大冻结量搁架排管的设计

作者:孔庆盛 张彦娟 任锡恩

　　摘要　将外观看似一大组的高层搁架排管(如12层)，分成上下二个小组供液、回汽(12层的搁架排管变成6层一路的供液、回汽)，同时搁架排管每层宽度可取1000mm～1600mm。每层间垂直中心距根据冻结存放货物的高度而定，最小值可取200mm，搁架排管每层长度宜在12m以内。这样的搁架排管存货量大大增加，如冻结产品为猪、牛、羊分割肉，每组大搁架可放18吨以上，如一个冻结间内有这种搁架排管两组，则此冻结间可一次出入货36吨以上。这种形式的搁架排管既解决了冻结量小的难题，又不使单位制冷量耗电量增加，同时使库房空间得到充分利用，节约土地，节约投资，方便实用。对托货架进行了设计，对排管冷却面积进行了 计算 。
　　关键词　大冻结量；搁架排管；设计
　　
　　随着生活水平的提高，人们对冷加工食品的需求趋向精细化和小量包装。如过去冻结牛、羊、猪肉多以白条为主，现在大多分割好以后再冻结。过去鸡、鸭等禽类及鱼、虾等海鲜类食品生产量较少，现在这些食品的冷加工规模越来越大，且进行精细化分类和小数量包装。对这些精细化和小数量包装食品的冻结加工，搁架式排管突显其优势。一方面它承担制冷蒸发器的作用，并因接触式冻结，故冻结效果好；另一方面它承担了货物托架的作用，且可根据货件尺寸设计不同的搁架形式。但是目前教科书及有关制冷技术资料上介绍的搁架排管形式多数只适用于冻结量小的冷库，个别设计放货量加大的高层搁架，其制冷效果差，单位制冷量耗电量加大。如何设计一种新型的搁架排管，既能放货量大，又使单位制冷量耗电量不增加?我们经过多年的实践、研究，终于成功解决了这一难题。使冷库建设 企业 十分受益，大大节约了土地、节约了投资、节约了用电。
　　
　　
　　1　搁架排管的结构形式
　　
　　目前国内教科书及有关制冷技术资料上多是这样介绍的：搁架式排管一般采用φ38*2.2或φ57*3.5无缝钢管制作，每层管子的水平中心距一般为100～120毫米。每层管子的垂直中心距一般采用250～400毫米。最低一层距地坪的高度不宜小于250毫米；最高一层距地坪的高度不宜大于1800毫米。搁架排管的宽度，当为单面走道时，可为800～1000毫米，双面走道时，可为1500～2000毫米，搁架排管的层数宜为偶数，以使进液和回汽集管位于搁架的同一侧，便于安装和操作。排管总层数为6层。单层排管长度最长设计为11.28米。
　　这种结构形式的优点是：蒸发器中制冷剂进口到出口之间的压力降能控制在允许值之内，使排管中的平均蒸发温度不至于升高，不至于影响蒸发排管的传热，制冷效果好，节能。
　　这种结构形式的主要缺点是：浪费库房空间，放货量少。单面走道时，一组搁架存放猪、牛、羊、海鲜等产品，一般在4吨以下；存放鸡、鸭、兔等产品，一般在3吨以下。
　　也有将搁架总层数设置为8层、10层、11层、12层、14层的，这样虽不浪费(少浪费)库房空间，存货量加大了，但因是下供上回一路供回液，使蒸发器中制冷剂进出口之间的压力降增大了(且层数越多，压力降越大)，制冷效果差，耗电量增大。

　　我们经过多年的实践、研究，设计出了新型的大冻结量的搁架排管。这种搁架排管不仅适用于大冻结量的冻结间，而且使蒸发器中制冷剂进出口压力降在允许值范围内，不至于使制冷效果差、耗电量增大。其结构形式如图(1)。将搁架排管设置为8～12层，放货量大。将总层数为8～12层的搁架排管分为上下两小组，每小组单设供液回汽集管，每小组排管层数即为4～6层。每层管子的水平中心距、下一小组最底一层距地坪的高度可按教科书上介绍的去做。每层管子的垂直中心距则视盛放冻结食品或货物的高度而定，对于鸡、鸭、兔的分割产品，有时可采用200毫米。搁架排管的宽度，当为单面走道时，可取1000～1600毫米，另外搁架排管一般选用西38*2.5或中38*3.0(壁厚为2.2毫米的不易采购、西57不易制作)无缝钢管制作。现行冻结问多设计为中间一个走道，两边为靠墙的搁架，如图(2)所示。将每一大组的上面两个小组搁架并联起来，下面两个小组的搁架也并联起来，这样从调节站来的每一路供回液的搁架层数最多为6层，其制冷剂通过排管进出口的压力降不变，排管的制冷效果好，单位制冷量耗电量不增加。
　　这种形式的搁架排管其缺点是工人劳动强度大，但因其放货量大、节约土地、充分利用库内空间等优点而被广泛采用。
　 　
　　2，搁架排管的设计 计算
　　
　　搁架排管的设计要达到两个要求：一是要有足够的冷却面积；二是满足一次人货量的货物托架需要。但以满足托架面积要求为主。
　　2，1货物托架设计
　　2，1，1
　　根据一次入货量与食品容器尺寸，计算出所需货架的总有效面积a
　　a一(g／g·af)1／n(m 2 )
　　式中，a—各层托架有效面积之和(m 2 )(不包括
　　弯头部分)
　　g—一次人货量(kg)
　　g——每件食品净重(kg)
　　af——每件盛装食品容器的面积(m 2 )
　　n——搁架利用系数。
　　可按下列规定取值：
　　冷加工盘装食品n=0.85～0.90
　　冷加工听装食品n=0.70～0.75
　　冷加工箱装食品n=0.70～0.85
　　2，1，2确定搁架每层的有效面积a。
　　as=l·b(m 2 )式中，l—搁架的有效长度(m)(不包括弯头部分)，根据冷间长度确定；
　　b——搁架宽度(m)，根据冷间宽度与容器尺寸而定。一般在800～1600mm。
　　2，1，3计算搁架层数z
　　z＝a／a。(层)
　　2，1，4计算搁架高度h
　　h＝z·h(m)
　　式中，h—层高，一般在200～400mm之间。
　　2，2计算排管冷却面积
　　2，2，1计算每层排管冷却面积f
　　f＝(l+r)·(b／s+1)·fm(m 2 )
　　式中，r——搁架两端弯头部分长度(m)
　　s——排管水平间距，一般为100～120mm；
　　fm——每米管长的外表面积(m 2 ／m)其他代号同前式。
　　2，2，2计算搁架排管总冷却面积
　　f＝f(z+1)(m 2 )
　　2，2，3计算搁架排管能承担的负荷q
　　q＝fkat(w)
　　式中，k——搁架排管传热系数(w／m 2 ·℃)，空气
　　 自然 对流取17(w／m 2 ·℃)。风速为
　　1.5m／s，取21(w／m 2 ·℃)；风速为
　　2m／s，取23(w／m 2 ·℃)。
　　t——传热温差(℃)，可从表1中选取。如果计算的结果是搁架排管所能承担的负荷q大于冷间设备负荷q时，说明冷却面积是足够用的，如搁架排管负荷小于冷间设备负荷时应增加冷却面积。将q－q之差，设计一组顶排管或增加冷风机。