺生产的需求。

氨制冷系统被广泛的的运用到包括啤酒企业在内的食品生产行业中，作为节能增效措施，冰蓄冷系统也越来越多的运用到制冷系统中来。

本文叙述的氨制冷系统，是常规而典型的，希望能为初次涉及到食品行业氨制冷系统的同行提供一点参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。