从冷库地坪下土壤到青藏铁路的冻土

前言

最近也连续和同事一起去检验了两家企业的氨制冷系统,一家是食用油企业,另一家则是专业的冷库;其中都是既有压力容器、也有压力管道。虽然是现场的活都干完了,但都还是针对于单个的容器或者单段的管道,并没有能够搞清楚整个系统的工艺流程是怎么样的。比如说设置低压循环桶的意义是什么?高压侧和低压侧的分界线是在那边?系统的换热原理是什么?某段管路中的介质是气体氨还是液体氨……诸如此类,很多的疑惑都是得不到解答,起初是想借助于互联网来搜索到答案,然后便发现搜索到的文章大多都是只讲其中的某一个小点,其他的我也还是不懂。

最后还是到南京市图书馆找到了《冷库构造、原理与检修》这本书,系统的从冷库的原理到构造、检修都是有详细的介绍,其实这本书也是学校里面「制冷与冷藏技术」这个专业的学习书籍之一。所以这里也是学习到了一点——那就是如果想系统的入门一个之前完全不熟悉的行当,除了向专业人士请教之外;看专业书学习也是不错的方法。

《冷库构造、原理与检修》

但是我这里并不想展开来讲述氨制冷系统的原理与构造,而是记述我从其中的一个小点所联想到的东西。

冷库地坪下土壤冻结

起因是同事看到冷库的设计图纸上从热氨融霜线引出了一条支线接到了板式换热器,然后在接到了冷库的地坪,于是便比较好奇,因为我们是去过现场的嘛,就问我们这条支线的作用是什么,氨制冷系统不是应该接到了冷库顶上的冷风机就好了吗?

一时间我也是被问的哑口无言,最初的想法也许是单单靠顶上的冷风机制冷,热氨除霜可能不能够满足整个系统的需求。于是便需要在地面上在铺设一层管路,以便覆盖整个冷库的立体环境。

当然,这个只是我个人的一点点猜想,粗略的看来似乎还是有一点道理,但是事后来看,却又是毫无根据的了。也算是警告我自己以后还是不要在毫无根据的情况下纯凭想象作出判断,那样十有八九都是错的。

下面引述一段正确的权威解释,在《冷库构造、原理与检修》的第14~15页:

由于库内温度经常处于摄氏零度以下,若地坪下的土壤得不到足够的热量补充,温度就会逐渐降低,土壤中所含水分出现冻结就会产生极大的冻胀破坏力,使墙、柱的基础抬起、地坪冻鼓,危机建筑结构及制冷设备的安全,导致冷库不能使用。

而具体的防冻措施就是加热防冻。也就是说,除了设置隔热地坪外,还应用地坪架空、通风加热及热油管加热等方法给土壤加温,使地坪不致冻胀。

结合以上的论述,不难推测出来,地坪架设的管路可能就是给土壤保温用的啦。

青藏铁路下的冻土

铁路的建造首先要求的就是平整的路基安,以便于铁轨的铺设,但是由于高原上气温寒冷,普遍都是冻土,而冻土则会在气温高的时候融化,那样路基就会下陷,气温低的时候又会凝结,体积膨胀,建在上面的路基就会被顶起来,同样不利于铁路列车的安全运行。

而针对这种冻土,有一种方法是「以桥代路」,就是在冻土存在的区域,建议桥梁,将桥梁的地基深入到冻土层一下,这样就可以有效的防止冻土的危害。但是这种方法耗资巨大,且工期长,不太实用。另外一种方法,就是在铁轨的两侧安插「热棒」——也叫做「无芯重力热管和两相封闭式虹吸管」来解决问题的。

青藏铁路两侧的热棒

青藏铁路一侧的热棒

引用专业人士的论述:

热棒是一根密封的管子,里面填充了氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等物质,管子的上段是冷凝器,下端为蒸发器,中间为绝热段,通俗讲就是“吸热段、绝热段和散热段”三部分。当热桩下端吸收热量后,液态物质会转化为气态,然后上升至冷凝器,热量通过冷凝器发散。气态物质再液化为液态,在重力的作用下流回热桩下端。

热棒里的物质在气态和液态之间不断进行转换,依靠热棒的单向导热性和高效的传热和散热效率,从而源源不断带走路基的热量,保持路基的稳定。

在我看来,热棒最为聪明的点在于:

  • 将蒸发器和冷凝器有机的结合在一根无缝钢管上面,中间通过绝热段予以链接,省却了复杂的结构,降低了成本,使得大规模的应用成为了可能。
  • 具有单向导热性,可以将土壤中的热量吸收传导到大气当中,而不会逆向工作(往土壤中传递热量),保证了在任何时刻土壤的热稳定性。

而根据搜索引擎的结果,江苏中圣集团自主研发了低温热棒,并且还获得了国家专利,还制定了相应的国家标准,也是很厉害了。

总结

当然,这只是一篇简单的介绍性的文字,记录下我关于一个知识点发散性思考+并通过网络+书籍的方式寻找正确结果的过程。

也是因为我的不专业性,全文还是沦为泛泛而谈,没有进行深入的探讨(比如解决青藏铁路冻土问题显然不是靠一种热棒,还有其他的办法,上文并未提及),而这也是我所下一步努力的方向。

具体的参考链接我也是会放在下面,以备查询: