制冷设备毛细管"冰堵"的原因和解决办法

    制冷系统在实际运行中,毛细管会出现"冰堵"故障。本文将从冰堵成因、故障现象和排除方法三个方面,对制冷设备毛细管"冰堵"问题进行深入探讨。

 

一、制冷设备毛细管冰堵的原因      

         

毛细管冰堵是指制冷剂在通过毛细管节流膨胀过程中,管内部分区域温度过低,导致水蒸气凝结成冰,堵塞毛细管通道,阻碍制冷剂流动的现象。造成冰堵的原因主要有以下几点:

1、制冷剂含水量过高    

制冷剂在生产、运输、存储和使用过程中,可能会混入水分。如果制冷剂含水量超过一定限值,水分子就会在毛细管低温区凝华成冰晶,堵塞毛细管。一般要求氟利昂类制冷剂的含水量不得超过20ppm。

2、系统杂质和油污    

制冷系统在装配、维修过程中,管路和部件可能引入焊渣、铜屑、灰尘等固体杂质。杂质颗粒聚集在毛细管入口网布上,会影响制冷剂流动,加剧结冰。另外,压缩机箱内的润滑油如果携带量过多,也会在毛细管沉积、结焦,堵塞通道。

3、毛细管选型不当    

毛细管的内径、长度需要根据系统冷量、压缩机排气量等参数精确计算和选择。如果毛细管内径过小,节流压降过大,会导致蒸发温度过低,加剧结冰。而管长选取不当,则可能引起气液两相失衡,造成管内液阻升高和结冰。

4、冷凝温度和蒸发温度偏离    

冷凝温度过低或蒸发温度过高,都会使得毛细管入口处制冷剂过冷度降低,更容易产生气泡,加剧气液两相分离和结冰。冷凝温度一般要控制在40-50℃,蒸发温度则视具体工况而定,如家用空调多为5-12℃。

5、膨胀阀失灵或滤液器堵塞    

如果出现热力膨胀阀失灵或滤液器堵塞,会使得进入蒸发器的制冷剂减少,蒸发压力和温度下降,在毛细管内更容易产生过冷液滴,凝结成冰。

 

 

 

二、毛细管冰堵的故障现象      

         

毛细管一旦发生冰堵,会引起一系列异常现象。通过观察分析这些现象,可以初步判断是否为冰堵故障:

1、蒸发温度异常低    

由于冰堵阻碍了制冷剂向蒸发器的流动,使得蒸发器内制冷剂量不足,蒸发压力和温度明显低于正常值。空调机组的情况下,出风温度通常低于5℃。

2、冷凝压力升高    

制冷剂流动受阻,会在冷凝器内大量聚集,导致冷凝压力升高。家用空调的冷凝压力一般在1.4-1.6MPa,而冰堵故障时可能高达2.1MPa以上。同时,由于回气过热度降低,压缩机吸气压力也会升高。

3、毛细管结霜    

冰堵使得毛细管局部温度骤降,管壁会大面积结霜,甚至挂满冰棱。室内机也可能出现滴水或结霜现象。

4、系统抽空和震动    

冰堵使得蒸发器液体供应不足,气体比例增大,噪音加大。压缩机由于吸入过多气体,会出现抽空和震动现象。

5、压缩机频繁启停或跳停    

冰堵引起的蒸发温度过低,会频繁触发低压保护,使得压缩机反复启停。严重时压缩机可能直接跳闸停机。

除了以上现象,毛细管冰堵还可能引起制冷量下降、能耗升高等问题。但这些现象并非冰堵独有,还需要进一步检查和诊断。

 

 

 

三、毛细管冰堵的排除方法      

         

一旦判定是毛细管冰堵引起的故障,就需要及时采取措施排除。常见的处理方法有:

1、制冷剂回收    

首先要用回收机将系统内的制冷剂全部抽回,避免直接排放造成环境污染和资源浪费。抽回的制冷剂必须用干燥过滤器净化处理后,才能重新利用。

2、更换毛细管    

对于冰堵严重的毛细管,通常需要进行更换。拆卸时注意回收残留的制冷剂,避免放空。选择新毛细管时,要严格按照设备铭牌标识的规格型号,不能随意更改尺寸。安装时保证走向平顺、固定牢靠、不能挤压变形。

3、清洗系统和更换滤芯    

用氮气或R11制冷剂反复冲洗系统,排出管路和部件内的杂质、积碳和水分。必要时还需拆开压缩机清洗曲轴箱。更换毛细管入口滤网和干燥过滤器滤芯,重新注入合格的制冷剂。

4、检查膨胀阀和电磁阀    

检查热力膨胀阀和电磁阀是否能正常动作,阀芯是否灵活。如发现故障,需要修理或更换。

5、调整冷凝和蒸发温度    

根据环境条件和设备工况,调整冷凝温度在40-50℃,蒸发温度一般不低于零下5℃。必要时可适当降低冷凝风量,提高冷凝压力。

6、系统    

除检修,预防毛细管冰堵也很重要。可采取以下措施:

7、控制制冷剂含水量    

定期检测制冷剂含水量,超标时要及时更换或净化处理。在添加制冷剂时,务必使用专用充注设备,避免空气和水分进入。

8、安装干燥过滤器    

在液管上临近毛细管入口处,安装合适规格的干燥过滤器,拦截水分和固体杂质。要定期检查和更换滤芯,一般1-2年更换一次。

9、采用抗冰堵毛细管    

选用内壁光滑、截面渐缩的"喇叭口"型抗冰堵毛细管,能有效防止冰晶在入口处聚集堵塞。

10、控制压缩机润滑油循环量    

选用合适粘度的润滑油,控制系统含油率。必要时在回油管路增设油分离器,减少进入毛细管的油量。

11、避免低负荷和断续运行    

制冷系统要尽可能维持额定工况连续运行,避免频繁启停和长时间低负荷。这些工况下系统油循环差,液体过冷度不足,更易产生冰堵。

12、保证安装施工质量    

制冷设备安装时,要确保管路清洁度,连接部位焊接牢固。压缩机应放置平稳,管路固定紧密,避免产生振动和磨损。

总之,毛细管冰堵是制冷系统的常见故障,会严重影响制冷效果和设备可靠性。排除冰堵需要查明原因,采取清洗、更换等措施。同时还要注重冰堵的预防,从源头上控制水分、油污和杂质,优化系统工况,提高设计安装质量。只有综合治理,才能从根本上降低毛细管冰堵的发生频率,保障制冷设备的稳定高效运行。

四、综合治理      

         

1、合理设计毛细管长度和内径    

毛细管的长度和内径需要根据制冷系统的冷量、制冷剂类型、蒸发温度等参数精确计算。一般可采用公式或查表法确定。

毛细管内径(mm) = 0.128 × (流量系数K / 压降系数Δp) ^ 0.25
毛细管长度(m) = 压降系数Δp / (Z × D ^4.75)

式中,流量系数K与蒸发温度和制冷剂类型有关,压降系数Δp取0.5-0.8,阻力系数Z取3.5-3.8,D为毛细管内径(mm)。

选择合适的毛细管尺寸,可使节流压降与所需流量匹配,避免因节流过大或过小引起的冰堵问题。

2、严格检验制冷剂质量    

采购制冷剂时,要选择有信誉、有资质的供应商,索要产品质检报告,确保纯度和含水量等指标达标。对于回收再利用的制冷剂,则必须经过专业净化处理,检测合格后方可使用。劣质制冷剂不仅会加剧结冰,还会腐蚀管路,产生有毒物质,带来安全隐患。

3、适时进行制冷剂置换    

当制冷系统长期运行、污染严重时,有必要进行制冷剂置换。置换时要先回收旧制冷剂,用氮气或R11反复冲洗,直至排放液体清洁透明为止。然后重新充注新制冷剂,并记录充注量,以便日后检修时核查。

4、完善冰堵故障的检测诊断技术      

常规的制冷系统检修,主要靠经验判断和简单测量。为提高检修效率和准确性,亟需研发智能化冰堵检测诊断设备。可利用红外热成像仪实时监测毛细管壁温分布,判断冰堵位置和程度;采用在线水分仪连续检测制冷剂含水量变化;开发毛细管振动和噪声频谱分析系统,及早发现冰晶聚集和脱落引起的异常。

5、加强从业人员培训和管理    

针对毛细管冰堵等常见故障,系统讲解原理知识、制定作业规范、规范操作流程,提高一线员工的技能水平。同时加强管理考核,严格行为监督。

6、重视制冷行业标准规范建设    

加快制定制冷系统设计、施工、运维、检修、废弃处置等环节的国家和行业标准,规范毛细管选型、安装、故障诊断等具体要求。

7、开展毛细管冰堵机理的基础研究    

开展冰堵成核、生长、脱落等微观过程的机理研究,揭示水分、油污、固体颗粒与冰晶的相互作用规律,构建冰堵形成的数学物理模型。可采用高速摄影、粒子成像测速等先进实验方法,获取冰堵过程的流动与传热规律。通过机理研究,有望找到影响冰堵的关键因素,为抑制冰堵、优化毛细管设计提供理论指导。

8、研发新型防冰堵毛细管结构    

在揭示冰堵机理的基础上,可研发新型防冰堵毛细管结构。例如,在毛细管内壁涂覆疏水防冰涂层,降低冰晶的附着力；加工螺旋槽纹,引导冷凝液持续流动,抑制冰晶聚集；设计变截面套筒式复合结构,在进口段形成旋流,将固体颗粒分离到管壁。

9、探索替代制冷工质的应用    

传统的氟利昂类制冷剂,如R12、R22等,具有良好的热力性能,但成本高、ODP和GWP值大,面临淘汰压力。而新型替代工质,如R134a、R410A、R600a等,毒性低、臭氧破坏小,但其热物性与氟利昂差异较大,在毛细管内流动沸腾特性尚不明确,冰堵风险有待评估。

10、开展制冷系统的节能优化研究    

制冷系统的能效不仅取决于压缩机效率,毛细管的节流性能也至关重要。在防冰堵的同时,还要优化毛细管的节流膨胀过程,减少不可逆损失。可采用两相流动数值模拟等手段,在管型、管长、环管布置等方面进行优选,使节流膨胀后的制冷剂温度和压力达到最佳匹配。在系统层面,应协同优化毛细管与蒸发器、冷凝器的设计和运行参数,在满足制冷量的前提下,最大限度提高系统COP,实现制冷系统的整体节能增效。

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