冷库的制冷工艺设计(2)
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库房和机房设备布置
库房设备布置
1.冷却间
①冷却间的室内参数
冷却间的温度一般采用±0℃，肉食品冷却间可采用－2℃，相对湿度为90％。
②冷却间的建筑规模及加工工艺
冷却白条肉冷却间一般宽6m，长12～18m，高4.5～5m，面积72～108㎡。
每米吊轨的平均载荷为200～250㎏肉食品。
屠宰后的肉胴体温度能在20小时内从35℃冷却至4℃。
③冷却间设备布置及气流组织
冷风机通常布置在纵向一端，四侧离墙面或柱边的间距不应小于400mm。冷风机的设置高度应尽量利用冷间的净高，喷口上缘稍低于楼板底或梁底，以便冷空气形成贴附射流。
冷却间的空气循环次数约为50～60次/h，肉片间平均风速应为0.5～1.0m/s。冷却间的冷风机可按1kcal/h耗冷量配0.6～0.7m3/h风量。
冷风机的喷口以圆形为宜。喷口的出风流速一般为20～25m/s。喷口直径一般为200～300mm。喷口长度与喷口直径之比取决于冷间的长度，当冷间长度≤12m时，取3∶2；当冷间长度为12～15m时，取4∶3；长度为15～20m时，取1∶1。喷口渐缩角度不大于30°。喷射射程以不超过20m为宜。喷口阻力系数为0.93～0.97。
⒉冻结间
屠宰后的肉胴体，其温度均为30～35℃，经过冻结间20小时的冻结加工，肉胴体中心温度需达到-15℃。根据冻结间的工艺要求，其冷分配设备的选用
和布置应遵循以下原则：
①冷分配设备在冻结间内所占的面积要小，在确保检修安装方便的前提下应尽
量靠墙；
②冷分配设备应能保证冻结间所要求的-23～-30℃温度和空气流速在2~4m/s
左右，且配风合理，冷间内气流均匀；
③正确的选择冷却系统的蒸发温度，尽可能减少制冷剂的流动阻力，以降低耗
电量；
④由于刚进货时，冻结间内热负荷会突然增加，因此，在进行设备选用计算时，可按总热流量乘以1.3的系数；
⑤要求融霜速度快，排除融霜水应避免堵塞下水道和结冰。
常用的冻结间型式：
⑴搁架式冻结间
① 架式冻结间的冷却设备
适用于每昼夜冻结量小于5吨的冷库。家禽、水产品以及猪副产品，一般是装在金属盘内直接放在搁架式排管上冻结。
搁架式排管是用外径为Φ38或Φ57的无缝钢管制作而成，也可以用40×3mm的矩形无缝钢管制作。
冻盘规格为600×400×120mm，以每盘装货20kg计，每平方米排管面积可冻
结食品60～80kg。
② 架式冻结间的气流组织及库温
搁架式冻结间增设通风机吹风，其风量可按每冻结1吨食品配风10000m3/h计算。应设导流装置，保证盘间平均风速为1～3m/s，并尽可能防止出现死角，短路。搁架式冻结间的温度为-18～-23℃，冻结时间一般为16～48小时。
③ 架式冻结间的优缺点
优点：设备容易制作，结构和操作比较简单，不必经常维修。扫霜比较容
易；用电省；货物装载量大。
缺点：液柱作用较大，不能连续进行生产，进出货搬运劳动强度很大。气流
组织不好，冻结速度很慢，冻品的质量也差。
⑵强制空气循环冻结间
①横向吹风冻结间
a.冻结间设备布置
在冻结间的长度方向的一侧布置多台落地式冷风机。冻结间的宽度一般为6m，长度不限。一般布置5条吊轨。大多用于冻结量较大的生产性冷藏库。
b.冻结间气流组织及库温
冷风机吹出的冷风沿冻结间上部吹至对墙而下，再由下部均匀地经过各排肉片回到冷风机，肉片间的平均风速应为1.5～2.0m/s。冻结间的温度为-23～-30℃，冻结白条肉的时间约20小时左右。
c.优缺点
优点：空气流通距离短，库温均匀，冻结速度较快。
缺点：冷风机台数较多，耗电量较大。
②吊顶式冷风机冻结间
a.冻结设备布置
吊顶式冷风机吊在冻结间平顶下，冻结间的宽度一般为3m或6m，长度不受限制，可以构成隧道式的冻结装置。
b.气流组织及库温
冷空气通过导向风管向下吹出，然后均匀地横向吹过下部吊轨上的肉片或货
架、吊笼上的盘装食品，肉片间的平均风速仍应为1.2~2m/s，盘装食品间的平
均风速也应在1～3m/s。冷空气吸热吸湿后沿吸风侧的墙面向上返回冷风机。
这种气流组织的特点是风压小，气流分布均匀。
冻结间的温度仍为-23～-30℃，冻结时间一般为10～20小时。
c.优缺点
优点：冷风机不占建筑面积，库温均匀。
缺点：使用冷风机的台数较多，维修不便，且要特别注意融霜水外溢。
⒊冷藏间
⑴冷却物冷藏间
①冷藏间温、湿度要求
温、湿度要求应根据所贮存的大宗食品要求来确定，如冷库建设单位未提出明确的要求，一般可按0℃，相对湿度=90%设计。
②设备布置
冷却物冷藏间一般可利用冷库的地下室，或布置在其首层。冷藏间内各区域的温度差应小于0.5℃，湿度差小于4%。
冷却物冷藏间一般用冷风机做冷分配设备，同时配置均匀送风管。冷风机宜布置在冷间近门的一侧。当冷间宽度>12m时，送风道设置在冷间的主要通道上方，当房间宽度<12m时，可设在冷间一侧的上方。均匀送风道布置在主要通道上方的好处是：
a.风道两侧送风射流的射程基本相等，喷嘴设计可因之简化；
b.即使风道表面凝结滴水，也不致滴到货物上；
c.不需专设回风道，
③气流组织
均匀送风道的截面是矩形的，该风道长度方向高度不变，只改变宽度尺寸，风道首部和尾部的宽度比为2：1；首段风速可采用6～8m/s，末端风速采用1～2m/s。
风道上两侧的空气分布器采用圆锥形喷嘴，均匀地布置，喷嘴中心间距为1m左右，但应避开冷间的柱帽。喷嘴角度有两种：一种是喷嘴轴心线与楼板成17°或19°仰角；另一种是喷嘴水平安装，气流方向与主梁平行。
冷空气射流贴着楼板，沿冷间货堆上部空间吹至墙面，然后流过货堆，从主要通道回至冷风机回风口。回流区的流速大约在0.3～0.5m/s。
喷嘴处的空气阻力可按下式计算：
④堆货要求⑤通风换气要求
通风换气应符合下列要求：
a.冷却物冷藏间宜按所贮货物的品种设置通风换气装置，换气次数每日不宜少于2次；
b.面积大于150m2或虽小于150 m2但不经常开门，以及地下室、半地下室的冷却物冷藏间，宜采用机械通风换气装置。进入冷间的新鲜空气应先经冷却，北方寒冷地区，还需对新鲜空气进行加热处理；
c.新鲜空气的进风口，应设置便于操作的保温启闭装置；
d.冷间内废气应直接排至库外，出风口应设置便于操作的保温启闭装置；
e.新鲜空气入口和废气排出口不宜在同侧开设。若在同侧开设时，排出口应在新鲜空气入口的下侧，两者垂直距离不宜小于2m，水平距离不宜小于4m。
f.冷间内的通风换气管道、通风管道穿越维护结构处及其外侧1.5～2m长的管段，常温穿堂内排气管均需保温；
g.排气管道应坡向库外，进气管道冷间内的管段应坡向冷风机；风管最低点应有放水措施。
⑵冻结物冷藏间
①冻结物冷藏间温、湿度要求温度为-18℃，相对湿度最好维持在95%以上，冷间温度允许波动为+1℃；
②采用冷却排管的冻结物冷藏间冷间内是借助冷空气的密度变化而实现自然对流换热。冷却盘管具体布置要求是：
a.顶排管上层管中心线离平顶的间距为：光滑管不小于250mm，翅片管不小于300mm；单层冷库及位于多层冷库顶层，可将顶排管单层铺开布置；多层冷库的其他各层宜将顶排管布置在冷间通道的上方。
b.墙排管应设置在外墙一侧，安装位置宜高些，最好在冷间2/3高度以上，以强化冷空气的自然对流；墙排管中心线与墙壁的间距为：光滑管不小于150mm，翅片管不小于200mm。
c.多组顶排管的供液和回汽管的连接，应采取“先进后出”即同程的布置方式。对于多组下进上出的墙排管，应在各组墙排管下方设供液集管。
d.当库房面积<200m2时，顶排管和墙排管的供液管、回汽管可以合用；库房面积为200~450m2时，顶排管和墙排管的供液管应分别设置，回汽管可以合用；库房面积>500m2时，顶排管和墙排管的供液管、回汽管均需分别设置。
e.冷却排管的安装固定，依靠预埋在平顶及墙面的预埋件加以联结。
③采用冷风机的冻结物冷藏间
优点：节省钢材，安装方便，库温比较均匀，操作管理易于实现自控。
缺点：虽然降温速度快，但停机以后，冷间温度回升速度也比较快。
⒋冰库
⑴冰库的温度
贮放盐水制冰时，库温为-4℃，贮放快速制冰时，库温为-10℃。
⑵冰库的设备布置
①冰库建筑净高在6m以下的可不设墙排管，但顶排管必须分散满铺，顶排管上层的管中心线距平顶或梁底的间距不小于250mm。
②冰库的建筑静高在6m或高于6m时，应设墙排管和顶排管。墙排管的安装高度宜在堆冰高度以上。
③顶排管或墙排管不得采用翅片管。
④冰库内应尽量设置提冰和堆垛设备。
⒌机器间的布置
冷库的机房一般分为机器间和设备间两大部分，也有分为机器间、设备间和水泵房三部分的。
⑴机器间布置要求
a. 机器间内压缩机、设备的布置必须符合制冷原理，系统流畅，管道连接要短而直，在保证安全操作和安装检修方便的同时，适当注意美观。另外也要尽可能布置紧凑。
b. 布置大中型制冷压缩机时，应考虑设置检修用起吊设备，
c. 制冷压缩机的进排气阀门的手轮应面向便于观察和操作的主要通道，它的安装高度宜在1.2-1.5m之间。
d. 制冷压缩机的所有压力表、温度计及其他仪表，均应设于能清楚观察到的地方，一般应面向主要操作通道。
e. 总调节站可以布置在机器间，也可以布置在设备间。
f. 中间冷却器一般靠墙布置，并尽量靠近压缩机。
g. 主要操作通道的宽度应为1.5-2.5m，压缩机突出部分到其他设备或调节站之间的距离不小于1.5m。两台压缩机突出部位之间的距离不应小于1m，并能有抽出曲轴的可能。非主要通道的宽度不小于0.8m。
h. 制冷装置的自控柜、自控仪表、操纵台等可设在机器间一侧相邻的值班控制室内。值班控制室还应有观察机器间动态的不能开启的大幅玻璃窗。
i. 机器间内噪声不应超过85dB（A），北方寒地区的冷库，机器间和设备间的采暖温度宜采取16℃，采用氨为工质时，严禁明火采暖。
j.采用氨为制冷剂时，机器间和设备间应设事故排风装置，换气次数不应小于
8次/h。一般是在外墙上方安装防爆型轴流风机。
k.机器间的外门应向外开，内门应向内开。
l.机器间不得设置水泵和油处理设备。
m.需要留有适当的临时检修面积。
n.机器间内应有给排水设施和洗手盆。
⑵布置形式
①单列式 ②双列式 ③对列式
⑶有关设备布置要求
① 调节站
总调节站在机器间的位置，应能使各操作地点都能看到它上面的信号装置；总调节站前是主要通道，应留有足够的操作地方；阀门中心离地标高以1.2-1.5m为宜。
② 间冷却器
中间冷却器应外包绝热层，可在其底脚下垫上经过防腐处理的50mm厚木块；基础露出地面的高度不宜小于300mm。中间冷却器必须装设液面显示和控制器，
③油分离器融霜热氨用的油分离器应采用能耐130℃的绝热材料覆盖。
⒍设备间
⑴一般布置要求
①设备间内的主要通道的宽度不应小于1.5m。
②设备间内的非主要通道的宽度不应小于0.8m。
③不经常操作或不通行的通道不应小于0.3m。
④各容器壁与墙柱的边缘距离不小于0.2m，设备隔热层的外壁与墙面、柱边的距离应不小于0.4m.
⑤在设备间内布置容器时，均应考虑窗户的开启方便和自然采光的条件。
⑵设备间布置形式：一般分单层和分层布置。
⑶有关设备布置要点
①油分离器。宜布置在室外，且尽可能离压缩机远一些，分油效果较好；洗涤式油分离器应尽量靠近冷凝器。
②冷凝器
a.立式冷凝器。立式冷凝器安装在室外，位于离机房出入口较近的地方。
b.淋水式冷凝器。淋水式冷凝器多布置在室外较宽广，通风良好的地方或机房的屋顶上，它的方位应使其冷凝管垂直于该地区夏季的主导风向。
c.蒸发式冷凝器。多布置在机房屋顶上，周围通风良好；它的位置至少要高于贮氨器1.2－1.5m。
d.卧式冷凝器。一般布置在设备间内，并且要考虑在它的一端留有清洗和更换管子的距离。
③贮液（氨）器。一般布置在设备间内，若布置在室外，应有遮阳设施。两个或两个以上贮液器时，应在其底部设液体均压管相连，并在均压管上设截止阀，同时在其顶部也需设气体均压管相连。
④排液桶。设于机房靠近库房的侧墙，保温并接上进液管、抽气管、加压管。
⑤低压循环贮液桶和氨泵按不同蒸发温度分别设置，为了保证氨泵的正常工作，要求氨泵吸入口应保持一定的液柱静压，即所谓“净正吸入压头”。（缩写：NPSH）
Hγ-(lR+Z)=1.3NPSH (kg/m2) (6-2)
式中：
H—低压循环贮液桶设计液面至氨泵中心的高度差，m；
γ—蒸发压力下饱和氨液容重，kg/m3；
l—吸入管段的长度， m；
R—每米管长的摩擦压力降，kg/m2/m；
Z—局部阻力损失总和，kg/m2； 1.3—安全系数；
《手册》推荐：齿轮氨泵：H=1~1.5m；离心氨泵：t0=-15℃，H=1.5~2.0m；t0=-28℃，H=2.0~2.5m；t0=-33℃，H=2.5~3.0m
以上数据是建立在氨泵吸入管段内氨液的流速为0.4~0.5m/s，以及尽量减少阀门、弯头等的局部阻力损失的基础上的。
氨泵一般都是紧靠低压循环贮液桶布置在设备间内，位置在低压循环贮液桶下方。
低压循环贮液桶宜设计固定的检修操作平台，平台高度应在地面2m以上。
⑥集油器和空气分离器
集油器设于系统最低处，集油管坡向集油器。集油器基座四周应设排水明沟。空气分离器设于机房内墙，距地1.2m高处。
制冷管道设计
一、对管子、阀件及连接件的一般要求
㈠管子
氨制冷系统的管子应采用无缝钢管，管道的壁厚可参考书上的表7-1，
在氟里昂冷库中，小管道可采用紫钢管，大管道采用无缝钢管。
㈡阀类
氨系统应采用氨专用阀门和配件；
氟系统的阀门为铜质阀门，并带有阀帽。
㈢连接件
⒈氨系统管道一律采用焊接。
⒉弯头一律采用煨弯。
⒊连接法兰用A3镇静钢制作，应带凸凹口。
⒋小口径阀门用丝扣连接时，连接管车削螺纹后的剩余壁厚应≥2.5~3.0mm，应采用纯甘油与黄粉（氧化铝）调合的填料。
⒌两根管子做T形连接时，应作顺流向的弯头。若两根管子的管径相同，应在结合部加一段较大的管子；
⒍支管与集管相连，支管管头应开弧形叉口与集管平接。
㈣严密性试验
⒈气密性试验，高压侧：1.8MPa(表压)；中、低压侧：1.2MPa(表压)；应采用干燥空气或氮气进行。
⒉抽真空试验：当系统内剩余压力小于5.333kPa(40mmHg)时，保持24h，系统内压力无变化为合格。
⒊充氨试验。试验压力为0.2 MPa(表压)，系统无泄露。
二、管道布置要点
⒈管道布置应力求经济合理，适当照顾美观。
⒉管道平面交叉，或过建筑物的梁、板时应平直，不能绕过。
⒊各种管道的挠度不应大于1/400。
⒋低压管道直线段超过100m，高压管道直线段超过50m时，应采用补偿装置。
⒌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。
⒍冷间内部的管道应吊在梁板上，吊点应在土建施工时预埋。
⒎连接氨压缩机的管道不应与建筑物结构刚性连接。
⒏各种管道在支架、吊架上的排列，应供液管在下，回气管在上，热氨管道在最上或外侧。
⒐排液桶、集油器和不凝性气体分离器等的降压管应接在气液分离装置的回气入口以前。
⒑融霜用热氨管应连接在除油装置以后。
⒒氨压缩机的吸气管、排气管应从上面与总管连接。
⒓连接氨压缩机和设备的管道应有足够补偿变形的弯头。
⒔各种管道的安装坡度及坡向可按书上的表7-2采用。各种管道吊点最大间距按表7-3采用。
三、管径选择
允许压力降和允许流速宜按书上的表7-7-4和表7-7-5采用。
氨液或氨气在管道中流动所产生的单位长度摩擦压力降Rm可从书中的图7-7-4和7-7-5查得。
书上的表7-7-6列出了各种阀门及管子连接件的当量长度Le/dn比值n。
Le=n.dn （m）（7-1）
式中：
Le—当量长度 （m）； n—当量长度比值Le/dn； dn—管子内径（m）；
水力计算步骤：
⒈在建筑平剖面图上布置设备及其管路。
⒉按书上的表7-5所推荐的允许流速和管段制冷剂流量，初选管径；
⒊按不同类别管路确定最不利环路，并计算出直管段的长度L。
⒋确定最不利环路上的局部阻力类型和个数，并按表7-6的当量长度比值和管内径计算出局部阻力当量长度Le。
⒌计算出最不利环路总当量长度∑L=L+Le。
⒍按图7-7-4或图7-7-5查取每米当量管长摩擦压力降Rm。
⒎计算最不利环路总阻力R=∑L.Rm。
⒏按管路类别查表7-7-4得该管路的允许压力降R’。
⒐比较R和R’。若R≤R’则初选管径合适；若R＞R’，按上面步骤重新选择管径。
需要说明一点：如果最不利环路由多段不同流量的管段组成，则需分别求出各管段的阻力，管路的总阻力是各管段阻力之和。
在工程设计中，也可采用书上的图7-7-6，7-7-7和7-7-8来选用管径。
四、阀类设计布置要点
⒈截止阀
⑴作用：
⑵布置要点：
①压缩机的吸气、排气管上均应另加截止阀。
②辅助设备的每一个接管口一般都应装截止阀。
③重力供液系统和氨泵供液下进上出系统中，只要配管恰当，没有必要在每组蒸发器的进液管上装调节流量的截止阀。
④阀门安装应使流体自阀芯下部进入。手轮或手柄宜水平向上。
⑤系统管路上的截止阀，可装可不装的以不装为好。
⒉膨胀阀
⑴作用
⑵布置要点
①用于高压液氨节流
在重力供液系统中，将膨胀阀装在氨液分离器的进液管上；在氨泵系统中，是将膨胀阀装在低压循环贮液桶的进液管上。
②用于热氨节流
膨胀阀可装在热氨总调节站的进气总管上。
安全阀安全阀的开启压力一般比气密性试验压力大0.5bar。
五、阀类的选择
⒈阀类型号
⒉截止阀选用
⑴截止阀的公称通径DN按配管内径选用。
⑵截止阀的公称压力可选用Pg=2.5MPa。
⑶结构形式一般按安装位置确定，
⑷阀杆上有外螺纹的氨直通阀只能用于高压侧
⒊手动膨胀阀选用： 一般是根据供液管的公称通径选用，也可参考某些设备生产厂家提供的参考数据。
⒋浮球膨胀阀选用
浮球膨胀阀应根据设备制冷能力选用。
⒌安全阀选用
⑴自动开启压力调定值：高压侧－1.85 MPa；低压侧－1.25 MPa。
⑵公称通径选用： 公称通径按容器内存氨量选用。
⒍氨用压力表选用
⑴压力表布置点
⑵压力表规格及安装
六、管道和设备的保冷、保温
⒈在制冷系统中，凡是管道和设备导致冷损失的部位、将产生凝结水滴的部位和形成冷桥的部位均应进行保冷。
⒉管道和设备保冷的设计、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）及《设备及管道保冷设计导则》GB/T15586执行。
⒊穿过墙体或楼板等处的保冷管道应采取相应的措施，不使保冷结构中断。
⒋保冷材料可选用难燃烧型PVC/NBR橡塑发泡保温材料、聚氨脂泡沫塑料、阻燃型聚乙烯保冷材料、聚乙苯乙烯泡沫塑料、离心玻璃棉等。能渗透空气的保冷材料外面应作防潮层，防潮层可以是铝箔或玻璃丝布外刷油漆。
⒌融霜用热氨管应保温，保温材料为50~75mm厚，并应耐80~120℃温度。
⒍管道和设备的保冷厚度可按下式计算：
工程设计中，也可用查图、查表法来确定保冷材料厚度。⒎保冷和保温应在制冷系统试压、抽真空合格后方可施工。
冷分配设备融霜(冲霜)
除霜分为人工扫霜、热氨融霜、水融霜、热氨－水融霜等四种。
一、热氨融霜
⒈热氨融霜原理及操作
⒉热氨气
融霜的热氨量不能大于压缩机排气量的1/3。融霜热氨压力不小于0.6MPa,不大于0.9 MPa。
一般设计中都为融霜热氨单独设一个油分离器。
二、水融霜
⒈水融霜原理
⒉融霜用水
融霜用水的温度以25℃左右为合适，融霜用水的温度也不应低于10℃，融霜
配水装置前的自由水头不应小于5mH2O。
⒊融霜给水系统
冷风机冲霜水量按产品样本规定。冲霜淋水延续时间按每次15~20min计算。
⒋排水管
排水管管径一般不小于DN100，排水坡度不小于5%。另外还要注意以下几点：
⑴排水管出口应设水封井。⑵当排水管通过冷藏间时，应包绝热层和防潮层。
⑶排水管的进水口宜加网罩。
⑷排水管与冷风机承水盘的接口必须保证严密不漏。
⑸吊顶式冷风机的承水盘比较浅，容易产生排水不畅而漫水。
三、热氨—水融霜
将上述两种融霜方法结合使用，先用热氨使冰霜融离换热器，再用水将冰渣冲掉，停水后，热氨还能烘干换热器表面的残留水份，避免余水在换热器表面结冰，影响传热。
制冷系统的自控装置
1.自动控制的组成和原理
所有自动控制装置都由传感器（或变送器）、调节器（或控制器）、执行机构组成。其流程如下：
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2. 电脑自动控制的组成和原理
电脑在自动控制装置中的作用相当于上述的“比较→调节器”的作用。电脑能显示、贮存数据，但自控装置要增设“数／模转换器”。其自动控制流程如下：
数／模转换器，又称变送器，或A/D、D/A变送器。其作用是：把模拟量转变为电脑认识的数字信号，并传输给电脑：把电脑发出的控制指令（数字信号）转变为模拟量，并传输给执行机构。
工业控制要求可靠，，因此工业控制系统一般如下：
3. 自控元件的功能
冷库用的自控元件可分为六类：
设计规范中应注意事项
设计规范的规定 (GB50072-2010)
冷库自控应用
冷库自动控制可以分为库房回路、氨泵回路及机房回路三部分。无论哪一部分的自控都必须遵守《冷库设计规范》的规定。
库房回路
1. 冻结物冷藏间库温自控回路
库温控制方法：用温控器控制供液阀
热氨融霜控制：手动融霜
冻结间库温及融霜程序自控
库温控制方法：用时间和温度控制器控制供液阀和风机
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
冷却物冷藏间库温及融霜自控
库温控制方法：用时间及温控器控制供液阀和风机
湿度控制方法：控制回气压力，稳定蒸发温度
热氨融霜控制：用融霜程控器控制热氨阀、排液阀和水阀
氨泵回路
氨泵应设下安全保护装置：氨泵应设断液自动停泵装置；排液管上应设止逆阀、压力表；排液总管上应设旁通泄压阀。
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