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1、1大、中型冷库氨制冷系统安全问题的探讨2一、冷库氨制冷系统的现状与发展趋势最近几年以氨为代表的天然制冷剂受到了越来越多的制冷科技工作者的青睐，人们对氨制冷剂开始重新评价，并已投入大量的人力物力，致力于氨的安全性能和制冷系统及其设备技术的研究。一些具有核心技术的氨制冷设备、控制元器件等已研发并批量生产，为冷库氨制冷系统的技术进步创造了有利条件。如何更广泛地加快氨制冷系统的研究与应用，已成为全世界制冷科技工作者的重要课题之一。氨制冷剂的主要特性氨在一百多年前已被用作制冷工质，目前仍是很重要的中温制冷工质之一。其正常蒸发温度为-33.4，使用范围是+5-70,当冷却水温度高达30时，冷凝器中的工作压
2、力一般不超过1.5MPa，压力比较适中。氨的临界温度较高,tkr=132,氨的汽化潜热大,在大气压力下为327.5kcal/kg,单位容积制冷量也大,所以,氨制冷压缩机的尺寸可以较小。纯氨对润滑油无不良影响。但有水分时会降低冷冻油的润滑作用。3氨易溶于水,在常温下，一个单位容积的水可以溶解700个单位容积的气态氨，因此排除了系统形成冰塞的可能性。纯氨对钢铁无腐蚀作用，但当氨中含有水分时将腐蚀铜及铜合金，磷青铜除外，故在氨制冷系统中对管道及阀件不得采用铜及铜合金。氨的蒸汽无色，有强烈的刺激臭味。氨对人体有较大的毒性，当氨液飞溅到皮肤上时会引起冻伤。当空气中氨蒸汽的容积浓度达到0.5%-0.6%时
3、，可引起中毒。因此，车间内空气中氨的浓度不得超过0.02mg/L。氨在常温下不易燃烧，但加热至530时，则分解为氮气和氢气，氢与空气中的氧混合会发生爆炸。氨在其安全性分类中属于B2类制冷剂。在爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范中规定为AT级，在建筑设计防火规范中规定为乙类，即氨属于最低爆炸危险等级。这些特点都使其应用受到了一定的限制，所以不宜用于民用建筑的空调冷源系统。氨与矿物基润滑油和PAO润滑油不相容，故随排汽进入制冷系统的冷冻油易在换热壁上形成油膜，影响换热。且因氨的密度比润滑油小，润滑油沉积在制冷系统的管道、容器的底部，故通常4采用满液式蒸发器和氨泵供液形式，并结合采用油分离器和集油器
4、等设备，通过手动与自动控制使润滑油安全返回压缩机。为保证润滑油的润滑特性，必须采取相应的冷却措施。氨容易制造，价格低廉，便于购买。其广泛应用于蒸发温度在-65以上大型、中型、活塞式、螺杆式制冷系统中。5冷库氨制冷系统的应用现状制冷系统氨制冷系统在食品冷冻冷藏领域多为直接制冷系统现阶段氨制冷系统的供液方式多为直接膨胀供液、重力供液和氨泵强制供液，且系统自控能力较强。制冷部件压缩机目前，在氨制冷系统中，制冷压缩机多为活塞式和螺杆式制冷压缩机。前者出现较早，使用广泛，其优点在于，使用方便、运行可靠、管理经验成熟，冷量范围大、单位制冷量耗电量较低，加工较简单，造价较为低廉，其缺点是压缩机体积大、耗金属
5、多、占地面积大，易损部件多，维护费用高，单机产量不能太大，能量无级调节比较困难。而螺杆式压缩机的结构简单、体积小、易损部件少、重量6轻，振动小，容积效率高、对湿压缩不敏感，能实现无级调节，其缺点是单位冷量耗电比活塞式稍高，喷油冷却使润滑油系统复杂而庞大，耗油高，噪声大，螺杆的加工精度要求高。相对而言，因螺杆式压缩机能方便地控制排气温度，在氨制冷系统中将会更加广泛地应用。换热器壳管式换热器应用较为普遍。但是其质量、占地面积、换热性能等较差。随着蒸发式冷凝器的节能优势及防腐除垢技术的提高，目前蒸发式冷凝器已成为应用主流润滑油润滑油是润滑、冷却、密封运动部件的介质，是制冷压缩机安全、可靠运行，延长使
6、用寿命的重要条件。目前氨制冷系统的润滑为矿物质油，虽然其性能优良，但它的最大缺点是不能与氨相溶，因而氨系统不可缺少油分离器、集油器等设备，使氨系统的油路系统非常复杂。7冷库氨制冷系统安全性的研究方向氨是目前全球范围大型制冷系统中采用的最广泛的冷媒，我们应正确地认识和对待这款自然工质，重视氨制冷系统的安全性，目前已有了非常成熟的技术和产品可以确保氨制冷系统的安全性。为确保氨制冷系统的最大安全性和可靠性，系统设计采用自动化控制和降低氨充注量是比较明朗的方向，热氨融霜、液位控制、小充注量型氨制冷系统、氨/二氧化碳复叠系统及冷风机式制冷系统都是行之有效的解决方案。制冷系统间接制冷系统采用间接制冷系统主
7、要是从安全角度考虑，在特大型的贮藏果蔬的冷库中，为防止氨制冷剂泄漏于冷却物冷藏间内、且尽量减少系统的用氨量，采用以氨为制冷剂、乙二醇为载冷剂的间接制冷系统。如济南大森制冷工程有限公司最近几年安装的河南众品10万吨冷鲜猪肉项目、凤祥集团16万吨熟食库项目、临沂金锣集团清真车间等。氨制冷系统在化工、啤酒厂、制药厂中多为间接制冷系统。8近年来，各地已开始应用NH3和CO2的复叠式制冷系统。其高温级采用NH3，低温级采用CO2。研发氨用电子膨胀阀及其控制系统，通过氨膨胀阀或氨电子膨胀阀，便可省去中冷器、低压循环桶等一些附属设备。如此设计师们便可采用氟利昂制冷系统的设计思路来进行氨制冷系统设计，并在氨制
8、冷系统的高压侧采用机电一体化的设计思路。避免了因地震等意外原因可能导致的氨在库房内意外泄漏而影响贮存食品的安全问题，同时也减少了整个制冷系统的用氨量，提高了冷库系统的安全性。制冷部件板式换热器应用于氟利昂系统已有20余年的历史，此前未在氨系统中应用的根本原因是焊接钎料含有铜。近年来，随着社会经济和科学技术的发展，为减少系统中氨的充灌量，人们又倾向于使用板式换热器，因此在传统板式换热器的基础上进行了大量改进，可作为冷凝器、蒸发器、油冷却器、过冷换热器和载冷剂冷却器等。如瑞典的AlfaLaval公司9实施每两片不锈钢板片用激光焊接成封门模槽流道组，然后在组与组之间用橡胶封圈密封，有螺栓施加密封压力
9、，这样就避免了传统方式中封闭氨的边框橡胶封圈，大大减少氨的渗漏为杜绝氨的微量渗漏，该公司又研制了采用镍合金为焊料的焊接板式换热器。德国GEAECOFLREX公司在瑞典工厂生产99.99%铜钎料的焊接板式换热器，SUS316板片，在氨的流通模槽中采用耐氨腐蚀涂层，其最大工作压力，温度分别达3.0MPa/200。干式蒸发器取代传统的满液式蒸发器，可减少氨充灌量90%-95%，在食品冷冻装置，食品单体速冻装置、螺旋式食品速冻装置、食品平板式冻结装置、网带单体速冻装置、板带单体速冻装置、全流态化速冻装置、隧道式超低温速冻装置等中，采用干式蒸发器直接或间接冷却食品将大同削减氨制冷剂的充灌量提高氨制冷系统
10、的安全性。润滑油目前氨制冷系统的润滑为矿物质油，虽然其性能优良，但10它的最大缺点是不能与氨相溶，因而氨系统不可缺少油分离器、集油器等设备，使氨系统的油路系统非常复杂、机组自动控制非常困难。欲在氨制冷系统中使用干式蒸发器或简化油路系统，就必须找到与氨相溶润滑油，如PAG油。目前国际上已开发出能溶于氨的合成润滑油。据报道，在日本前川制作所开发的新型分体式氨制冷剂冷水机组中，采用了与氨互溶的润滑油，这样氨制冷系统不仅可以省去油氨分离器、集油器以及相应的管路，而且从工程造价和操作维护方面也将得到相应的收益，同时可以使制冷系统更加简单、紧凑。这对开发小型氨制冷装置及简化现有的氨制冷系统非常有利。电气自
11、动控制系统这几年，以可编程序控制器PLC及用PLC组成的集散式控制系统DCS控制系统日趋普及，自动控制的氨泵强制供液方式、制冷压缩机循环保护系统、制冷压缩机自动增卸载系统的全自动或半自动氨制冷系统，开始逐渐投入使用，氨制冷系统控制将更趋自动化。1121世纪的控制技术、计算机网络技术、远程监控等为系统的自动控制提供了相应的技术支持和保证，也为氨制冷系统的全自动控制提供了发展空间。自动化问题涉及到油的开发、氨用电子节流阀的研制、系统循环设计、制冷系统的静态与动态特性等问题，而这些问题的逐步解决，将推进氨制冷系统的自动化进程，对制冷系统的高效节能运行、制冷系统的安全使用和安全防护、降低生产成本等都将
12、带来新的变革。12氨制冷系统的安全保护措施制冷系统的安装质量冷库的安全事关人民群众的生命财产安全和社会的稳定，冷库作为日常生活中不可缺少的食品加工和贮藏的设施，因其系统的复杂性和所用工质的特殊性，成为冷库安全生产的重要监督对象。尤其是由于城市的迅速外延，使许多冷库被居民生活区所包围，冷库的安全工作显得日趋重要。大、中型冷库的安全主要包括商品安全、生产安全、消防安全和防止氨制冷系统发生漏氨事故。防止制冷系统发生漏氨事故是冷库安全工作中的重中之重。一旦发生事故，由于氨本身所具有的特性，可引起化学爆炸、燃烧或氨中毒事故，将给企业和社会造成严重的经济损失和不安定的因素。造成大、中型冷库氨制冷系统发生漏
13、氨事故的主要原因是：制冷系统在安装时不符合规范要求，给日后的生产埋下隐患；操作人员技术水平低、违反操作规程、责任心不强，造成氨制冷系统漏氨；在进行制冷系统更新改造时方案制订的不合理，造成更新改造时发生漏氨事故；制冷系统没有制订应急预案，一旦发生事故时，抢救不及时造成重大损失。13冷库在筹建过程中，制冷系统的安装质量，是日后安全生产的基础，不要在安装过程中埋下事故隐患，冷库氨制冷系统的安装应注意以下几个方面：施工单位的选择按照国务院373号令的要求，从事冷库氨制冷系统安装的单位必须具备相应安装资质，因此必须选择具备制冷设备及管道安装资质的队伍来施工。施工单位要有详细的施工组织方案主要包括人员组织
14、准备、施工机具准备、材料准备、施工现场（施工区、安全区、材料区、生活区）的合理布置、工艺准备、及时了解土建进展和配合情况，核对预留孔、洞是否符合要求、安全设施准备（灭火器、水桶、水源、防火隔板）详细制订的施工进度表，施工单位要制订施工的应急预案。施工工艺所有机器设备安装、管道连接严格按照设计图纸及氨制冷系统安装工程施工及验收规范进行（SBJ12-2000），施工人员包括焊工、电工、制冷操作工都要持证。除锈刷漆及保温制冷管线施工前的除锈刷漆是一项非常重要的工作，它直接关系到制冷系统的使用寿命和系统的安全，低压管线的保温一般采用现场发泡，外包铝壳或镀锌板，保温材料要与制冷管线粘合密实，防止漏汽造成
15、管线腐蚀。14系统排污、试压和抽空系统排污在制冷系统管道安装完毕后，应用0.8MPa(表压)的压缩空气对系统进行分段排污，在距排污口300MM处以白色标识板检查，直至无污物排出为合格。在排污前应对系统的仪表、安全阀等加以保护，将电磁阀、止回阀的阀芯、过滤器的滤网拆除。排污结束后应拆卸可能积存污物的阀门，将其清洗干净后重新组装。系统试压排污合格后用干燥的压缩空气进行试压高压1.8MPa，中、低压设备1.2MPa，保压6小时开始记录压力表读数，经24小时后检查压力表读数，变化不应大于试验压力的1%。超过上述规定时，应检查漏点，作好记号，必须泄压后进行补焊。然后再进行试压，直至合格为止。系统试压可采
16、用空气或氮气，严禁采用氧气或其它易燃气体试压。系统抽空试压合格后要进行真空度试验，系统剩余压力小5.333Kpa时，保持24小时无变化为合格。最后进行系统充氨试验，充氨试验压力为0.2MPa,严禁带压补焊。气密性试验合格后进行制冷剂充注，按机组要求进行制冷剂充注，系统压力升至0.5MPa时，暂停充注，再次检漏。充注量达到要求的时，停止充注，试运行后视降温情况再决定是否充注。15工程的验收工程的验收是保证施工质量的重要手段，甲方应组织好工程的验收工作，不符合规范要求的必须整改，工程是否通过验收直接影响到施工单位的经济利益，直接关系到制冷系统是否安全正常的运行。制冷设备及材料的选择制冷设备和制冷管材是制冷系统的主要组成，在选择制冷设备时，必须选择具备相应压力容器设计、制造资质的单位的产品，不要盲目只考虑价格因素而选择没有资质单位的产品。在选择制冷管材上。应选择符合国家标准流体输送用无缝钢管GB8163的要求，应根据最低工作温度选择钢号，管道的设计压力应选择2.5MPa(表压)。相应阀门应采用氨专用阀门与配件。其公称压力不应小于2.5MPa(表压)。不得有铜质、镀锌、镀锡的配件。16系统安全
