R290可燃冷媒在產(chǎn)線中的安全與環(huán)境控制

黃升宇

（ 中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心上海分中心，上海 230051 ）

R290可燃冷媒在產(chǎn)線中的安全與環(huán)境控制

黃升宇

（ 中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心上海分中心，上海 230051 ）

闡述目前國(guó)內(nèi)R290可燃冷媒空調(diào)生產(chǎn)線的安全和關(guān)注要求，針對(duì)新型可燃冷媒的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行分析，提出了生產(chǎn)線設(shè)計(jì)理念和環(huán)境控制要求，給出了控制產(chǎn)品安全生產(chǎn)的一些建議。

R290；可燃制冷劑；安全；環(huán)境控制

0 引言

R290可燃冷媒是一種新型環(huán)保制冷劑。制冷劑是制冷機(jī)中完成熱力循環(huán)的工作物質(zhì)，可在低溫下吸取被冷卻物體的熱量，較高溫度下轉(zhuǎn)移給冷卻水或空氣。筆者作為中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心家用及類(lèi)似用途電器產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證和節(jié)能環(huán)保認(rèn)證工廠檢查員，自1992年開(kāi)始接觸制冷系統(tǒng)工作，2006年伊始從事制冷制熱類(lèi)產(chǎn)品工廠的現(xiàn)場(chǎng)審核工作。在近期的工作中發(fā)現(xiàn)，新型制冷劑的應(yīng)用和生產(chǎn)環(huán)節(jié)存在一些問(wèn)題，直接影響了其市場(chǎng)應(yīng)用和發(fā)展?，F(xiàn)就這些問(wèn)題進(jìn)行闡述和剖析，旨在對(duì)大型生產(chǎn)企業(yè)在新型制冷劑應(yīng)用上的可行性論證，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)。

1 概述

在蒸氣壓縮式制冷機(jī)中，使用在常溫或較低溫度下能液化的工質(zhì)為制冷劑，如氟利昂（飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴衍生物），共沸混合工質(zhì)（由兩種氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳?xì)浠衔铮ū?、乙烯等）、氨等。隨著1988年9月22日“維也納公約”正式生效，氫氟碳族（HFC族）開(kāi)始擔(dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。氫氯氟碳族（HCFC族）作為過(guò)渡方案繼續(xù)使用并將逐漸淘汰。至2010年，發(fā)達(dá)國(guó)家的低端制冷劑（如R22等空調(diào)系統(tǒng)常用制冷劑）產(chǎn)能已基本關(guān)停，發(fā)達(dá)國(guó)家不再使用R22等制冷劑，但R22等制冷劑作為下游含氟聚合物的主要原料，其需求依然存在。發(fā)展中國(guó)家對(duì)R22等制冷劑完全淘汰期在2030年。中國(guó)于1989年9月11日加入該公約，同年12月10日，該公約對(duì)中國(guó)生效。現(xiàn)市場(chǎng)空調(diào)產(chǎn)品主流制冷劑采用R410A替代R22，雖然對(duì)臭氧層的破壞為零，但其產(chǎn)生的溫室氣體效應(yīng)甚至還部分超過(guò)了R22。因此，R410A并不是中國(guó)空調(diào)業(yè)最終的環(huán)保制冷劑解決方案，對(duì)新型制冷劑性質(zhì)要求的需求就不容忽視。

2 現(xiàn)狀

2014年4月29日，國(guó)家環(huán)保部公布關(guān)于R290空調(diào)補(bǔ)貼辦法。該辦法根據(jù)房間空調(diào)器行業(yè)HCFC淘汰管理計(jì)劃實(shí)施方案制定，利用行業(yè)計(jì)劃中的增加運(yùn)行費(fèi)用（IOC）對(duì)企業(yè)前期的R290空調(diào)器生產(chǎn)進(jìn)行補(bǔ)貼。

目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的空調(diào)產(chǎn)品多采用R22和R410A兩種制冷劑，R290制冷劑則被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ男吕涿?，完全滿足國(guó)際淘汰臭氧層消耗物質(zhì)及減排溫室氣體的要求。根據(jù)中國(guó)政府與蒙特利爾議定書(shū)多邊基金執(zhí)委會(huì)的協(xié)議，房間空調(diào)器行業(yè)在2015年前已完成R22淘汰任務(wù)共計(jì)10430 t，并完成至少18條R290生產(chǎn)線的改造，同時(shí)實(shí)現(xiàn)R290空調(diào)器的量產(chǎn)和市場(chǎng)化推廣。為減少企業(yè)在R290空調(diào)器市場(chǎng)化推廣過(guò)程中的阻力，環(huán)保部表示對(duì)R290空調(diào)器的生產(chǎn)和銷(xiāo)售進(jìn)行補(bǔ)貼。根據(jù)生產(chǎn)成本，確定補(bǔ)助單價(jià)為分體式空調(diào)器300元/臺(tái)，窗式空調(diào)器125元/臺(tái)，除濕機(jī)和移動(dòng)式空調(diào)器120元/臺(tái)。同時(shí)公布的補(bǔ)貼名單中包括格力、美的、海爾、科龍等企業(yè)入圍。

在使用體驗(yàn)上，R290新冷媒空調(diào)與普通變頻空調(diào)相比并無(wú)明顯差別，而使用R290可燃制冷劑售價(jià)約高出后者30%，這部分價(jià)格差如何彌補(bǔ)顯然直接影響企業(yè)推廣R290空調(diào)的積極性。據(jù)悉部分國(guó)內(nèi)空調(diào)業(yè)龍頭企業(yè)的R290可燃制冷劑示范線正式獲得驗(yàn)收，另有多家企業(yè)同環(huán)保部對(duì)外合作中心簽訂了改造R290空調(diào)生產(chǎn)線的協(xié)議，主流空調(diào)企業(yè)都在關(guān)注R290可燃制冷劑產(chǎn)品這個(gè)新導(dǎo)向。由此可見(jiàn)，設(shè)計(jì)和建造安全和高效的R290可燃制冷劑空調(diào)產(chǎn)品的系列生產(chǎn)線顯得尤為重要。

3 技術(shù)要點(diǎn)

3.1 特性

R290制冷劑，也稱(chēng)丙烷（propane），化學(xué)式CH3CH2CH3。R290是一種自然界中存在的物質(zhì)，是一種可以從液化氣中直接獲得的天然碳?xì)渲评鋭?，屬于碳?xì)渲评鋭肿又兄缓刑己蜌洌缓群头?，?duì)臭氧層無(wú)傷害，破壞臭氧潛能值(ODP)為零，全球變暖系數(shù)(GWP)極低(約3.3)，幾乎不產(chǎn)生溫室效應(yīng)，具有環(huán)保、高效雙重特性，是制冷劑方面可考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)性的替代物質(zhì)。從環(huán)保角度而言，全球幾乎所有國(guó)家對(duì)于R290制冷劑在新制冷設(shè)備上的初裝，以及售后維修過(guò)程中的使用均沒(méi)有限制。R-290物化性質(zhì)見(jiàn)表1。

3.2 點(diǎn)火源

點(diǎn)火源是指能夠點(diǎn)燃周?chē)扇夹晕镔|(zhì)的點(diǎn)燃源，例如明火、火花，電弧、高溫表面等?？照{(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)和運(yùn)行均可能產(chǎn)生明火、火花、電弧及高溫。對(duì)于R290制冷劑，其高溫是指370℃以上。

3.3 元器件

空調(diào)中的電氣元件通常額定電壓為220 V或380 V，在正常運(yùn)行或在故障情況下如能產(chǎn)生電火花或高溫，則具有點(diǎn)燃的能力?？赡艹蔀辄c(diǎn)火源的部件是：接觸器、繼電器（非固態(tài)）、帶電刷的電機(jī)、和玻璃型熔斷體等。

3.4 認(rèn)證

GB 4706.32-2012《家用及類(lèi)似用途電器的安全——熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》中增加了“附錄CC使用可燃制冷劑器具的運(yùn)輸、標(biāo)識(shí)和儲(chǔ)存”，已得到相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的關(guān)注并在認(rèn)證審核中增加了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的要求，其中也包含了對(duì)于產(chǎn)品生產(chǎn)線的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要求，這對(duì)于此類(lèi)產(chǎn)品的規(guī)范生產(chǎn)的發(fā)展進(jìn)行了推進(jìn)。

4 安全要求

R290可燃制冷劑易燃易爆，應(yīng)用于空調(diào)產(chǎn)品冷媒，其生產(chǎn)線的安全要求就不能以常規(guī)空調(diào)生產(chǎn)線的思路來(lái)考量。其運(yùn)行的主要環(huán)節(jié)包括：

1）生產(chǎn)裝配車(chē)間位置選擇

空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)一般會(huì)考量利用原有生產(chǎn)線或者原有廠房進(jìn)行改造以組建新的R290可燃制冷劑生產(chǎn)車(chē)間，但筆者認(rèn)為鑒于R290制冷劑的易燃易爆特性，按照危險(xiǎn)場(chǎng)所危險(xiǎn)性劃分屬于在正常情況下爆炸性氣體混合物連續(xù)或長(zhǎng)時(shí)間存在的場(chǎng)所。較佳的方案是單獨(dú)選址建造廠房，不宜與其他空調(diào)生產(chǎn)線混合設(shè)置在同一廠區(qū)?？蓞⒄瘴ｋU(xiǎn)品工廠的選址要求，遠(yuǎn)離居民區(qū)或其他人口稠密的地區(qū)和繁忙的公路。為避免易燃?xì)怏w或液體的積聚引發(fā)火災(zāi)及爆炸危險(xiǎn)，廠區(qū)內(nèi)不應(yīng)有洼地。工廠附近應(yīng)有河流或湖泊或具備較充沛的供水系統(tǒng)以用作消防水源。包括各類(lèi)管線、公路、電力線路敷設(shè)權(quán)的內(nèi)容，綜合評(píng)定其對(duì)工廠存在的或潛在的危險(xiǎn)，擇優(yōu)確定較佳的方案。

2）R290可燃制冷劑儲(chǔ)存站設(shè)置

大型空調(diào)制造企業(yè)不可避免需要建立冷媒供應(yīng)系統(tǒng)。不同于常規(guī)冷媒供應(yīng)站可建于生產(chǎn)車(chē)間旁側(cè)，R290可燃制冷劑的供應(yīng)站應(yīng)該在廠區(qū)內(nèi)單獨(dú)設(shè)置，選址要求建于參照燃?xì)庹镜墓芾砟Ｊ剑嚎扇贾评鋭┑墓?yīng)站址的設(shè)置應(yīng)符合所在地市、縣(市)有關(guān)燃?xì)夤?yīng)布局規(guī)劃；有符合標(biāo)準(zhǔn)的消防、安全保護(hù)等設(shè)施；有防泄漏、防火、防爆安全管理制度以及安全操作規(guī)程和崗位責(zé)任制度；應(yīng)建立安全檢查、維修維護(hù)、事故搶修等制度，健全R290冷媒安全供應(yīng)保障體系。對(duì)操作人員進(jìn)行安全指導(dǎo)。整個(gè)冷媒供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置醒目的禁火標(biāo)志，并按規(guī)定配備必要的消防設(shè)施和消防人員，定時(shí)進(jìn)行巡回檢查。整個(gè)供應(yīng)體系應(yīng)當(dāng)經(jīng)燃?xì)庑姓鞴懿块T(mén)批準(zhǔn)，并在質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)辦理壓力容器安全注冊(cè)。R290供應(yīng)單位和液化氣供應(yīng)站點(diǎn)使用的儲(chǔ)罐、槽車(chē)等壓力容器設(shè)備，應(yīng)當(dāng)符合安全技術(shù)規(guī)范要求，在投入使用前或者投入使用后30日內(nèi)向市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門(mén)登記，并按規(guī)定使用登記標(biāo)志，維護(hù)好相關(guān)操作人員的資質(zhì)。

3）空調(diào)產(chǎn)品裝配、充注制冷劑流程

空調(diào)產(chǎn)品的裝配環(huán)節(jié)，以常規(guī)分體式空調(diào)器為例，室外機(jī)組是在生產(chǎn)過(guò)程中的冷媒接觸載體。建議工廠設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)冷凝器、四通閥和壓縮機(jī)等系統(tǒng)管路焊接明火接觸的環(huán)節(jié)獨(dú)立另行設(shè)置，區(qū)別于常規(guī)空調(diào)器生產(chǎn)線焊接流程被組合在一個(gè)生產(chǎn)流水線內(nèi)，原因在于此設(shè)置可最大限度避免動(dòng)火區(qū)域?qū)?yīng)R290可燃制冷劑使用環(huán)節(jié)的接觸。因?yàn)镽290冷媒泄漏可能造成的嚴(yán)重后果，使得整個(gè)空調(diào)制冷系統(tǒng)的檢漏就顯得尤為關(guān)鍵，如條件許可，在常規(guī)鹵素檢漏之后可增設(shè)氦質(zhì)譜檢漏環(huán)節(jié)，增加系統(tǒng)可靠性。R290可燃制冷劑比空氣重（大約是空氣的1.5倍左右）。在自然的狀態(tài)下，R290可燃制冷劑會(huì)下落并積聚在地表附近。如生產(chǎn)中一旦發(fā)生泄露情具有較大的危險(xiǎn)性。筆者建議整個(gè)生產(chǎn)線均至少采用隔爆型或增安型防爆設(shè)備。流水線電機(jī)、真空泵、運(yùn)轉(zhuǎn)位置開(kāi)關(guān)、急停按鈕，商檢控制臺(tái)，配電控制類(lèi)電氣箱和通風(fēng)、照明系統(tǒng)等均不能遺漏，任何一個(gè)環(huán)節(jié)非防爆裝置的運(yùn)行在發(fā)生泄露情況時(shí)都可能是致命的。在實(shí)際應(yīng)用中，有部分企業(yè)將常規(guī)生產(chǎn)線改建并增設(shè)R290泄漏傳感器和下強(qiáng)制排風(fēng)設(shè)備運(yùn)作以對(duì)應(yīng)可能發(fā)生的R290可燃制冷劑泄漏，采取被動(dòng)防護(hù)的方式，筆者認(rèn)為這或不是最佳方案；設(shè)定各環(huán)節(jié)安全運(yùn)轉(zhuǎn)的主動(dòng)防護(hù)應(yīng)該是較好的防泄漏預(yù)設(shè)措施。另外，制冷劑的充注環(huán)節(jié)也是非常重要的，常規(guī)自封接口采用金屬件組成，在與自動(dòng)充注機(jī)連接和擴(kuò)扣時(shí)均會(huì)產(chǎn)生微量泄露，金屬件互相撞擊也可能存在安全隱患。建議對(duì)充注設(shè)備進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，自封接口選用四氟乙烯等材質(zhì)，充注后能利用強(qiáng)排風(fēng)裝置迅速置換充注點(diǎn)的空氣，杜絕不安全因素。由于R290可燃制冷劑產(chǎn)品生產(chǎn)線的特殊性，產(chǎn)線的管理和操作人員也必須是經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)的人員，具備可燃制冷劑防泄漏、防火、防爆安全操作能力，也有發(fā)生意外泄漏時(shí)的相關(guān)緊急消防處置和安全疏散知識(shí)。

4）制冷系統(tǒng)商檢

空調(diào)產(chǎn)品在完成裝配和制冷劑充注工序后，進(jìn)入商檢階段，但這并不是一個(gè)可以掉以輕心的環(huán)節(jié)。商檢通常是在一個(gè)相對(duì)的獨(dú)立環(huán)境內(nèi)完成的，在商檢過(guò)程中，空調(diào)系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行啟動(dòng)，產(chǎn)品自帶的接觸器和繼電器等電器元件都進(jìn)入工作狀態(tài)，從現(xiàn)在的空調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)看，這些電器產(chǎn)品現(xiàn)可見(jiàn)產(chǎn)品尚未采用防爆元件或單獨(dú)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行隔爆防爆處理，因此商檢系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)空間的強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)該得以完善，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境中R290可燃制冷劑泄漏濃度需嚴(yán)密監(jiān)控，有任何異常情況時(shí)都能自動(dòng)切斷系統(tǒng)的運(yùn)作。特別是電氣安全檢驗(yàn)流程，由于當(dāng)前市場(chǎng)尚無(wú)防爆電氣安全檢驗(yàn)設(shè)備供應(yīng)，除工廠自行進(jìn)行檢驗(yàn)設(shè)備隔爆型防爆安全外殼的途徑以外，也可考慮將此環(huán)節(jié)移出生產(chǎn)車(chē)間，在其他單獨(dú)空間內(nèi)再行檢測(cè)。

5）生產(chǎn)線輸配電、照明、壓縮空氣源和電動(dòng)輔助工具等裝置的安全

產(chǎn)品生產(chǎn)線的總輸配電系統(tǒng)，考慮到在車(chē)間內(nèi)建立單獨(dú)的防爆配電柜和控制裝置代價(jià)過(guò)高，建議單獨(dú)設(shè)立于車(chē)間外完全隔離的空間。在車(chē)間內(nèi)的分路控制單元仍以配置具備防爆能力的設(shè)施為佳。生產(chǎn)照明系統(tǒng)無(wú)論是采用LED或常規(guī)光源照明方式，都應(yīng)采用具備防爆能力的燈具和控制開(kāi)關(guān)，對(duì)于這個(gè)獨(dú)立于生產(chǎn)線以外的重要輔助項(xiàng)，應(yīng)該是生產(chǎn)線安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)關(guān)注環(huán)節(jié)。其他如壓縮空氣源供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)線用電動(dòng)螺絲刀等的控制也應(yīng)遵循安全防爆的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 應(yīng)用和前景

使用R290可燃制冷劑的空調(diào)產(chǎn)品因其產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)難度大，其生產(chǎn)設(shè)施的建造成本和生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行成本增加必然將在產(chǎn)品價(jià)格中有所體現(xiàn)，在同等性能下高價(jià)格產(chǎn)品想要獲得市場(chǎng)支持尚有較大難度。

采用R290可燃制冷劑的空調(diào)產(chǎn)品售后安裝與維修方面的要求與難度要與常規(guī)產(chǎn)品完全不同，售后服務(wù)方面也需要企業(yè)對(duì)維修人員進(jìn)行專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，以避免操作不當(dāng)發(fā)生安全事故。此外，運(yùn)輸及倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中的大批量產(chǎn)品匯集更是對(duì)企業(yè)提高了標(biāo)準(zhǔn)。

由于空調(diào)產(chǎn)品淡旺季工作量差距大，制造企業(yè)必須完善相關(guān)對(duì)售后服務(wù)人員的培訓(xùn)，規(guī)章制度制定規(guī)范服務(wù)行為，做到網(wǎng)點(diǎn)配備到位。這些后續(xù)基礎(chǔ)設(shè)施落實(shí)的難度也不比生產(chǎn)一臺(tái)R290空調(diào)低。另外對(duì)于今后淘汰產(chǎn)品的處置也會(huì)是一個(gè)難點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

新產(chǎn)品和新技術(shù)的推薦需要社會(huì)的認(rèn)知，更需要時(shí)間的考驗(yàn)。規(guī)范和完善的設(shè)計(jì)和持續(xù)改進(jìn)的生產(chǎn)管理將有益R290可燃制冷劑空調(diào)的健康發(fā)展。按照現(xiàn)在的格局，R290可燃制冷劑空調(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)線設(shè)計(jì)尚未絕對(duì)成熟，大份額的商業(yè)化運(yùn)作尚需時(shí)日。推進(jìn)和普及速度不會(huì)太快，但會(huì)是行業(yè)發(fā)展方向和重要趨勢(shì)。

[1] GB 4706.32-2012 家用及類(lèi)似用途電器的安全-熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2] CNCA-C07-01：2014 強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證實(shí)施規(guī)則家用及類(lèi)似用途電器[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[3] GB 3836.1-2000 爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[4] GB 3836.14-2014 爆炸性環(huán)境 第14部分：場(chǎng)所分類(lèi) 爆炸性氣體環(huán)境[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

The Safety and Environmental Control of R290 Flammable Refrigerant in the Air-Condition Product Line

Huang Shengyu
(China Quality Certification Centre Shanghai Branch, Shanghai , 230051, China)

The paper explained the safety and focus on request of R290 flammable refrigerant air-condition product line in domestic market and analysed production environment of new flammable refrigerant. It raised claims of product line design idea and environment controlling demand with some suggestions given to the safety control of production.

R290; Flammable refrigerant; Safety; Environmental Control

TM351

A

1674-2796（2017）02-0014-04

2017-01-11

黃升宇（1970—），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事低溫制冷設(shè)備技術(shù)改造工作。