论文推荐|轮胎厂蒸汽制冷更换为电制冷综合探究

宋月涛，曹勇飞，丁强强，李兆启，施绍松，崔在飞

(万达控股集团有限公司，山东 东营)

在轮胎制造过程中，稳定的温湿度环境是保障产品质量与生产连续性的关键因素。传统蒸汽制冷系统因能耗高、维护难、环保压力大等问题日益凸显，难以满足现代轮胎厂高效、绿色发展的需求。相比之下，电制冷技术凭借其高能效、精准控制和安全环保等优势，正成为行业制冷系统升级改造的主流方向。

简介

1.1 国内外发展现状

国外轮胎企业较早推进制冷系统电气化。例如，美国固特异早在2010年即完成蒸汽制冷向电制冷的转换，借助智能化控制系统实现车间温度±2℃内的精确调控，显著提升了产品一致性。国内虽已有部分企业开展探索，但蒸汽制冷仍占有相当比例，整体升级空间广阔。

1.2 研究方法

本研究采用文献研究法梳理国内外制冷技术发展动态，结合典型案例进行深入剖析，并通过对比分析法对蒸汽制冷与电制冷在能耗、成本、运维及环保等方面进行全面评估。

轮胎厂制冷需求特点分析

2.1 轮胎生产工艺对温度要求

轮胎生产涵盖炼胶、成型、硫化等核心工序，各环节对温湿度有严格标准（见表1）。炼胶工序需将温度控制在40~60℃、湿度50%~60% RH，过高温度会导致橡胶分子链断裂，湿度过大则易引发气泡、脱层等缺陷。成型工序要求温度25~35℃、湿度40~50% RH，以确保部件贴合精度。硫化过程温度通常维持在140~160℃，湿度亦影响反应速率与成品性能。精确的环境控制可使次品率降至3%以下，反之可能升至8%以上。

表1　轮胎生产各工序温湿度要求及次品率对比表

2.2 车间空间布局与制冷负荷分布

轮胎厂车间面积广、设备密集，制冷负荷分布不均且动态变化。以某5万平方米车间为例，炼胶区因设备发热严重，制冷负荷高达30 kW/m²；成型区约为15 kW/m²。负荷随设备启停及季节波动，对制冷系统的调节能力提出更高要求。传统蒸汽制冷难以实现按需供冷，易造成能源浪费。

蒸汽制冷与电制冷原理分析

3.1 蒸汽制冷原理及常见系统介绍

当前轮胎厂多采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组。该系统以蒸汽为驱动热源，利用溴化锂溶液吸水放热特性实现制冷循环。其制冷剂为水和溴化锂，虽可回收利用，但存在耗汽量大、响应慢、出水温度高等缺点，整体能效较低。

3.2 电制冷原理及主流技术解析

电制冷基于逆卡诺循环，通过电能驱动压缩机压缩制冷剂（如R410A），经冷凝、节流、蒸发完成制冷循环。系统具备制冷速度快、体积紧凑、能效比高（COP达4.0~5.0）等优势，且运行清洁无排放，适用于对控温精度要求高的工业场景。

轮胎厂蒸汽制冷问题探究

4.1 能源消耗与成本分析

蒸汽制冷能耗高，主要源于蒸汽生产及低效制冷循环。某轮胎厂年耗蒸汽9000吨，按220元/吨计，仅蒸汽采购成本即达198万元。其系统能效比（COP）仅为2.5~3.5，远低于电制冷的4.0~5.0。在同等制冷量下，电制冷综合单位成本更低（详见表2）。

表2　蒸汽制冷与电制冷系统能耗成本对比表

4.2 设备维护成本分析

蒸汽制冷系统结构复杂，涉及大量管道、阀门和压力容器，维护难度大。某厂年维护费用约15万元，且因高温高压工况易发生泄漏、腐蚀，故障频发，影响生产稳定性。

4.3 环保与安全隐患剖析

若蒸汽由燃煤锅炉提供，每吨蒸汽约排放150kg二氧化碳，碳足迹显著。而电制冷运行过程零排放，更加环保。同时，电制冷系统工作压力低，规避了高温蒸汽泄漏风险，安全性更高。

电制冷在轮胎厂的应用优势

5.1 节能潜力挖掘

采用变频技术的螺杆式电制冷机组能效比可提升20%~30%，通过实时调节压缩机转速匹配负荷需求，避免“大马拉小车”，实现显著节能。某厂改造后，尽管用电量增加，但综合能源成本年降50万元。

5.2 精准控温与智能调控实现

电制冷系统集成先进传感器与智能控制算法，温度控制精度可达±1℃，湿度±3% RH，充分满足工艺要求，有效提升产品质量稳定性。

5.3 设备集成与空间利用优化

电制冷设备模块化设计，结构紧凑，占地面积较传统系统减少约30%。某厂节省空间后新增一条生产线，显著提升产能与场地利用率。同时，安装调试简便，施工周期短，对正常生产干扰小。

实践案例研究

6.1 案例选取与背景介绍

选取一家年产能500万条的国内大型轮胎厂作为案例。原蒸汽制冷系统老化严重，能耗高且不符合环保要求。为实现降本增效与绿色转型，该厂实施蒸汽制冷向电制冷的整体更换，改造周期两个月，合理安排施工以最小化停产影响。

6.2 改造效果评估与效益分析

改造后，电制冷系统在相同制冷量下表现更优。运行数据显示：电制冷系统前3个月总耗电量259,680度，电费约18.17万元；而原蒸汽系统同期耗汽3,480吨（30吨/天×116天），成本高达90.48万元，节约运行费用67.71万元。

生产方面，温湿度控制更稳定，产品次品率由5%降至2%，月增产1万条轮胎。每年因提质增产带来的额外收益约80万元，设备维护成本降低10万元。环保方面，大幅削减温室气体排放，企业绿色形象得以提升。

图1　某轮胎厂更换制冷系统前后产品次品率和产量变化图

结论与展望

研究表明，轮胎厂将蒸汽制冷更换为电制冷，可在节能降耗、提升产品质量、降低运维成本及改善环保表现等方面取得显著成效。实际案例验证了该技术路径的可行性与经济性。未来，随着电力结构清洁化及智能控制技术的发展，电制冷将在轮胎行业广泛应用，助力企业实现高质量可持续发展。