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氨制冷系统的压力管道安全 熊从贵林翔林通 ( 温岭市钱江化工机械有限公司浙江温岭 317500) 摘要氨制冷系统压力管道在特定的环境和特定的工作参数下运行， 压力管道的安全性能与设计、 安 装 、 检验试验和使用密切相关。关注氨制冷系统压力管道在设计、 安装、 检验试验和使用方面常出现的问题， 有针对性的整改， 对预防和提高氨制冷系统压力管道的安全性具有重要意义。 关键词氨制冷压力管道安全设计安装检验与试验 The Pressure Piping Safety for Ammonia Refrigeration System XIONG CongguiLIN XiangLIN Tong ( Wenling Qianjiang Chemical Engineering Machinery Co ，LtdWenling， Zhejiang 317500) AbstractPressure piping of ammonia refrigeration system operates in a specific environment and specific parameters and safety performance of pressure piping is related to design， installation， inspection and testing and use So we should pay attention to and rectify problems of the pressure piping of ammonia refrigeration system in design，installa- tion，inspection and testing and use，which is of great significance to prevent and improve the safety of the pressure piping of ammonia refrigeration system Key Wordsammonia refrigerationsafety of pressure pipingdesigninstallationinspection and testing 0引言 氨制冷系统广泛应用于大型冷库、 工业制冰、 化 工厂的冷冻站、 间接制冷的大型空调系统等。2002 年 3 月， 国家质检总局发布了“关于印发压力管道 安装安全质量监督检验规则 1 的通知” ， 第一次将 压力管道安装质量纳入政府行政管理范围。近几年 来陆续发布了 TSG R1001 2008压力容器压力管 道设计许可规则 2 、 TSG D3001 2009压力管道 安装许可规则 3 和 TSG D0001 2009压力管道 安全技术监察规程 工业管道 4 和中华人民 共和国特种设备安全法 5 ， 从此压力管道安装质 量走上了法制化的轨道。 最近发生的吉林“6 3” 事故和上海“8 31” 事 故， 带来了惨痛的教训， 国务院安委会发布了“关于 深入开展涉氨制冷企业液氨使用专项治理的通 知” 6 ， 规定对不符合“通知” 规定的企业全部限期 整改， 整改不到位的依法关闭， 可见国家对氨制冷企 业的安全高度重视。各氨制冷企业应该以“通知” 为基础， 以相关国家标准和行业标准为依据， 结合企 业自身实际情况， 全面自查。 1氨的性质 氨在标准状态下的蒸发温度为 33 4， 冷凝 温度为 77 7。氨的汽化潜热较大， 因此单位容 积制冷量较大。常温下压力适中， 粘性小， 流动阻力 小， 传热性能好， 氨气的密度比空气小。氨蒸汽无 色， 具有强烈刺激性臭味， 会刺激人的眼睛和呼吸器 官， 氨液溅到人的皮肤上会引起肿胀甚至冻伤， 当空 气中的氨气体积分数为 0 5% 0 6% 时， 人在其中 停留半小时即可中毒。 当空气中氨气的体积分数达 11% 14% 时遇 明火即可点燃， 体积分数达 16% 25% 时遇明火即 会发生爆炸。如系统中氨所分离的游离氢累积到一 定程度， 遇空气会引起强烈爆炸， 因此必须在系统中 设置空气分离器排出空气及不凝性气体。 氨对钢铁无腐蚀作用， 但会腐蚀锌、 铜、 青铜及 除磷青铜以外的其他铜合金。 2氨制冷系统压力管道的特点 氨制冷系统压力管道是输送以氨为制冷剂的管 道系统， 制冷剂在管道中周期性循环、 并经过高低温 转变和汽液两相转变。氨制冷系统压力管道以节流 阀为界线划分为高压侧和低压侧， 氨压缩机排气口 至节流阀入口之间的管道为低压侧， 节流阀出口至 * 基金项目: 温岭市科技计划项目( 2013C11AA0004) 。 94 2015 年第 41 卷第 2 期 February 2015 工业安全与环保 Industrial Safety and Environmental Protection 氨压缩机吸汽口之间的管道为高压侧。双级压缩机 的中间冷却器所属管道也是低压侧。 氨制冷系统压力管道高压侧的工作压力小于 1 45 MPa， 工作温度为 40 140; 低压侧的工作 压力为 0 06 MPa 0 15 MPa， 工作温度为 40 15。GB 50072 2010冷库设计规范 7 对氨 制冷系统压力管道的设计参数做了规定， 规定高压 侧的设计压力为 2 0 MPa， 设计温度为 150; 低压 侧的设计压力为 1 5 MPa， 设计温度为 43。 冷库的氨制冷系统中还有热氨融霜系统， 它是 将从油分离器出来的热氨气， 经热氨融霜调节站由 排管式蒸发器的回汽管进入， 由于热氨气被排管式 蒸发器外的霜层冷却， 变成液氨， 经液体调节站流入 低压循环桶或排液桶。 3设计要求 3 1设计标准 氨制冷系统压力管道常用设计标准包括 GB 50072 20010 冷库设计规范 、 GB 50316 2000工 业金属管道设计规范 2008 年版 8 、 GB/T 20801 2006 压力管道规范 工业管道 9 、 GB 50264 2013 工业设备及管道绝热工程设计规范 10 、 GB/T 17116 1997管道支吊架 11 和 TSG D0001 2009 压力管道安全技术监察规程 工业管道 。 3 2柔性分析 文献 8规定管道的温度小于 50 或大于 100时应进行柔性分析， 文献 9 规定操作温度大 于等于 400， 或小于 70 的管道应进行柔性分 析， 文献 7 规定低压侧管道的直线长度超过 100 m 或高压侧的管道超过 50 m 时应设置补偿装置。 下面以文献 7 为参考进行分析， 根据文献 7 的叙述， 低压侧管道的最低工作温度可达 48， 活 塞式氨压缩机高压侧的排气温度为 140， 管道安 装温度取 20。低压侧按 100 m 长度计算得到的 收缩量为 70 mm， 高压侧按 50 m 长度计算得到的膨 胀量为 70 mm， 应用虎克定律可以计算低压侧由热 位移引起的轴向拉应力为 136 MPa， 高压侧由热位 移引起的轴向压应力为 266 MPa。 低压侧管道的直管长度在 100 m 以内时， 由热 位移引起的拉应力基本满足 20 无缝钢管材料的许 用应力。在高压侧压缩机排气管如果直管长度达到 50 m， 按 GB/T8163 的 20 无缝钢管计算， 由热位移 引起的轴向压应力远远大于钢管的许用应力 130 MPa， 在 25 m 长时的轴向压缩力就已经达到 20 无 缝钢管材料的许用应力。这时如果没有合理设置导 向支吊架， 管道存在因压缩应力过大而导致破坏的 可能。 由此可见， 文献 8的要求比文献 9和文献 7 的要求更合理。同时， 还应特别注意由管道热 位移施加在固定支吊架上的推力， 管道应力校核合 格后， 还需要校核固定支吊架承受的管道推力。 3 3热氨融霜 根据国家质检总局特种设备安全监察局质检特 函 2013 61 号文件的规定， 如果采用热氨融霜工 艺， 压力管道设计必须设置有效的防止超压、 防止液 击的有效措施。 按照文件要求， 在进行压力管道设计时可采取 以下措施: 融霜热氨管起始端设置减压阀， 保证减压 阀后压力不高于 0 6 MPa， 阀后设置压力表、 安全 阀; 调节站的热氨总管和冲霜回液总管上设置压力 表、 安全阀; 融霜热氨管规格不宜大， 尽量采用小流 量的热氨气融霜。 3 4设计图纸上需要注意的问题12 13 压力管道平面布置图上须清楚地表示出管道支 吊架的编号及位置、 间距、 管道编号及标高; 在支吊 架数据表中清楚地表示出各支吊架的基本数据， 如 标准、 类型、 规格等; 非标支吊架必须出大样图; 对主 管与支管的连接结构有特殊要求的， 如排气管与排 气总管之间、 吸汽管与吸汽总管之间等， 必须出大样 图。 4施工要求 4 1施工标准 氨制冷系统压力管道常用施工标准有 GB 50235 2010 工业金属管道工程施工规范 14 、 GB 50126 2008 工业设备及管道绝热工程施工规范 15 、 GB 50726 2011工业设备及管道防腐蚀工程施工规 范 16 、 GB 50236 2011 现场设备、 工业管道焊接工 程施工规范 17 、 SBJ 12 2011 氨制冷系统安装工程 施工及验收规范、 GB 50274 2010制冷设备、 空气 分离设备安装工程施工及验收规范 、 GB/T 20801 2006压力管道规范 工业管道 和 TSG D0001 2009 压力管道安全技术监察规程 工业管道 。 4 2施工过程中需要注意的问题 合格的原材料是保证管道安全的首要条件。压 力管道工程所用的管道元件包括管道组成件和管道 支承件， 如钢管、 阀门、 密封件、 紧固件、 支架及吊架 等， 其制造单位应取得“特种设备制造许可证” ， 所 采购的管道元件必须有质量证明书和合格证， 有监 督检验要求的还包括监督检验证书。 施工过程中做到规范施工， 按图施工。应该注 意的问题有: 外径大于 108 mm 的回气管， 需要变径 05 时用底部平齐的偏心大小头; 不采用将大管缩口的 方式变径; 不在大管端焊接管帽， 然后在管帽上开孔 焊接小管; 不在弯头上开孔; 不得在焊缝及其边缘上 开孔， 焊缝距开孔边缘的距离不应小于 100 mm; 直 管段两对接焊口中心面之间的距离， 当管子公称直 径大于或等于 150 mm 时， 不应小于 150 mm; 当管 子公称直径小于 150 mm， 不应小于管子外径且不小 于 100 mm; 管道对接焊口距支吊架边缘的距离以及 距管道穿墙或穿楼板套管端面距离不小于 100 mm; 管道对接焊口距弯管( 现场弯制) 起弯点不应小于 管子外径且不小于 100 mm; 压缩机排气总管或回汽 总管与支管连接的顺向弯， 不采用将弯头割去一部 分后与总管焊接的方法; 低温管道与支、 吊架之间须 加垫木， 防止冷桥; 不得直接将管道焊在支吊架上， 须用 U 形管卡和螺母紧固; 不得用钢筋将管道之间 焊在一起; 未经设计人员同意， 不得随意改变管道的 布置。 施工过程中如有更改或发现问题应及时和设计 单位沟通， 在征得设计单位书面同意后方可更改。 不应随意改变管道的空间布置; 不应随意改变支吊 架位置和形式; 不随意增加或减少管道壁厚。 5检验与试验要求 5 1检验与试验标准 氨制冷系统压力管道常用验收标准有 GB 50184 2011工业金属管道工程施工质量验收规 范 18 、 GB 50185 2010工业设备及管道绝热工程 施工质量验收规范 19 、 GB 50727 2011工业设备 及管道防腐蚀工程验收规范 20 、 GB 50683 2011 现场设备、 工业管道焊接工程施工质量验收规 范 21 、 SBJ 12 2011氨制冷系统安装工程施工及 验收规范、 GB 50274 2010制冷设备、 空气分离 设备安装工程施工及验收规范 、 GB/T 20801 2006压力管道规范 工业管道 和 TSG D0001 2009压力管道安全技术监察规程 工业管道 。 5 2检验过程中需要注意的问题 材料入库时必须核对材料标记、 质量证明书与 设计要求必须一致; 所有的对接焊接接头必须采用 氩弧焊打底、 手工焊盖面的焊接工艺， 如采用全氩弧 焊工艺应至少焊两遍且错开起始位置; 做好每个焊 口的焊接记录， 以便返修增拍时能找到对应焊工施 焊的焊口; 管道耐压试验和抽真空试验时， 禁止采用 持续加压或抽真空的方法来维持试验压力和真空 度; 管道保温前， 必须按设计文件全面检验管道布 置、 核对管道单线图上管道焊口记录、 支吊架布置、 支吊架形式， 检验记录应有可追溯性。 6使用要求 氨机工、 压力管道操作管理人员应具备一定的 专业知识， 并取得制冷工和压力管道操作资格证， 方 可上岗操作; 妥善保管压力管道的技术文件; 企业对 员工要加强消防安全、 特种设备安全方面的宣传教 育; 发现安全隐患要及时整改; 制定氨泄漏应急预案 并加强演练; 制定特种设备的定期检验和检定计划， 做好特种设备的维护保养记录、 运行状况记录; 制定 特种设备和危险设备的操作规程， 特别是要制定各 种冻结装置的“融霜操作规程” ， 实行标准化、 规范 化操作。 7结语 只要从设计、 安装、 检验试验和操作管理全方面 标准化、 规范化操作， 氨制冷系统压力管道的安全是 可防可控的， 本文旨在叙述氨制冷系统压力管道设 计、 安装、 检验试验和操作管理方面容易忽视的问 题， 给涉氨制冷企业一些启示。 参考文献 1 国家质量监督检验检疫总局 压力管道安装安全质量监 督检验规则 S 2003 2 TSG R1001 2008 压力容器压力管道设计许可规则 S 3 TSG D3001 2009 压力管道安装许可规则 S 4 TSG D0001 2009压力管道安全技术监察规程 工业 管道 S 5 中华人民共和国特种设备安全法 S 6 国务院安委会 关于深入开展涉氨制冷企业液氨使用专