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1、氨与氟利昂在大型冷库中应用的对比分析摘要：该文对大型冷库采用氨和氟利昂作为制冷剂时，其在安全、环保、初投 资及运行费用等方面进行了对比分析，结果表明：对于采用氨制冷剂的桶泵系统 无论在初投资还是在运行费用上，均比采用氟利昂制冷剂具有优势；在冷库选址 条件满足国家相关规定的前提下，推荐采用氨作为大型冷库的制冷剂；在涉氨冷 库的设计建设过程中，需严格执行国家相关规范，在氨制冷系统运营过程中，需 做好人员管理及设备维护工作。关键词：氨；氟利昂；大型冷库；制冷剂0 引言 目前，氨与氟利昂是冷库建造中常用的两种制冷剂。氨作为天然制冷剂，相 比氟利昂而言，在热物理性能及环保方面均具有较好优势。然而，氨具有
2、毒性， 且其在一定条件下有爆炸危险，因此限制了其在制冷领域的广泛使用。近年来， 随着氟利昂制冷系统模块化的实现及完善，其在大型冷库中的应用逐渐增多。因 此，对于冷库项目而言，采用氨还是氟利昂作为冷库的制冷剂，值得进行分析和 探讨。本文通过对氨制冷系统和氟利昂制冷系统在安全、环保、初投资及运行费用 等方面进行对比，帮助设计人员在进行冷库项目建设时选用适当的制冷系统提供 参考。由于氨自身的特点，不适合用于一些小型的冷库项目，因此，本文主要针 对制冷量约为1000kW，库温为-18C的大型冷库项目，对此类冷库采用氨或氟利 昂作为制冷剂时的优缺点进行讨论。1 安全性对比1.1 氨的安全性氨，或称“氨气
3、”，氮和氢的化合物，分子式为NH3，是一种有刺激臭味的无 色有毒气体，极易溶于水，水溶液呈碱性，易液化。氨气爆炸极限为15.7 27.4%，其火灾危险性属于乙类 2 项物品1。液氨为液化状态的氨气，是在适当 压力下由氨气液化成液氨，一般储存于钢瓶或储罐中。一般液氨可作制冷剂，接 触液氨可引起严重冻伤。氨气能侵袭湿皮肤、粘膜和眼睛，可引起严重咳嗽、支气管痉挛、急性肺水 肿，甚至会造成失明和窒息死亡。此外，由于氨气与空气或氧气混合会形成爆炸 性混合物，储存容器受热时也极有可能发生爆炸。因此，在液氨的储存、运输和 使用等环节中，应当采取必要的防火措施，防止液氨发生泄漏爆炸事故。综上，液氨的火灾危险性
4、分类应定性为乙类第 2 项。根据相关的规范，氨冷冻站作为乙类厂房需要独立设置，氨冷冻站与厂房、 重要公用建筑物、居民区及铁路等设施需要保持一定的安全距离。氨冷冻站还需 要设计事故排风、泄氨池、喷淋及防护装置等设施来保障安全生产。近年来，由于涉氨企业发生了多起严重的安全事故，造成了人员伤亡及严重 的经济损失2。因此，国家在对氨作为制冷剂的冷冻站或冷库的报建审批非常严 格3。1.2 氟利昂的安全性 氟利昂，又名氟里昂。在中国，氟利昂定义存在分歧，一般将其定义为饱和烃（主要指甲烷、乙烷和丙烷）的卤代物的总称。氟利昂在常温下都是无色气体 或易挥发液体，无味或略有气味，无毒或低毒，化学性质稳定。在建规的
5、火灾危险性等级中，氟利昂被划分为戊类。采用氟利昂的机房可以 在建筑物内根据使用情况来进行布置，设置氟利昂的冷冻站也不需要在当地安监 部门进行备案，容易获得地方部门的批准。2 环境影响对比氨作为绿色天然环保制冷剂，对臭氧耗损潜能值（ODP）为零，全球变暖潜 能值（GWP）为零4。其具有良好的热力学性能和对大气层无任何不良效应。在氟利昂中，根据其分子中元素的组成，可以分为三类5。其中，对臭氧层 危害最大的属 CFC 类， HCFC 类对臭氧层的破坏力较弱， HFC 类则对臭氧层无害， 但 HFC 类对温室效应有一定影响。 1984 年 10 月联合国通过了“特伦多备忘录”， 要求各国大量减少氟利昂
6、的产量和需求。 1985 年3月，联合国通过了“维也纳公 约”，进而在1987 年9月又通过了“蒙特利尔协定”，确切提出要限制生产和销售 R11、R22、R113、R114和R115等氟利昂的产量，到1998年其产量要逐步降低 到1986年生产水平的50%，并在下一个世纪初尽可能地取消这类产品6。国际 公约强制规定：全面禁用空调业大量使用的制冷剂氟利昂（R22,属于HCFC类物 质），发达国家必须在2030年前全面禁用，发展中国家也不迟于 2040 年7。1999 年初，中国就曾出台一项旨在保护臭氧层的措施，该措施中制定了这样 的计划： “到 2010 年，我国将全面禁止生产和使用消耗臭氧层的
7、物质氟利昂”。 按照这个计划，中国应从1999年7月1日开始把氟利昂的生产和消费水平冻结 在19951997年的平均水平上，以后逐年减少，直至2010年1月1日，氟利昂 被禁止使用。 2010年9月 27日，环境保护部、发展改革委、工业和信息化部等 三部门联合发布中国受控消耗臭氧层物质清单的公告，对CFC类、HCFC类 等物质做出停止或限制生产的规定8。在欧洲地区，由于当地的环保法规比较严，只能采用HFC类的氟利昂作为制 冷剂。在我国现在禁止使用CFC类作为冷库用制冷剂，HCFC及HFC类还是可 以使用，但一些企业出于环保考虑，都采用R134a及R404a等对臭氧影响很少的 氟利昂作为制冷剂。
8、3 初投资及运行费用对比一个制冷量为 1000kW 的氨制冷机房，氨制冷系统包括的设备主要有压缩机、 蒸发式冷凝器、油分离器、辅助贮氨器、贮氨器、低压循环桶、紧急泄氨器、放 空气器、集油器、氨泵及相应的阀件和管道。而氟利昂系统的主要设备包括压缩 机、蒸发式冷凝器、贮液器、低压循环桶、油蒸馏器、集油器、氟泵及相应的阀 件和管道等。在-25C的蒸发温度下，氨和大部分氟利昂的制冷效率差不多，所以压缩机的 配置是基本一致的。但对于相同的蒸发式冷凝器来说，用于氨的散热能力要比氟 利昂大。同时，由于氟利昂的汽化潜热远小于氨（氨的汽化潜热约为1400kJ/kg， R22的汽化潜热约为210kJ/kg，R40
9、4a的汽化潜热约为190kJ/kg），所以氨制冷系 统中的蒸发式冷凝器、贮氨器、供液泵及管道都会比氟利昂制冷系统的小。其中， 蒸发式冷凝器小 20%，供液泵小 80%，管道大概小 23 个型号。另一个对制冷系统造价影响比较大的是冷媒的造价。假设系统冷媒冲注量是 15m3，那么采用氨制冷剂的造价是2.8万元，而采用R22制冷剂的造价约为23 万元，采用环保冷媒R404a制冷剂的造价则是56万元。因此，在机电投资上， 氨冷冻站的造价要比氟利昂冷冻站的造价低不少。由于氨冷冻站是乙类车间，需要在布置上单独脱开，并配置泄氨池、喷淋和 事故排风等设施。而规范上对氟利昂冷冻站的布置没有提出特别的要求，其可以
10、 根据生产情况进行布置。在安全上，氟利昂冷冻站仅需要设置换气次数为12次/h 的事故通风即可。因此，在土建成本上，氨冷冻站的造价要比氟利昂冷冻站的 造价高出不少。氨作为乙类物质，尤其是在近年来发生多起安全事故之后，国家对氨管道的 安装做出了很多具体的要求，对于低压管道及冲霜管道的焊缝要求 100%探伤， 对于高压管道焊缝要求按 20%的比例探伤，这个探伤比例远高于氟利昂管道 5% 的探伤比例，管道系统的报验手续也远比氟利昂管道的要求严格，这在一定程度 上增加了氨制冷系统的造价。总的来说，在一个同等配置的制冷系统的设备造价上，采用氨作为制冷剂大 概会比采用氟利昂作为制冷剂要便宜 10%20%。对
11、于同样采用桶泵系统的冷库，在-25C的蒸发温度下，氨和氟利昂的制冷效 率差不多（氟利昂的种类较多有的高有的低）。但在蒸发式冷凝器及供液泵上， 氨制冷系统的比氟利昂制冷系统的小。综合下来，氨制冷系统的电耗要比氟利昂 制冷系统的低 510%。4 结论本文对大型冷库采用氨和氟利昂作为制冷剂时，其在安全、环保、初投资及 运行费用等方面进行了对比分析。对于采用桶泵系统的大型冷库，采用氨作为制 冷剂时，无论是初投资还是运行费用上都比采用氟利昂系统有优势，企业也因采 用环保冷媒提升企业形象。因此，在冷库选址条件满足相关国家规定的前提下， 推荐采用氨作为冷库的制冷剂。在进行涉氨冷库设计建设过程中，需要严格执行
12、 国家的相关规范，在运营过程中也要做好人员管理及设备维护工作。参考文献：1 羊建高.硬质合金M.长沙：中南大学出版社，2012.2 Pachai A C，齐晓霞，奚晔，等.氨制冷系统的安全设计和维护分析J.制冷 技术， 2014， 34（3）： 1-7.李晶晶.关于冷库制冷剂展方向的探讨J.制冷，2014（2）： 74-78.赵育川.氨制冷剂冷库当前发展趋势J.制冷技术，2015，35（4）： 66-70.吴业正.制冷原理及设备（第4版）M.西安：西安交通大学出版社.2015.6 过增元，等.面向二十一世纪热科学研究庆贺王补宣院士七十五寿辰论 文集M.北京：高等教育出版社，1999.7 于国先，牟绍明.氨（NH3 ）冷水机组替代氟利昂（R22 ）冷水机组的讨论J.制冷与空调，1999（1）： 63-66.8 日用电器编辑部.中国制冷行业全面禁氟”进行时J.日用电器.2007,（ 5）： 6-6.作者简介：盘智斌（1978-），男，高级工程师，主要从事制冷与空调设计及 研究工作。
