氨制冷的發(fā)展趨勢(shì)

何朝陽

摘 要：氨作為一種綠色環(huán)保的優(yōu)質(zhì)制冷劑，相比于其他制冷劑，具有良好的熱力學(xué)性能，節(jié)能特性明顯。但氨是危化品，可燃，具有刺激性氣味，當(dāng)濃度較高時(shí)有爆炸的危險(xiǎn)。氨制冷的發(fā)展不僅能提高單位制冷量形成經(jīng)濟(jì)效益，還能推進(jìn)我國制冷制冷行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、環(huán)保、節(jié)能步伐。本文通過對(duì)我國現(xiàn)有的氨制冷冷庫的一些情況進(jìn)行技術(shù)分析，結(jié)合國外先進(jìn)國家的發(fā)展情況對(duì)未來進(jìn)行展望。利用氨制冷系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化及氨制冷的小型化的相關(guān)理論和知識(shí)，結(jié)合冷庫自動(dòng)化的發(fā)展成度和現(xiàn)在的制冷技術(shù)發(fā)展，探討氨制冷系統(tǒng)的未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：氨制冷系統(tǒng);自動(dòng)化;安全管理

近年來我國經(jīng)濟(jì)與科技取得了快速的發(fā)展，進(jìn)一步推進(jìn)了我國制冷技術(shù)的進(jìn)步與制冷行業(yè)發(fā)展。人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到在制冷過程中氟利昂對(duì)環(huán)境造成的影響和破壞，特別是氟利昂對(duì)環(huán)境很不友好。氨制冷劑由于具有良好的熱力學(xué)性能和對(duì)大氣層的友好性，受到了越來越多的制冷從業(yè)人員的青睞，越來越多的學(xué)者致力于氨的安全性能和制冷系統(tǒng)及其設(shè)備技術(shù)的研究。但對(duì)于氨制冷潛在的危險(xiǎn)性，我們也應(yīng)該有個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。要推進(jìn)氨制冷技術(shù)的發(fā)展，必須避免氨制冷劑的泄露，提高制冷功效。然后是提高系統(tǒng)的能效比 ，并沿著小型化、自動(dòng)化的發(fā)展方向 ，更進(jìn)一步發(fā)揮氨制冷系統(tǒng)在制冷領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。

一、氨制冷面臨的問題

氨氣有刺鼻的異味和劇烈的毒性，氨蒸汽濃度較高時(shí)會(huì)使人中毒。氨在空氣中的容積濃度超過15.7%時(shí)遇明火就有爆炸危險(xiǎn)。氨具有毒性。在一定的濃度下，接觸一段時(shí)間就會(huì)造成中毒。 如果氨大規(guī)模的泄露，由于氨的分子量小于空氣的平均值，發(fā)生氨泄露就容易泄露到空氣中，造成更大的影響。同時(shí)氨微溶于制冷系統(tǒng)中的潤滑油，管道內(nèi)有水時(shí)會(huì)對(duì)銅鋅及合金有腐蝕作用，這些都是在使用氨制冷時(shí)必須要克服的問題。

氨制冷技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用情況比較好，有很多成功運(yùn)用氨制冷技術(shù)的案例，也積累很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們還需要對(duì)氨系統(tǒng)建立系統(tǒng)化的研究。在我國目前在冷庫設(shè)計(jì)時(shí)采用的一些參數(shù)和數(shù)據(jù)，有的來源于國外研究資料，有的來源與我國剛建設(shè)冷庫積累的數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)技術(shù)十分發(fā)達(dá)的今天，我們完全由能力把我們建設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)需要的數(shù)據(jù)，根據(jù)具體冷庫情況 ，準(zhǔn)確的計(jì)算出更加準(zhǔn)確的數(shù)值，建立更加可靠的數(shù)學(xué)模型。

二、氨制冷系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

氨制冷的歷史悠久是最古老的制冷劑之一;Linde在1876年制造了氨制冷壓縮機(jī)用于一家啤酒工廠的冷卻，從此氨制冷開始飛速發(fā)展。氨制冷技術(shù)不僅應(yīng)用于啤酒廠，也開始慢慢涉足食品冷保鮮、冰激凌的制作和一些制冰設(shè)施。并且在19世紀(jì)取得了較大的發(fā)展，也慢慢應(yīng)用于化工生產(chǎn)、建設(shè)工程、出海捕魚和農(nóng)場種植提供制冷。氨制冷系統(tǒng)的應(yīng)用性相對(duì)較廣，在特大型冷庫之中為了有效避免氨制冷劑發(fā)生泄漏，都會(huì)盡可能避免使用氨，主要采用的方式是將氨作為制冷劑，并與乙二醇等作為載冷劑完成制冷系統(tǒng)的工作。后在國外相關(guān)技術(shù)研究領(lǐng)域之中，主要減少了系統(tǒng)制冷劑的注入量，從根本上減少氨泄露的風(fēng)險(xiǎn)種方式。

氨制冷相關(guān)技術(shù)取得較大進(jìn)展，相關(guān)理論研究和成功案例越來越來多，為氨制冷系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。近些年國內(nèi)外涉氨制冷技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，復(fù)疊式制冷、CO2載冷及氨的冷水機(jī)組技術(shù)都有較大的進(jìn)步;（1）N H 3 / C O 2復(fù)疊式制冷;在這套制冷系統(tǒng)中，CO2作制冷系統(tǒng)在低溫循環(huán)時(shí)的相變冷媒，使低溫級(jí)工作時(shí)的壓力大幅度減低， 后中被氨冷凝。而系統(tǒng)的高溫級(jí)部分，擴(kuò)展了制冷系統(tǒng)的使用范圍，保證了系統(tǒng)有更大的可操作空間。運(yùn)用二氧化碳做冷媒的復(fù)疊式制冷不僅能解除單一氨制冷的限制。還能一定程度減少氨在制冷過程中的注入量，復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的氨的充注量僅傳統(tǒng)氨制冷的十分之一左右， 提高了氨制冷系統(tǒng)安全性。（2）CO2載冷技術(shù)：與傳統(tǒng)載冷劑相比，CO2載冷劑具有較大的比熱容，熱導(dǎo)率也很高等優(yōu)點(diǎn)。通過CO2的相變來吸收熱量，大大減少載冷劑的充量，從而使載冷劑的管徑減小，使載冷設(shè)備的體積大大減小。（3）N H 3冷水機(jī)組技術(shù)：氨冷水機(jī)組的結(jié)構(gòu)比較簡單對(duì)環(huán)境的要求也不高，可廣泛用于酒店、商場、醫(yī)院、娛樂場所、工廠的空調(diào)和工業(yè)冷卻以及提供冷卻水。氨冷水機(jī)組也是民用中央空調(diào)的一種應(yīng)用趨勢(shì)。氨冷水機(jī)組由于氨的毒性和潛在爆炸危險(xiǎn)，在更多方面的應(yīng)用受到限制。但是只要能夠充分保證其安全性，能促使氨冷水機(jī)組技術(shù)得到更多的發(fā)展。

三、氨制冷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（一）氨制冷的機(jī)組化，小型化趨勢(shì)

目前氨制冷多被使用在一些大中型的制冷工程中，很少用于中小型制冷工程和民用制冷設(shè)施。主要原因是氨制系統(tǒng)所需設(shè)備元件較多，管道和油路都很復(fù)雜。氨制冷系統(tǒng)的小型化，離不開制冷相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步;（1）潤滑油：國外的一家公司開發(fā)出出能溶于氨的潤滑油PAG。此種潤滑油作為一種烯化聚合物，是由氧丙烯基、氧乙烯基進(jìn)行處理后改造而成。在氨制冷系統(tǒng)中使用PAG可以在設(shè)計(jì)時(shí)減去潤滑油分離裝置等，精簡設(shè)備管道。（2）氨用換熱器;在我國制冷系統(tǒng)使用較多的換熱器是橡膠圈換熱器，在油和氨的作用下會(huì)有泄露的風(fēng)險(xiǎn)。目前比較成熟的換熱器方面的技術(shù)有：銅釬料的焊接板式換熱器， 采用耐氨腐蝕涂層等等。換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)的快速發(fā)展，不僅提高了工作效率，還縮小了換熱器的尺寸。（3）電子膨脹閥：氨的單位制冷量較大使流量較小，需要對(duì)流量有更精確的控制能力，手動(dòng)節(jié)流閥并不符合這種工藝要求。而采用電子膨脹閥則可以對(duì)氨制冷系統(tǒng)中所需要的流量進(jìn)行精確控制，更好的維持制冷系統(tǒng)的運(yùn)行。

氨制冷系統(tǒng)中的各種閥件和相關(guān)設(shè)備的慢慢的走向小型化，很多控制閥件尤其是膨脹閥、過濾器，正在向集成度越來越多高的方向發(fā)展，可以省去低壓循環(huán)桶等一些附屬設(shè)備。同時(shí)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，簡化與完善制冷循環(huán) ，實(shí)現(xiàn)氨制冷裝置的機(jī)組化和小型化。又因?yàn)镻AG潤滑油和高效的換熱技術(shù)的研發(fā)， 為氨制冷裝置的機(jī)組化和小型化提供了重要條件。氨制冷的小型化可以擴(kuò)展氨制冷的應(yīng)用范圍，不僅僅運(yùn)用在大中型制冷冷庫中，還能推進(jìn)氨制冷在中小型制冷設(shè)施中的應(yīng)用。

（二）氨制冷技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展

在大多數(shù)涉氨制冷設(shè)備中，如何保障制冷系統(tǒng)始終得到適量的制冷劑供給以及制冷系統(tǒng)的壓力、液位水平等進(jìn)行精準(zhǔn)的控制與調(diào)節(jié)是個(gè)很重要的課題，以自控技術(shù)為核心的自動(dòng)供水及供氨控制系統(tǒng)，由于系統(tǒng)穩(wěn)定，通過模擬量的控制可以很好的解決這個(gè)問題。在計(jì)算機(jī)技快速發(fā)展的今天，更進(jìn)一步提升了制冷系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的速度。目前我國氨制冷技術(shù)由于技術(shù)和安全及成本等方面的原因，自動(dòng)化的普及程度并不高。我們應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)氨制冷自動(dòng)化的重視以滿足更高使用需求。 氨制冷技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展既是制冷技術(shù)的創(chuàng)新性發(fā)展， 同時(shí)也是推進(jìn)制冷行業(yè)發(fā)展的重要舉措。

可以預(yù)見的是 ， 隨著對(duì)氨制冷劑強(qiáng)化傳熱技術(shù)、 氨用金屬材料和潤滑油等科研成果的完善和制冷工藝的進(jìn)一步改進(jìn)， 氨制冷設(shè)備的整體質(zhì)量將更有保障 ，運(yùn)行能效比也將不斷提高。氨制冷的安全性也會(huì)得到保障，充分發(fā)揮出氨制冷劑所具有的良好熱力學(xué)性質(zhì)。

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