[科普中国]-制冷管道设计

制冷管道设计包括管径确定、管道与管件的布置和管道的保温。管道设计的好坏，关系到制冷装置运行的安全可靠性、经济合理性和安装操作的简单方便程度。1

意义制冷技术在国民经济各部门应用范围很广，它涉及到化学工业、科学研究、食品工业、现代化建筑以及其他工业部门。在化学工业中，气体的液化、混合气体的分离、各种盐类的结晶等生产工序中，都需要制冷技术。在食品工业部门，罐头食品、鱼类加工、啤酒酿造、乳晶加工、冷饮食品生产和冷库等方面都广泛地应用制冷技术。在现代化的建筑和大型公共建筑中，设置空气调节装置，需要冷源，这也离不开制冷技术。在科学研究中，如研究低温时某些物质、材料、机械、仪表的性能，低温下植物的选种、培植，也都广泛需要制冷技术。2

制冷剂管道系统的作用是将制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等制冷设备、阀门和仪表等连结在一起，构成一个封闭循环系统，使制冷剂在其中不断往复循环，从而发挥制冷装置的作用。

载冷剂管道系统的作用是将载冷剂系统的设备、阀门和仪表等连接起来，输送或使载冷剂在管道系统内往复循环，从而将冷量传送给用冷处，将热量带回制冷系统。

实践证明，管道设计的优劣，将直接影响制冷系统的运行、维护、修理和安装。因此，对于管道设计，应当予以足够的重视。3

管径确定管径确定是制冷系统设计中的重要一环，管径确定得合理与否，直接影响到整个系统的设计质量。管径的选择决定于管内的压力降和流速，实际上是一个初投资和经常运转费用的综合问题。对于氟系统管径确定，除上述因素外，尚应考虑回油问题，选出合适的管径，保证顺利回油。

在工程设计中，一般是采用限定管段流动阻力损失来确定对应管径的大小，对应阻力所产生的饱和温度降约为0.5~1℃。4

公式计算法公式计算法是根据制冷管道允许流速、允许压力降的大小进行计算确定管径的方法。其计算步骤为：

1.计算管道内径

2.初选管径

根据计算结果由管材表选取管径。

3.计算压力降

线算图法公式计算法较精确，但计算繁琐。线算图法虽然精确度不如计算法，但方法简便，用于工程计算中已足够用。1

氟管径

（1）回气管管径

回气管由水平管段、立管段组成。回气管中压降大，将使吸气压力降低，吸入气体比体积增大，导致输气系数下降，直接影响到制冷能力。所以，一般把该管段中的压降控制在相当于饱和温降1℃。

对于上升回气立管，还应考虑带油速度问题。该管段中若流速过小，游离在回气中的油滴将流回蒸发器，使蒸发器内的油越积越多。因此，上升立管中必须保持一定的流速，借以带油返回压缩机，且速度越大，带油效果越好。但流速增大必然会导致流阻增加，所以，为了做到既能带油上升又不致使阻力过大，管内流速一般取其满足带油的最小值，称其为“最小带油速度”，气体就能带油上升。据资料介绍，前苏联上升回气立管中的最小带油速度为8m/s，上升排气立管中的最小带油速度为7.5、m/s，可供参考。

为了使用方便，可根据上升立管的最小带油速度，按节流阀前液体温度为40℃的条件，换算成上升立管的最小制冷量来确定该立管的最大内径。

需要说明的是，由于回气管承担着从蒸发器回油至压缩机的任务，因此，回气管的确定是氟管的重点，而上升回气立管又是回气管中的关键管段，所以上升回气立管必须选好。

（2）排气管管径

排气管中的压降对制冷量的影响较小，对压缩机功耗的影响较大。一般情况下，把排气管中的压降控制在相当于饱和冷凝压力差0.5℃，即冷凝温度为40℃时，R22的允许压力降为0.0189MPa。

对于上升排气立管，也要有一定的带油速度。需要说明的是，上升排气立管仅指不设油分离器时压缩机至冷凝器之间的管段，以及设油分离器时压缩机至油分离器之间的排气上的上升立管。对于油分离器至冷凝器之间的上升立管，可不考虑带油问题，以简化设计。5

（3）液体管管径

液体管分三段：下液管、高压液体管、低压液体管。

①下液管。下液管系指冷凝器至贮液器的泄液管。下液管应该通畅，以保证冷凝液及时流入贮液器，以免积存在冷凝器内使冷凝面积减少。同时，贮液器内的气体也可通过它进入冷凝器。

②高压液体管。贮液器至节流阀的液体管段也称高压液体管。该管段除摩擦阻力、局部阻力外，尚应包括液位差引起的压降。

③低压液体管。低压液体管是指节流阀至蒸发器之间的供液管道。液体节流后，其流动阻力比单纯液体大很多，这一管段一般较短，管径可参照热力膨胀阀的出口或蒸发器的入口确定，也可按高压液体管加大一档使用。

2.氨管经

氨管中没有回油问题，所以管径确定比氟管简单，其线算图的使用方法是：

①根据工况条件确定选用的线算图。

②由管道设计时的工况负荷、管子当量长度，确定设计管道的公称直径。

③根据计算得到的公称直径，选定无缝钢管的规格。

④不同工况条件下的修正。建立的线算图都有一定的使用工况，当设计工况和建立线算图的工况不一致时，使用前应对相关参数进行修正。

其他蒸发温度用的线算图，可从相关手册中查取。1

氨管道布置对管材、阀类及连接件的要求

（1）管材

氨制冷系统的管子应采用无缝钢管，其质量应符合现行国家标准《流体输送用无缝钢管》GB/T8163——1999的要求：根据关内的最低工作温度选用钢号；管道的设计压力应采用2.5MPa（表压）；管壁厚度可参照相关参数选用，其厚度要能满足氨制冷系统工作压力对壁厚的要求。6

（2）阀件

制冷管道系统应采用氨专用阀门，其公称压力不应小于2.5MPa（表压），并不得有铜质和镀锌、镀锡的零配件。阀门应有倒关阀座，阀开足后能在运行中更换填料。

（3）连接件

氨系统管道主要用焊接，必要的地方也可采用法兰连接，但法兰应带凹凸口。两根管子作T形连接时，若管径相同，应在接合部加一段较粗的管子，并应做顺流向的弯头。

2.管道布置的要求

（1）各种管道的挠度不应大于1/400。

（2）低压管道直线段超过100m，高压管道直线段超过50m时，应采用伸缩弯等补偿装置。

（3）管道穿过建筑物的沉降缝、伸缩缝、墙及楼板时，应采取相应的措施。

（4）放空气器、集油器、排液桶等的减压管应接在气液分离装置的回气入口之前，不应直接接在压缩机的吸气管上。7

（5）连接压缩机的管道不应与建筑物结构刚性连接。

（6）连接压缩机、设备的管道应有足够补偿变形的弯头。

（7）液体管应避免形成“气囊”，气体管应避免形成“液囊”。

（8）系统管道的坡度宜按相关规定采用。

（9）溶霜用热氨管应连接在除油装置以后，并应包耐高温隔热材料，其起端应装设截止阀和压力表。

（10）在管道系统中，应考虑能从任何一个设备中将氨抽走。

3.管道布置

（1）机器间吸、排气管的布置

吸、排气管是机器间的主要管道，其布置形式与机器布置形式有关，双列式采用架空式，单列式采用沿墙式。并联压缩机吸、排气支管与总管的连接应从总管的上面或侧上方接入，以防回液和减少流动阻力，并应沿制冷剂流向弯曲。还可在排气支管上设止回阀，用以防止排气端进液，减少压缩机的操作调整。

一台机器为两个以上蒸发回路配置时，可在压缩机吸气管上并联一根管道与另一蒸发回路的吸气总管相接，这种接法操作方便，使用灵活，应用较普遍。

（2）机房内其他管道的布置

机房内设备较多，设备之间的连接管道也较多，它们应尽量集中布置，并用管架固定在墙上或用吊架固定在屋顶。管道集中布置时的原则是：水平布置时管径大的靠墙，支管少的靠墙；垂直布置时，热管在上冷管在下，管径大的在上管径小的在下，无隔热的在上有隔热的在下。同时，要考虑到把包隔热的放在一起等等。出现矛盾时应综合考虑确定。

（3）室外管道布置

室外设备主要有油分离器、冷凝器、贮液器和放空气器等。室外设备之间、室外设备和室内设备之间的管道连接，要用落地支架固定，集中通过机房墙上的预留洞进入机房。管架布置时尽量避免阻挡操作通道。室内外管道标高不同时，应尽量减少大管径管道的弯曲次数。

（4）管道通过人行道时的布置

管道通过人行道时，管底离地面净高不小于3m；通过行车道时，净高不得小于4.5m。1

氟管道布置除共性的东西外，氟利昂的溶油性导致了氟系统与氨系统管路布置有所不同。随着氟的流动润滑油将遍及所有有氟的设备和管道，让油随着制冷剂的流动顺利返回压缩机是氟系统管路设计的一个主要任务，管道布置也是围绕着这一问题进行的。

回气管氟系统回气管不仅要完成向压缩机输送低压气体的任务，而且还要借助管内气体流速将蒸发器内的润滑油带回压缩机。回气管布置方式很多，总的目的都是在工作时使润滑油能均衡地返回压缩机且不发生回液现象。布置时应从以下几方面考虑。

坡度与坡向

为了便于回油，回气管水平部分应有0.5%~1.0%的坡度，坡向压缩机。

2.液囊

回气管上避免出现“液囊”。如布置中出现液囊，在轻负荷或停机时，油和氟液就会滞留于此形成液封，增大管道压降，重新启动时油和液体就容易进入压缩机而引起油击或液击。

3.回油弯（存油弯）

上升回气立管中的带油速度，只有在建立了必要的带油条件时才便于将油带走。一般是在蒸发器出口上升回气立管的底部设置一个U形弯头，俗称“回油弯”，蒸发器内积存的油流入回油弯内积在弯头底部使回油弯与立管连接处附近流通截面减少，流速加快，以利于连续带油上升至水平回气管。在设计制作回油弯时，要尽量做小，以便于油的提升和避免产生较大的压降。实验表明，只要机器工作，回油弯中的回油方式就不是先形成油封、后消除油封、再形成油封式的间断回油，而是始终没有油封形成的连续回油。

4.双上升回气立管

对于带有卸载装置的压缩机或几个压缩机并联运行时，用最小负荷选配上升立管管径，虽能满足最小带油速度，但在满负荷运行时压降很大，在机器负荷变化不大的情况下，可通过增大水平管段、下降管段管径的办法来维持回气管总压降不变，这时只要水平管内流速不太小，并有一定坡度坡向压缩机，油就可顺利返回。但在机器负荷变化较大的系统中，用上述方法就难以维持总压降你变，这时宜采用“霜上升回气立管”加以解决。

5.回气管与压缩机的连接

在压缩机吸入口附近的回气管上不要设置回油弯，以免出现液囊，造成机器重新启动时发生湿行程。对于多台压缩机并联连接方案，应使回到水平回气总管中的油能均匀地返回每一台压缩机，特别注意防止回气总管中的油液进入停止工作的压缩机中。

并联压缩机与回气总管连接时，在回气总管上设一集管，各支管由集管上部接入，支管端头加工成坡口，以便回到集管中的油能及时被任一台工作中的压缩机吸走。为回油均匀，要求支管坡口角度一致、深度相同。有时为了解决各压缩机回油不均匀问题，可在曲轴箱上部与下部设均压管与均油管，并在该管上加设阀门。

6.回气管与蒸发器的连接

根据蒸发器与压缩机高度位置的不同，布置方案有以下几种：

（1）蒸发器高于压缩机

蒸发器设在压缩机上面，在停止工作时，蒸发器中的油液会自行流入压缩机，造成再次开机时的油击或其他事故。所以该方案只能在供液很少或停机前关闭供液以使停机时无油液下流或在自动控制中采取措施的情况下才能使用。

经常采用的方案有以下三种：

①一组蒸发器时的连接。在蒸发器出口设上升回气立管至蒸发器的顶部（根据供液情况，也可升至稍高于蒸发器工作液面的某一高度）再接至压缩机。在蒸发器的出口侧，伸出一段坡度与制冷剂流向一致的水平短管，用以安装热力膨胀阀的感温包，然后再设回油弯。

②位于不同标高的蒸发器回气管的连接。注意不要使用来自上边蒸发器内的油液流入下边蒸发器中。

③三组相同标高并联蒸发器的连接。为防止油液由一组蒸发器流入另一组蒸发器，在每组蒸发器的出口接出一水平短管，向下接入共同的水平回气管，在该水平回气管的末端设回油弯及上升立管；而对负荷变化较大的系统，则可设双上升回气立管。

（2）蒸发器低于压缩机

蒸发器设在压缩机下方时的管路连接方式与上述基本相同，主要考虑的是蒸发器的回油和防止油液串流。需要指出的是，上升立管并不能任意长。当上升立管较长时，以每个8m左右或更短距离设一回油弯分级提升，以利回油。

（3）上下均有蒸发器而压缩机位于中间的管路连接。

7.回气管与热交换器的连接

回气管与热交换器的连接应有利于回油，热交换器应装在水平或下降回气管上，你的设在上升回气立管上。为增强换热，进、出液和进、出气管宜逆流连接，以增大换热温差。

8.吸气管与低压循环桶的连接

在氟泵供液系统中，由蒸发器返回的油随气体进入低压循环贮液桶，吸气管除输送气体外，还需将低压循环桶内的油送回压缩机。其做法是利用低压下氟油混合溶液两层分离的特点，在进液面的富油层处引出1~3根回油管至吸气管，利用低压气体的流速将油引射至吸气总管返回压缩机。1

排气管排气管是指从压缩机排出口至冷凝器进气口之间的高压气体管道。对将压缩机、油分离器、冷凝器等组装成一整体的压缩冷凝机组来说，无需对排气管进行设计布置。

注意事项

①压缩机停止运转时，排气管内冷凝下来的氟液和不得流回压缩机，排气管较长或环境温度较低的地方更应注意。

②多台并联压缩机的排气不应互相碰撞，以减少流动阻力。

③随工作压缩机排气排出的油不得流入停止工作压缩机的机头，以免造成该机启动困难。

④水平管段应有≥1℃的坡度，坡向油分离器或冷凝器。

2.连接

（1）设油分离器时排气管的连接

系统有油分离器时，应将上升排气立管设在油分离器之后，油分离器后的上升立管不需设置回油弯和考虑带油速度问题，可简化设计。

（2）不设油分离器时排气管的连接

不设油分离器时，上升排气管也应考虑一定的带油速度并设回油弯。

上升立管较长时，可采用分级提升。1

液体管下液管

2.高压液体管

高压液体管系指贮液器或冷凝器至节流阀段的液体管。在这段管路中，氟液和润滑油处于互溶状态，即使是流速很低也不会分离。本管段需要解决的是如何防止或减少闪发气体产生的问题。在氟系统的液体管上，多设有干燥过滤器和自控元件，加之氟利昂密度大，使管路产生较大的摩擦阻力和局部阻力；液位差的存在也会产生较大的阻力损失；还有周围环境温度的影响等。闪发气体的产生，会带来一系列不良影响。如闪发气体在液管内的出现，会使流阻增大而促进闪发气体更多地产生；带有闪发气体的制冷剂进入节流阀，实际上等于减少了节流孔的流通面积，使供液量降低；节流后制冷剂中闪发气体量进一步增加，使并联蒸发器供液不均等。8

由上述分析可知，防止高压液体管中产生闪发气体是十分重要的。摩擦、局部阻力可通过扩大管径、减少阀件等措施加以改善，但液位差的存在是无法减少的阻力损失。防止高压液体管中出现闪发气体的主要手段是在此段管路上加设热交换器或过冷器等对液体过冷，以消除或减少可能产生的闪发气体。

对几台高度不同的蒸发器并联供液时，应将较低位置蒸发器的进口放得比三通管的出口支管高一些，以便闪发气体分散进入不同蒸发器。

3.低压液体管

低压液体管是指由节流阀到蒸发器的供液管段。这段管道设计中应注意能向各蒸发器均匀供液，且有利于回油。

（1）与热力膨胀阀的连接

直接膨胀供液多用热力膨胀阀节流。热力膨胀阀宜靠近蒸发器布置，阀前一般设有电磁阀，当不需要供液时用以切断供液，以免停机后继续向蒸发器供液，不利于下次开机。为了清洗过滤器、检修热力膨胀阀和电磁阀时不影响工作，可增设截止阀并并联一只手动节流阀，必要时手动供液。

（2）与冷却排管的连接

蒸发器为冷却排管时，为防止各个通路供液不均匀，以每只热力膨胀阀只向一个通路供液的单路供液系统为宜。为便于回油，采用上进下出供液流向。一只热力膨胀阀向几个并联通路供液时，要求各通路阻力尽量平衡，必要时采用分液器配液。

（3）与冷风机的连接

冷风机多为定型产品，常见的多为通路并联结构。根据其结构形式，设计时可用一只或两只热力膨胀阀向一台冷风机供液。为使供液均匀，冷风机多用分液器对各并联支路配液。鉴于分液器阻力很大，应选用外平衡热力膨胀阀。

向系统充注制冷剂，小系统可通过吸气阀多用通道进行，较大系统则在高压液体管上加充液接头，这样，既可在制冷剂进入系统前先净化，也可避免充注时发生液击现象。1

管道支架管架的作用是固定管道。制冷系统的管道，特别是吸、排气管，因受压缩机的脉冲震动，必须加以紧固，否则会因长期受震动而产生松动、开裂，从而引起泄漏。此外，管道应有强度和刚度的要求，若在一定间距内不加以紧固，会造成弯曲变形甚至破坏，致使整个制冷装置不能正常工作。所以，应做好管道的固定。

制冷工程常用半固定支（吊）架，用一根扁钢或圆钢做成管卡，两端用螺母将管道紧固在支架上。当管道因温度变化而产生变形时，能克服管卡的侧压力而在轴向产生较小的位移，避免管道截面产生过大应力。

管道支架的最大间距应满足以下两方面的要求：一是防止管道因受垂直作用力造成弯曲破坏，满足管道的强度要求；二是对于有坡度要求的管道，为了防止挠度过大引起管内积存液体，影响系统的正常工作，应有挠度不大于坡度的要求，即需满足管道的刚度要求。通常无缝钢管管道支架的间距不做计算，可由相关“管道支点最大间距表”查出。除按正常要求确定支架间距外，在管件或管道弯头部位要增设加固点，同时要求支点距弯头不宜大于600mm。

低温管道在支架处应加设经过防腐处理的垫木，以防形成冷桥。1

管道的隔热一般要求制冷管道中会导致冷量损失的管道、将产生凝结水和形成冷桥的管道，均应进行隔热保温。

需要隔热的管道有：中、低压气体管，中、低压液体管，高压过冷液体管及排液管；融霜用热氨管；经过低温冷间的上下水管等。

管道隔热的设计、选材、结构及安全等应按现行国家标准《设备及管道保冷技术通则》GB11790-1996及《设备及管道保冷设计导则》GB/T15586-1995执行。

穿过墙体及楼地板等处的隔热管道应采取相应的措施，不得使隔热结构中断。

隔热层厚度的确定隔热层厚度的计算是根据隔热层外表面不凝露作为计算原则的，应使求得的隔热层厚度能保证隔热层外表面的温度不低于当地空气的露点温度，以防止管道外表凝结滴水或结露。8

隔热材料的选用制冷管道隔热材料有软木、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯、泡沫塑料、玻璃棉等，一般先加工成形，这样施工方便，效果较好。但这种采用拼装的隔热层，若隔气层处理不好，空气中的水蒸气会从缝隙中流入隔热层，使隔热性能降低。采用聚氨酯现场发泡，可解决这个问题。

对管道比较集中的部位，如调节站等处，结构形状较复杂，采用聚氨酯现场喷涂施工，效果较好。1

本词条内容贡献者为:

李晓林 - 教授 - 西南大学