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1、 氨與氟利昂在大型冷庫中應(yīng)用的對比分析 摘要：該文對大型冷庫采用氨和氟利昂作為制冷劑時，其在安全、環(huán)保、初投資及運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明：對于采用氨制冷劑的桶泵系統(tǒng)，無論在初投資還是在運(yùn)行費(fèi)用上，均比采用氟利昂制冷劑具有優(yōu)勢；在冷庫選址條件滿足國家相關(guān)規(guī)定的前提下，推薦采用氨作為大型冷庫的制冷劑；在涉氨冷庫的設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，需嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)規(guī)范，在氨制冷系統(tǒng)運(yùn)營過程中，需做好人員管理及設(shè)備維護(hù)工作。關(guān)鍵詞：氨；氟利昂；大型冷庫；制冷劑0引言目前，氨與氟利昂是冷庫建造中常用的兩種制冷劑。氨作為天然制冷劑，相比氟利昂而言，在熱物理性能及環(huán)保方面均具有較好優(yōu)勢。然而，氨具有毒性，且其

2、在一定條件下有爆炸危險，因此限制了其在制冷領(lǐng)域的廣泛使用。近年來，隨著氟利昂制冷系統(tǒng)模塊化的實(shí)現(xiàn)及完善，其在大型冷庫中的應(yīng)用逐漸增多。因此，對于冷庫項(xiàng)目而言，采用氨還是氟利昂作為冷庫的制冷劑，值得進(jìn)行分析和探討。本文通過對氨制冷系統(tǒng)和氟利昂制冷系統(tǒng)在安全、環(huán)保、初投資及運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行對比，幫助設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行冷庫項(xiàng)目建設(shè)時選用適當(dāng)?shù)闹评湎到y(tǒng)提供參考。由于氨自身的特點(diǎn)，不適合用于一些小型的冷庫項(xiàng)目，因此，本文主要針對制冷量約為1000kW，庫溫為-18的大型冷庫項(xiàng)目，對此類冷庫采用氨或氟利昂作為制冷劑時的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行討論。1安全性對比1.1氨的安全性氨，或稱“氨氣”，氮和氫的化合物，分子式為NH

3、3，是一種有刺激臭味的無色有毒氣體，極易溶于水，水溶液呈堿性，易液化。氨氣爆炸極限為15.727.4%，其火災(zāi)危險性屬于乙類2項(xiàng)物品1。液氨為液化狀態(tài)的氨氣，是在適當(dāng)壓力下由氨氣液化成液氨，一般儲存于鋼瓶或儲罐中。一般液氨可作制冷劑，接觸液氨可引起嚴(yán)重凍傷。氨氣能侵襲濕皮膚、粘膜和眼睛，可引起嚴(yán)重咳嗽、支氣管痙攣、急性肺水腫，甚至?xí)斐墒骱椭舷⑺劳?。此外，由于氨氣與空氣或氧氣混合會形成爆炸性混合物，儲存容器受熱時也極有可能發(fā)生爆炸。因此，在液氨的儲存、運(yùn)輸和使用等環(huán)節(jié)中，應(yīng)當(dāng)采取必要的防火措施，防止液氨發(fā)生泄漏爆炸事故。綜上，液氨的火災(zāi)危險性分類應(yīng)定性為乙類第2項(xiàng)。根據(jù)相關(guān)的規(guī)范，氨冷凍站作

4、為乙類廠房需要獨(dú)立設(shè)置，氨冷凍站與廠房、重要公用建筑物、居民區(qū)及鐵路等設(shè)施需要保持一定的安全距離。氨冷凍站還需要設(shè)計(jì)事故排風(fēng)、泄氨池、噴淋及防護(hù)裝置等設(shè)施來保障安全生產(chǎn)。近年來，由于涉氨企業(yè)發(fā)生了多起嚴(yán)重的安全事故，造成了人員傷亡及嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失2。因此，國家在對氨作為制冷劑的冷凍站或冷庫的報建審批非常嚴(yán)格3。1.2氟利昂的安全性氟利昂，又名氟里昂。在中國，氟利昂定義存在分歧，一般將其定義為飽和烴（主要指甲烷、乙烷和丙烷）的鹵代物的總稱。氟利昂在常溫下都是無色氣體或易揮發(fā)液體，無味或略有氣味，無毒或低毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。在建規(guī)的火災(zāi)危險性等級中，氟利昂被劃分為戊類。采用氟利昂的機(jī)房可以在建筑物內(nèi)

5、根據(jù)使用情況來進(jìn)行布置，設(shè)置氟利昂的冷凍站也不需要在當(dāng)?shù)匕脖O(jiān)部門進(jìn)行備案，容易獲得地方部門的批準(zhǔn)。2環(huán)境影響對比氨作為綠色天然環(huán)保制冷劑，對臭氧耗損潛能值（ODP）為零，全球變暖潛能值（GWP）為零4。其具有良好的熱力學(xué)性能和對大氣層無任何不良效應(yīng)。在氟利昂中，根據(jù)其分子中元素的組成，可以分為三類5。其中，對臭氧層危害最大的屬CFC類，HCFC類對臭氧層的破壞力較弱，HFC類則對臭氧層無害，但HFC類對溫室效應(yīng)有一定影響。1984年10月聯(lián)合國通過了“特倫多備忘錄”，要求各國大量減少氟利昂的產(chǎn)量和需求。1985年3月，聯(lián)合國通過了“維也納公約”，進(jìn)而在1987年9月又通過了“蒙特利爾協(xié)定”，確

6、切提出要限制生產(chǎn)和銷售R11、R22、R113、R114和R115等氟利昂的產(chǎn)量，到1998年其產(chǎn)量要逐步降低到1986年生產(chǎn)水平的50%，并在下一個世紀(jì)初盡可能地取消這類產(chǎn)品6。國際公約強(qiáng)制規(guī)定：全面禁用空調(diào)業(yè)大量使用的制冷劑氟利昂（R22，屬于HCFC類物質(zhì)），發(fā)達(dá)國家必須在2030年前全面禁用，發(fā)展中國家也不遲于2040年7。1999年初，中國就曾出臺一項(xiàng)旨在保護(hù)臭氧層的措施，該措施中制定了這樣的計(jì)劃：“到2010年，我國將全面禁止生產(chǎn)和使用消耗臭氧層的物質(zhì)氟利昂”。按照這個計(jì)劃，中國應(yīng)從1999年7月1日開始把氟利昂的生產(chǎn)和消費(fèi)水平凍結(jié)在19951997年的平均水平上，以后逐年減少，直

7、至2010年1月1日，氟利昂被禁止使用。2010年9月27日，環(huán)境保護(hù)部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部等三部門聯(lián)合發(fā)布中國受控消耗臭氧層物質(zhì)清單的公告，對CFC類、HCFC類等物質(zhì)做出停止或限制生產(chǎn)的規(guī)定8。在歐洲地區(qū)，由于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)保法規(guī)比較嚴(yán)，只能采用HFC類的氟利昂作為制冷劑8。在我國現(xiàn)在禁止使用CFC類作為冷庫用制冷劑，HCFC及HFC類還是可以使用，但一些企業(yè)出于環(huán)?？紤]，都采用R134a及R404a等對臭氧影響很少的氟利昂作為制冷劑。3初投資及運(yùn)行費(fèi)用對比一個制冷量為1000kW的氨制冷機(jī)房，氨制冷系統(tǒng)包括的設(shè)備主要有壓縮機(jī)、蒸發(fā)式冷凝器、油分離器、輔助貯氨器、貯氨器、低壓循環(huán)桶、緊急

8、泄氨器、放空氣器、集油器、氨泵及相應(yīng)的閥件和管道。而氟利昂系統(tǒng)的主要設(shè)備包括壓縮機(jī)、蒸發(fā)式冷凝器、貯液器、低壓循環(huán)桶、油蒸餾器、集油器、氟泵及相應(yīng)的閥件和管道等。在-25的蒸發(fā)溫度下，氨和大部分氟利昂的制冷效率差不多，所以壓縮機(jī)的配置是基本一致的。但對于相同的蒸發(fā)式冷凝器來說，用于氨的散熱能力要比氟利昂大。同時，由于氟利昂的汽化潛熱遠(yuǎn)小于氨（氨的汽化潛熱約為1400kJ/kg，R22的汽化潛熱約為210kJ/kg，R404a的汽化潛熱約為190kJ/kg），所以氨制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)式冷凝器、貯氨器、供液泵及管道都會比氟利昂制冷系統(tǒng)的小。其中，蒸發(fā)式冷凝器小20%，供液泵小80%，管道大概小23個

9、型號。另一個對制冷系統(tǒng)造價影響比較大的是冷媒的造價。假設(shè)系統(tǒng)冷媒?jīng)_注量是15m3，那么采用氨制冷劑的造價是2.8萬元，而采用R22制冷劑的造價約為23萬元，采用環(huán)保冷媒R404a制冷劑的造價則是56萬元。因此，在機(jī)電投資上，氨冷凍站的造價要比氟利昂冷凍站的造價低不少。由于氨冷凍站是乙類車間，需要在布置上單獨(dú)脫開，并配置泄氨池、噴淋和事故排風(fēng)等設(shè)施。而規(guī)范上對氟利昂冷凍站的布置沒有提出特別的要求，其可以根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行布置。在安全上，氟利昂冷凍站僅需要設(shè)置換氣次數(shù)為12次/h的事故通風(fēng)即可。因此，在土建成本上，氨冷凍站的造價要比氟利昂冷凍站的造價高出不少。氨作為乙類物質(zhì)，尤其是在近年來發(fā)生多起安

10、全事故之后，國家對氨管道的安裝做出了很多具體的要求，對于低壓管道及沖霜管道的焊縫要求100%探傷，對于高壓管道焊縫要求按20%的比例探傷，這個探傷比例遠(yuǎn)高于氟利昂管道5%的探傷比例，管道系統(tǒng)的報驗(yàn)手續(xù)也遠(yuǎn)比氟利昂管道的要求嚴(yán)格，這在一定程度上增加了氨制冷系統(tǒng)的造價?？偟膩碚f，在一個同等配置的制冷系統(tǒng)的設(shè)備造價上，采用氨作為制冷劑大概會比采用氟利昂作為制冷劑要便宜10%20%。對于同樣采用桶泵系統(tǒng)的冷庫，在-25的蒸發(fā)溫度下，氨和氟利昂的制冷效率差不多（氟利昂的種類較多有的高有的低）。但在蒸發(fā)式冷凝器及供液泵上，氨制冷系統(tǒng)的比氟利昂制冷系統(tǒng)的小。綜合下來，氨制冷系統(tǒng)的電耗要比氟利昂制冷系統(tǒng)的低5

11、10%。4結(jié)論本文對大型冷庫采用氨和氟利昂作為制冷劑時，其在安全、環(huán)保、初投資及運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行了對比分析。對于采用桶泵系統(tǒng)的大型冷庫，采用氨作為制冷劑時，無論是初投資還是運(yùn)行費(fèi)用上都比采用氟利昂系統(tǒng)有優(yōu)勢，企業(yè)也因采用環(huán)保冷媒提升企業(yè)形象。因此，在冷庫選址條件滿足相關(guān)國家規(guī)定的前提下，推薦采用氨作為冷庫的制冷劑。在進(jìn)行涉氨冷庫設(shè)計(jì)建設(shè)過程中，需要嚴(yán)格執(zhí)行國家的相關(guān)規(guī)范，在運(yùn)營過程中也要做好人員管理及設(shè)備維護(hù)工作。參考文獻(xiàn)：1羊建高.硬質(zhì)合金M.長沙：中南大學(xué)出版社，2012.2PachaiAC，齊曉霞，奚曄，等.氨制冷系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)和維護(hù)分析J.制冷技術(shù)，2014，34（3）：1-7.3李晶晶.關(guān)于冷庫制冷劑展方向的探討J.制冷，2014（2）：74-78.4趙育川.氨制冷劑冷庫當(dāng)前發(fā)展趨勢J.制冷技術(shù)，2015，35（4）：66-70.5吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備（第4版）M.西安：西安交通大學(xué)出版社.2015.6過增元，等.面向二十一世紀(jì)熱科學(xué)研究慶賀王補(bǔ)宣院士七十五壽辰論文集M.北京：高等教育出版社，1999.7于國先，牟紹明.氨（NH3）冷水機(jī)組替代氟利昂（R22）冷水機(jī)組的討論J.制冷與空調(diào)，1999（1）：63-66.8日用電器編輯部.中國制冷行業(yè)全面“禁氟”進(jìn)行時J.日用電器.2007，（5）：6-6. -全文完-