钻井平台制冷装置培训手册.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除1. 培训对象：1.1. 入职新员工；1.2. 学历：2. 培训内容：钻井平台制冷装置3. 培训课时：3.1. 理论培训：30小时3.2. 实操训练：x 小时4. 了解内容：4.1制冷在平台上的应用4.1.1 伙食冷藏；由于钻井平台大多原离后方基地，因此需要一定时间的生活自持时间（通常710天）。因此平台上就要储备一定数量的食物，自持时间越长，食品的储藏时间也越长。有些食品在常温下数日就变质，气温越高腐烂越快，为使食品久藏，必须设法消灭各种微生物，或抑制它们的繁殖。为使果蔬类食品保存期加长，需延缓它们生长成熟。食物防腐有很多不同的方法。冷藏法能抑制微生物在食品中的繁殖，能延缓蔬菜、水果的生长成熟，又不致破坏食品原有品质和营养价值。因此钻井平台像一般的船舶一样都设有伙食冷库和相应的制冷装置。4.1.2 空气调节： 向所有的船员提供适宜的生活条件和工作环境，提高工作效率。平台上一般都装有空气调节装置，制冷装置为空气调节提供了必需的冷源。因此制冷装置是船舶（平台）运行不可缺少的重要设备之一（我们将在下一章中讲到）。 4.1.3 食品的冷藏条件： 1. 果蔬及蛋乳类食品的冷却及其冷藏条件食品的冷却是使食品的温度降低到接近于冰点以抑制微生物的活动,并抑制水果、蔬菜的呼吸、延缓其成熟.各种食品的贮藏 温度、湿度要求不同.湿度过小会使食品干缩;湿度过大会使食品容易发霉,腐坏.船舶伙食的菜库和乳品库等习惯称为高温库,温度保持在05之间，相对湿度8590.温、湿度不宜有较大波动，库内各处要求温度均匀.为保持蔬菜和水果合适的气体成分，需要换气换气次数以更换了多少个舱室容积的新鲜空气来表示果蔬类舱或集装箱的换气次数为每昼夜24次船舶伙食冷库因经常存取食品，无需专门进行换气.“气调储藏”法对新鲜的水果和蔬菜采用指在冷藏的同时将冷库内O2和CO2含量控制在规定的范围内一般CO2浓度控制在28之间O2浓度控制25之间其储藏期比普通冷藏库延长0.51倍。2肉类食品的冻结和冷藏条件冻结就是使其温度降低到大部分汁液冻结的程度，这样可更有效地抑制微生物的活动.冻结食品储藏期比冷却食品长得多.肉类食品冻结一般分为:缓慢冻结：会使细胞膜内大部分水分冻结形成较大冰晶,水转变成冰时，体积增大，造成细胞膜破裂,食品解冻时，冰晶融化成水，食品汁液流失,使食品失去或减少其原有的鲜味和营养价值。快速冻结：形成细小冰晶，对食品品质影响小,保持冻结温度为-23-30，冻结速度为25cmh,其冻结后品质与新鲜时相近船舶伙食低温库储藏肉、鱼类食品.对钻井平台来说其储藏温度以-18-21为宜,在此温度下微生物繁殖几乎停止,肉类能较长时间(半年以上)保持鲜度；低温库的相对湿度一般保持在9095为宜.食品在冷藏期间会发生干缩现象,与库内温度、湿度有关,取决于库内空气流速、食品性质及进入库内的热量-18时，每侵人1kJ热量会使食品干耗增加0.036g。3.臭氧在冷藏中的应用为对冷库进行消毒杀灭霉菌及其他各种微生物,减少微生物污染食品的机会.臭氧之所以能够杀菌和消毒，主要原因在于臭氧性质极不稳定，很易分解出单原子氧,即 O3=O2+O.单原子氧化学性质十分活泼，有较强的氧化作用.当单原于氧与霉菌等微生物接触时，它会使微生物的细胞膜氧化，导致微生物的死亡.臭氧还可抑制水果的呼吸作用，防止其过快地成熟,水果呼吸时会放出少量乙烯，乙烯对水果有催熟的作用,臭氧能使乙烯氧化而消除之.臭氧对鱼类等还具有除臭的作用.臭氧不能用于奶制品和油脂类食物,氧化时产生脂肪酸，而使食物变质.对含叶绿素较多的蔬菜不宜使用臭氧,使绿色莱叶出现色斑点和凹陷,臭氧浓度较高时，还使蔬菜中维生素C含量减少。臭氧发生器核心是臭氧发生管,它利用两个金属电极间的高压辉光放电,使空气中的氧气转变成臭氧装在冷藏舱内，其控制部分放置在舱室之外。需用风机使室内空气经臭氧发生器循环。4.2. 制冷的基础知识；制冷的方法很多，常用的有以下几种：液体气化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。其中液体气化制冷的应用最为广泛，它是利用液体气化时的吸热效应实现制冷的。蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式和吸附式制冷都属于液体气化制冷。钻井平台上的制冷装置使用的都是蒸气压缩式制冷，因此下面介绍的制冷原理主要以蒸气压缩式制冷为主。其它几种制冷方式由于在平台上应用很少因此本章将不作重点介绍。4.2.1 制冷循环：制冷的方法很多，常用的有以下几种：液体气化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。其中液体气化制冷的应用最为广泛，它是利用液体气化时的吸热效应实现制冷的。蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式和吸附式制冷都属于液体气化制冷。钻井平台上的制冷装置使用的都是蒸气压缩式制冷，因此下面介绍的制冷原理主要以蒸气压缩式制冷为主。其它几种制冷方式由于在平台上应用很少因此本章将不作重点介绍。1蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷属于相变制冷，即利用制冷剂由液态变为气态时的吸热效应来获取冷量的。它是由压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器四大件组成。他们之间由管道依次连接，形成一个封闭系统。如图5-1所示。1)压缩机：压缩机的作用是从蒸发器侧吸入低温制冷剂，经压缩变成高压、高温制冷剂蒸气，送往冷凝器。2)冷凝器：自压缩机排出的高温、高压制冷剂蒸气，进入用水或空气冷却的冷凝器内，在向水或空气放出热量的同时，完成从高温高压制冷剂蒸汽（过热蒸气）饱和蒸汽湿蒸气（冷凝）高压高温饱和液的过程和状态的变化。这种高压制冷剂液体通常在变成饱和液体后，再进一步冷却，温度稍微下降，变为过冷液体，从冷凝器进入储液器内。3)节流机构：流出储液器的高压制冷剂液体通过设置在称之为毛细管或膨胀阀的狭窄通道的节流机构，因狭窄通道的阻力使高压制冷剂的压力下降。由于制冷剂具有压力下降温度也降低的性质，因此变成低压低温液态制冷剂，进入蒸发器内。实际上，由于膨胀机构的节流作用，部分液态制冷剂变为蒸气，形成液体和蒸气混合的湿蒸气状态，通常，湿蒸气从膨胀机构进入蒸发器。4)蒸发器：进入蒸发器的低压低温制冷剂，由于比周围物体的温度低，而从周围吸热，同时剧烈蒸发，进入蒸发器内时，从液态变成蒸气，在蒸发出口变成无液体成分的饱和蒸气，或略有过热的蒸气状态。从蒸发器流出的制冷剂蒸气，通过压缩机吸气管，被吸入压缩机，再反复经过压缩冷凝膨胀蒸发，进行制冷循环。 图5-1 制冷循环原理 图5-2 制冷循环的压焓图制冷循环的压焓图制冷循环分析和计算，常用压焓图和温熵图,船用压缩式制冷装置大都使用中、高温制冷剂.高温制冷剂-标准沸点t。0的制冷剂;中温制冷剂 0t。一70者,如氨、氟利昂12、氟利昂22等，并多采用单级压缩.低温制冷剂 t。一70者属.将图5-1的制冷循环在压焓图上示出，如图5-2所示。图5-3是对照图5-2的制冷循环，它与图5-2各个过程的符号是一致的。图5-3 制冷循环蒸发（41） 状态4表示从膨胀机构流出的低温低压制冷剂湿蒸气，从周围高温的被冷却物体中吸收热量r，进行蒸发。1表示变成饱和蒸气，通常进一步被过热至1点。在此其间吸收的热量以r=h1-h2表示。如果忽略蒸发器内的压力损失，则可以认为411过程的压力（P1）是不变的。压缩（12）把状态1的制冷剂过热蒸气吸入压缩机，进行压缩，变成状态2的高温高压蒸气，在理论上这个过程为绝热压缩，因而是在等熵的状态下变化的。1点若位于饱和蒸气线的右边，称为干压缩。位于饱和蒸气线的左边，称为湿压缩。当1点位于右边，即进行干压缩时，我们把表示状态1和1的温度t1-t1称为过热度。压缩机对制冷剂所作的功Aw为：Aw = h2-h1冷凝（23）若在状态2，用空气或水冷却压缩后的高温高压的制冷剂蒸气，则制冷剂蒸气在一定的压力（P2）下，经过2233的变化，并放出冷凝热，变为高压液体，在3点完全液化。而被冷却到比3更左的3点时，若以t3，t3表示3，3点的温度，则t3-t3称为过冷度。在冷凝器中，制冷剂向水或空气放热，有图2-2可知。 R + Aw = （h2-h1）+(h1-h3)=h2-h3将h2-h3=q代入，可得q = r + Aw即制冷剂在冷凝器（高压侧）中放出的热量q ,为它在蒸发器（低压侧）中从外部的吸热量r与压缩机所作的功Aw之和。膨胀（34）用压力p2表示的过冷制冷剂液体3，通过膨胀机构进行节流膨胀，进入压力为的蒸发器内，由于节流膨胀时焓不变，故这个过程以图2-2的34垂线表示。进入蒸发器时的制冷剂状态，如果位于饱和液体线上4点的右侧，并以4点表示，则部分液体因本身冷却而蒸发，变为气液混合的湿蒸气。2吸收式制冷低压蒸气变为高压蒸气不用压缩机,利用能强烈吸收制冷剂的液体( 吸收剂) 将蒸发器中产生的制冷剂蒸气吸收成为溶液,再用液泵将其压送到发生器( 高压) 中，加热使之放出高压制冷剂蒸气,吸收剂溶液经节流减压后再重新去吸收制冷剂.须用制冷剂和吸收剂组成的工质对工作吸收式制冷工质：氨 水溶液( 氨- 制冷剂，水- 吸收剂)- 低温系统;溴化锂 水溶液( 水- 制冷剂，溴化锂- 吸收剂)- 空气调节系统.吸收式制冷装置主要优点：利用废热或低参数的热源制冷而用水作制冷剂时,不需使用压缩机,运行时没有噪音和振动,完全没有毒害和污染,也没有爆炸危险. 主要缺点：热力系数比压缩式低;冷却水消耗量大;溴化锂水溶液对设备密封性要求较高,且不能获得0以下的低温.溴化锂水溶液在大气中对钢材具有强烈腐蚀作用,使用寿命较蒸气压缩式低.3蒸汽喷射式制冷水在真空下气化吸热，可获得0以上低温,多用蒸汽喷射器来作为抽真空设备故称之. 主要优点：设备结构简单、占地面积较少、制造及管理容易.水作制冷剂，对人体无害.气化潜热大. 缺点：在高真空下工作，只能取得0以上的低温工作时蒸汽消耗量很大，经济性较差.4.2.2 单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算：图54 实际循环：压缩过程是熵值增加的多变过程。节流过程有吸热，焓值也略有增加。制冷剂在管道、热交换器和压缩机中流动时存在阻力损失和热交换。 热力计算（如图54所示）： 1.单位制冷量 q。 hlh5 kJkg 如吸气管中吸热可忽略不计，则5-1过程全在蒸发器中进行。2.单位容积制冷量 qv = q0/v1 kJkg3.等熵压缩单位理论功 w0 = h2 - h1 kJkg4.理论制冷系数 = q0/w0= h1-h5/h2-h1 5.制冷剂的质量流量G = Q0q0 = Q0(h1一h5) kg/s 6.压缩机容积流量(按吸气状态容积计算)Vs = G v1 = Q0 v1/q0 = Q0/q0 7.压缩机的理论流量VT = Vs/ = Q0/( qv) m3/s 8.压缩机的理论功率 PTGw0 kW 9.压缩机的指示功率 Pi= Gwi = Gw0/i= PT/i kW 10.压缩机的轴功率p = pi/m = pT/(mi ) = pT/ kW 11.单位轴功率制冷量 Ke=Q0/P= 12.冷凝器的热负荷 Qk=Q0+pi kW4.2.3 单级制冷压缩机工况和特性：制冷压缩机工况：指决定其理论循环的温度条件,蒸发温度对应于蒸发压力的饱和温度,蒸发压力由蒸发器产气量和压缩机吸气量间的质量平衡决定。如库温降低，蒸发器传热不良，则蒸发量减少，p0就降低冷凝温度。对应于冷凝压力的饱和温度，冷凝压力由压缩机排气量与冷凝器冷凝量的质量平衡来决定。如压缩机吸气压力高，质量流量大，则冷凝压力就高。4.2.4 工况参数对制冷工作影响：制冷压缩机制冷量可由下式表示： Q0Gq0VTq0v1 VTqv 制冷压缩机的轴功率则可写为： P = Gw0/= VTw0 /v1 = VTwv 式中： wv = w0 /v1 压缩机单位容积压缩功 压缩机在转速n和工作缸数不变情况下，理论吸气量VT将为定值，从式看出：压缩机的Q0随输气系数?和单位容积制冷量qv而变，而P则与图55 、压缩机总效率和单位容积压缩功wv有关。事实上，、 Q0 、 和wv 均随工况温度条件而变。 1. 冷凝温度tk变化的影响（如图55所示） 假设冷凝温度由tk升高到tk，理论循环由1234561改变为1234561。由于循环的单位制冷量q0减少，即 q0 w0，而v1没有变化，所以Wv和轴功率P都将增大，装置制冷系数也会降低。反之，当tk降低时，则情况相反2.蒸发温度t0变化的影响（如图56所示）当蒸发温度从t0降低到t0，循环由1234561 变为1234561。循环制冷量稍有降低，即 q0vl。制冷剂流量G 减小，因此，Q0 也减小。制冷机轴功率变化情况，因单位压缩功增大，即 w0w0。但制冷剂的流量G减小，而不能直接判断。 图56热力学分析表明：在达到某压力比pk时(一般3左右), 压缩机轴功率最大。通常制冷装置工作时压力比都大于3，故当蒸发温度降低时轴功率降低。3.过冷度和过热度的影响（如图57） 图57循环过冷度增加，过冷温度由t4降到t4,Q0则会因q0增加而增加。压缩机轴功率不变，?提高，装置过冷度为35。液管压降不宜超过4070kPa，否则闪气，制冷量降低。为提高过冷度，设气液换热器，使从冷凝器出来的制冷剂液体与从蒸发器出来的制冷剂蒸气换热以实现过冷。压缩机吸气过热度影响：1）如果过热过程是在吸气管中吸取外界热量造成，则单位制冷量实际并未提高，Q0下降，这称为有害过热。2）如果过热在蒸发器内完成，过热度提高时，q0增加了h1-h1，单位压缩功增加 (h2-h1)，对 制冷系数的影响取决于制冷剂的性质。R12，过热度增加则制冷系数提高；R22则影响不大(略有下降)；而氨制冷装置制冷系数反而减小。过热度增加，q0增加。v1也增大, 使G减少；Q0要视具体情况而定。资料表明：过热度每提高1 ，R12、R22 和氨的G 减少0.4，而qo则分别增加0.5，0.4和0.2。所以R12的Q0提高，氨的Q0减少，而R22则影响不大当吸气过热度提高时，单位压缩功w0的增加不如G减少的快，故P减少。合适过热度可以：防止压缩机吸人液体和减少有害过热。对于氨制冷装置，过热度不超过58。过热太高会使排气温度和滑油温度过高，氟利昂过热度一般控制在36。用回热器使节流前液体与压缩机吸人前蒸气进行热交换，使液体过冷，气体过热。具有回热过程的制冷循环称为回热循环。4.2.5 制冷压缩机性能曲线：指制冷压缩机Q0、P随工况条件的变化趋势。图58为制冷压缩机的性能曲线tk升高 Q0减小，P增大t0降低 Q0减小，P减小图58 由性能曲线：可方便地查得压缩机在不同工况下的制冷量和轴功率，并可算出单位轴功率制冷量Ke值4.2.6 制冷压缩机的工况：缩机Q0和P等指标都随工况不同而改变。为了衡量和比较机器性能，需制定出公认的温度条件，作为名义工况，并以该工况制冷量作为标准。我国名义工况是 “标准工况”、“空调工况”。为考察压缩机的强度和电动机的工作，还定有：1.最大压差工况2.最大轴功率工况为便于制造厂家测试，又规定了三种名义工况：高温工况, 中温工况, 低温工况（见表51）工况制冷剂 ()冷凝温度()蒸发温度()过冷温度()吸入温度()标准工况R71730152510R2230152515R1230152515R50230152515空调工况R7174053510R224053515R124053515表5-1活塞式制冷压缩机的标准工况和空调工况使用温度制冷剂吸入压力饱和温度吸入温度排出压力饱和温度制冷剂液体温度低冷凝压力高冷凝压力低冷凝压力高冷凝压力高温R1271843553850R2271843553850中温R1271835553050R2271835553050R717713530低温R1223535553050R222353530R5022353530R71723153530表52中型活塞式制冷压缩机的名义工况船用氟利昂活塞式制冷压缩机设计、使用条件制冷剂R12R22R502冷凝温度 (K)高温风冷65(338)55(328)水冷55(328)46(319)低温55(328)46(319)46(319)最大压力差Kgf/cm2(MPa)高温风冷、低温14(1.372)18(1.764)18(1.764)高温水冷12(1.176)14(1.372)最高排气温度 (K)125(398)145(418)145(418)表53船用氟利昂活塞式制冷压缩机设计、使用条件船用氟利昂活塞式制冷压缩机最大工作范围制冷剂R12R22R502最高冷凝温度 (K)高温风冷70(343)59(332)水冷65(338)51(324)低温65(338)51(324)51(324)蒸发温度范围 (K)高温510(268283)510(268283)低温300(243273)400(233273)455（228268）表54船用氟利昂活塞式制冷压缩机最大工作范围 制冷机实际运行工况随运行地区的气候条件和使用情况而变。实际工作工况下的制冷量，可从性能曲线上查得。制冷机工况必须限定在一定的范围内，以保证运行的安全与可靠。船用氟利昂活塞式单级制冷压缩机规定的设计和使用条件见表53和544.2.7 制冷剂：在制冷机内完成热力循环的工质。必须具有较好的热力性质和物理化学性质。选用时根据使用场合、温度要求、制冷量及制冷机的型式等综合考虑：1对制冷剂的一般要求：适当的压力比(蒸发对应的压力大于1atm)，以防空气漏入系统。临界温度Critical Temperature要高。使用大中型活塞式压缩机Reciprating Comp.，冷剂的q0和qv应大；小型机(离心式Centrifugal Comp.)小尺寸不易制造，q0和qv应小。w0和wv应小，循环效率要高。压缩终了温度不能太高(润滑恶化、冷剂分解)。粘度和比重小(流阻)。放热系数大(减小换热器体积)。化学稳定性和热稳定性好。不易燃爆，对人体、食品和环境无害。(毒性分6级，6级毒性最小)(氟里昂遇到明火产生光气价格低廉，易于补给。2制冷剂的种类1)无机化合物：如氨、水等无机类制冷剂的统一编号为R7XX(R是英文“制冷剂”字头)，编号的后两位数表示该无机化合物的分子量。 2)饱和烃的卤化物氟利昂编号是R后带二或三个数字；依次为碳原子数m-1、氢原子数n+1和氟原子数x。例如二氟一氯甲烷CHClF2，写为R22。氟利昂制冷剂的特点：大多是无毒的，没有气味不燃烧，没有爆炸危险，热稳定性好氟利昂分子量大，绝热指数小，凝固点低含水时会腐蚀镁及镁合金、铁等金属单位容积制冷量小，密度大，节流损失大导热系数小，遇火焰时会分解出有毒气体易漏泄而不易察觉。 CFC表示不含氢的氯氟烃；HCFC表示含氢的氯氟烃；HFC表示含氢而无氯的氟化烃。含氯的氟里昂：在高空会分解出Cl离子，对大气臭氧层有破坏作用；使太阳光紫外线失去臭氧层的屏敝作用而加强；对人类健康和农作物、海洋浮游生物的生长不利；并引起气候异常；氟里昂气体会产生“温室效应”。CFC已于1996年起禁用，发展中国家推迟10年。而HCFC将于2016年冻结在2015年的水平，于2040年完全禁用，工业化国家于2020年禁用。3)碳氢化合物(烃类)目前用作制冷剂的有烷烃类和烯烃类，如乙烯C2H，(R1150)、 丙烯C3H6、(R1270) 等。这类冷剂的特点是：凝固点低，临界温度低，分子量小与水不发生作用且难溶于水对金属无腐蚀作用，溶于润滑油，价格低廉烃类对大气臭氧层无破坏作用，但易燃，与空气混合后有爆炸危险4)共沸制冷剂：由两种或两种以上特定的制冷剂按一定的比例混合而成，在气化或液化过程中，其蒸气成分与溶液成分始终保持相同。在既定压力下，发生相变时对应的温度保持不变。由于在一定的压力下，共沸混合制冷剂标准沸点比组成它的各种纯冷剂的标准沸点都低，因此，在相同的工作温度条件下，采用共沸混合制冷剂的制冷压缩机也就具有压力比小，压缩终温低，单位容积制冷量大等优点。5)非共沸制冷剂也是由不同制冷剂按一定比例混合而成，但其不存在共沸点，在定压下蒸发或凝结时，气相与液相的组成成分不断变化，温度也随之不断变化。由于相变过程不等温，所以更适于在变温热源的场合下应用，以缩小传热温差，减小不可逆损失。它还可以降低制冷循环压缩比，使单级压缩制冷循环获得更低的蒸发温度。3.环保问题：大气是地球上生命赖以生存的最重要的条件之一，它是由几层空气组成的，其作 用就好比是一张过滤器，除了能阻止太阳光的有害辐射外，还能防止地球表面温度向太空散 发，这种作用称为温室效应Greenhouse Effect，它是生命存在的必要条件。但是因为空气的污染，一方面使得大气密集在地球周围以至地表温度上升，导致了气候的变化；另一方 面污染又使得大气臭氧层产生空洞，造成地球直接暴露在太阳光的有害辐射之下。含氯的氟里昂(CFC、HCFC)在高空分离出Cl离子，破坏臭氧层Ozone Layer，使太阳光紫外线失去对臭氧层的屏蔽作用。对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值ODPOzone Depletion Potential表示。产生温室效应的影响大小用全球变暖潜能值GWPGlobal Warming Potential表示。制冷空调行业界认为：应全面正确衡量制冷剂对全球气候变化的影响，除了制冷剂的GWP值外，空调制冷系统将会以另一种方式对全球变暖起作用，即由于这些系统均需依靠来自电力或化石燃料的消耗来维持运行，而煤、石油和天然气燃料生产电力时都产生CO2，因而也会对全球变暖起作用。 因此，提出了变暖影响总当量TEWITotal Equivalent Weight Impress的指标，它考虑了这两种主要方式，也就是制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应。直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度，间接效应取决于这种空调制冷系统的效率以及能源来自何处。国际上对各类制冷剂的使用规定CFC：1996年禁用，发展中国家到2006年HCFC：2016年冻结在2015年的水平，工业化国家2020(其它国家2040)年禁用。中国最终淘汰消耗臭氧层物质(ODS)时间表：家电行业： 1999年实现40%新生产冰箱、冷柜的替代； 2003年完成70%新生产冰箱、冷柜的替代； 汽车空调行业： 自2001年12月31日起禁止所有新空调车中使用CFC-12，并逐步削减在用车的CFC消费量。 2009年后只允许使用回收的CFC。 工商制冷行业： 透平式制冷机生产在2003年停止CFC-11/12的新灌装； 2010年停止CFC-11/12维修补充的再灌装。 泡沫行业： 2005年前完成PSPE挤出泡沫和PU垂直/水平泡沫工艺中使用的ODS替代； 2007年前完成PU板材、管材泡沫工艺中使用ODS替代； 2010年前实现PU喷涂和箱式工艺中使用的ODS替代。21世纪绿色环保制冷剂的展望 ：1） HFC类制冷剂的实用化适用于HFC制冷剂的脂类油(POE)，价格昂贵，润滑性较差，特别是吸水性和水解性强，凡POE油含水量大于5001 000ppm的，多半要失败。由于POE油是一种比制冷剂更好的溶剂，因此必须小心选择所使用的材料、加工过程用的切屑油和清洗液等流体，否则由于与制冷剂/油的化学反应，会形成腊状物质，造成膨胀装置的堵塞。今后的展望是进一步开发高稳定性的POE油；PVE油由于有优良的润滑性和的水解性，也有待开发。 改进设备设计，提高能效是必然趋势。通过能效的提高，可减轻或抵消由于HFC排放引起的温室效应。2）天然制冷剂的推广与实用化 NH3是一种传统工质，其优点是ODP=0、GWP=0、价格廉、能效高、传热性能好、易检漏、含水量余地大、管径小，但其毒性需认真对待，今后必须找到更好的安全办法。但其油溶性、与某些材料不容性、高的排气温度等问题也需合理解决。NH3会有更大的空调市场份额。 CO2优点也是ODP=0、GWP值为1。主要问题是其临界温度低(31)，因此能效低，而且它是一种高压制冷剂，系统的压力较现有的制冷剂高很多。CO2制冷剂可能应用的领域有以下三个方面。第一是CO2超临界循环的汽车空调。第二是CO2热泵热水加热器。第三是在复叠式制冷系统中，CO2用作低压级制冷剂，高压级用NH3或HFC-134a作制冷剂。3）新一代替代工质的开发与实用化 从热力学角度说，新的高效、绿色环保制冷剂，必须具有高的临界温度和低的液相摩尔热容。总之，为了适应环保的要求，21世纪制冷空调行业的发展方向是：绿色环保，高效节能，减少排放，加强回收，研究开发根据我国的实际和我国R22的禁用期为2040年，我国还没有R22替代的时间表。但目前有些欧洲国家在新制造的空调设备中已开始停用R22。R22的替代物目前倾向使用R407C和R410A。采用R407C替代R22，技术难度较小，制冷压缩机、换热器和制冷配件容易购置或制造，对现有的生产线改动较小，可以很快满足出口市场需要。缺点是R407C的非共沸特性（滑移温度7.2）和能效比稍低。R410A的优点是有优良的传热性能和较高的压力，可使空调小型化，节约材料成本和制造费用。正是R410A的压力较高，导致技术难度较大、开发成本高。4.2.8 常用制冷剂及其性质：1.R22：在船舶上广泛使用。无毒、无味、不燃不爆、热稳定性好。和火焰(800以上)接触时会分解产生有毒光气。工作压力适中，标准沸点为-408 。单级压缩制冷蒸发温度可达一40。R22在-15时的蒸发压力为0.295MPa，+30时冷凝压力为1.19MPa。属中压中温制冷剂。标准工况压缩终温为83，可不用水冷却压缩机。溶水性强于R12，在系统中含水较多时会发生冰塞。气态的溶水性小于液态，当系统漏泄时其液体中的含水量就会增加。R22的ODP（臭氧消耗潜能值）和GWP（全球变暖潜能值）比R12小的多，属于HCFC类物质，对臭氧层仍有破坏作用。由于R12以逐步禁用，R22正作为某些CFC制冷剂的过渡替代物在使用。条件性溶油：1）在高于+8的区域溶油能力强，可完全溶解。2）在低于+8处则溶油能力会下降，使蒸发器回油困难。电绝缘性不如R12，但渗透性比R12更强，故对装置的气密性要求更高，可用卤素检漏灯或电子检漏仪检漏。对天然橡胶有侵蚀作用，在R22装置中一般采用氯丁橡胶或丁基橡胶作密封材料。2.R12(二氟二氯甲烷)是30年代问世后甚为风行的冷剂，破坏大气臭氧层，对地球也有温室效应。R12与R22的主要差别有以下:1)溶水性差，溶水能力随温度降低而下降。易发生“冰塞”2)与润滑油相互易溶(蒸气也能溶油)3)电绝缘性较好3.R134a(四氟乙烷，CH2FCFs) R134a不含氯原子C1，其臭氧耗减潜能值(ODP)为0，全球变暖潜能值(GWP)为0，2R134a绝热指数为1.11，在相同工作参数下压缩机排气终温与R12相近，压缩机气缸无需用水冷却。也比R12(GWP为3)小得多。R134a标准沸点为-26.5，一15时蒸发压力为0.164 MPa，+30时冷凝压力。R134a对普通橡胶有更强的易膨胀湿润特性，所以密封材料宜采用氢化丁腈橡胶、氯化橡胶。R134a本身无润滑性能。对润滑油的润滑性有更高的要求。4.R407C及R410AR407C、R410A是常用的混合制冷剂。不燃烧，不爆炸，毒性很小。属HFC类制冷剂，压缩机须充注聚酯类（POE）润滑油。R407C是由R32、R125和R134a三种工质按23%、25%和52%的质量分数混合而成。标准压力下泡点温度为-43.8 ，相变温度滑移为7.2。该制冷剂的ODP为0，GWP为1980。美国杜邦公司和英国ICI公司产品的商品名分别为SUVA9000和KLEA66。R407C的热力性质与R22最为相似，两者的工作压力范围，制冷量十分相似。原有R22机器设备改用R407C后，需要更换润滑油、调整制冷剂的充灌量及节流元件。R407C机器的制冷量和能效比比R22机器稍有下降。R407C的缺点可能是温度滑移较大，在发生泄漏、部分室内机不工作的多联系统，以及使用满液式蒸发器的场合时，混合物的配比就可能发生变化而达不到预期效果。另外，非共沸混合物在传热表面的传质阻力增加，可能会造成蒸发、冷凝过程的热交换效率降低，这在壳管式换热器中的制冷剂在壳侧时尤为明显。R407C的温度滑移能否对系统带来好处，关键在于能否使传热介质流动安排与其温度滑移相匹配。R410A是由R32和R125两种工质按50%和50%的质量分数混合而成的HFC类制冷剂。美国杜邦公司和英国ICI公司产品的商品名分别为SUVA9100和AZ20。R410A的标准压力下泡点温度为-51.6 ，相变温度滑移小于0.2，属近共沸混合物，其热力学性质十分接近单工质。同R22相比，R410A的冷凝压力增大近50%，是一种高压制冷剂，需要提高系统耐压强度。由于R410A的高压、高密度允许制冷剂管径减少许多，压缩机的尺寸及排量也可大大降低；同时R410A液相的热导率高，粘度低使其具有明显优于R22的传输特性。该制冷剂ODP为0，GWP为2340。5.R717, 氨1)有毒，有强烈的刺激性臭味。当空气中达到一定浓度时对人有危险，也可引起燃烧和爆炸，氨与食品接触会使其品味变差2)与水能大量互溶，不会发生“冰寒”微溶于油；纯氨不腐蚀铁、铜等金属，但氨中含有水分时会腐蚀锌、铜及铜合金(磷青铜除外)；氨水呈碱性，可使酚酞试纸变红色放热系数比氟利昂大，密度、粘度比氟利昂小单位容积制冷量比R12大60左右，且价格便宜，目前主要用于一些水产品加工船和冷藏船，由于其有一定的毒性因此从没有在钻井平台上使用。常用制冷剂的性能比较（如表55）：制冷剂R22R12R134aR717分子式CHClF2CCl2F2CH2FCF3NH3分子量68.48120.0102.017.03标注大气压沸点()40.829.826.533.4临界温度()96112100.6132.4临界压力(MPa)4.9634.123.941.32液体密度(kg/m3)(25 )1193.513091206602.7液体比热(kg/kgK)(25 )1.250.9711.1894.35蒸气定压比热(kg/kgK)(25 )0.7310.6150.7913.19标准沸点气化潜热kJ/kg233.7165.3219.81368凝固点()160155101.077.7饱和压力MPa 15 + 30 0.2990.1820.1640.2361.2010.7430.7711.167+ 30 / 15 压力差0.8950.5610.6070.931+ 30 / 15 压力比4.044.084.74.94比容m3/kg (15 )0.0780.0930.1200.508表55常用制冷剂的性能比较替代制冷剂的性能对比：制冷剂R404aR407c替代目标R505,R22R505,R22分子量94.7186.2沸点(1atm)-47.4-43.56液体密度(250C) kg/cm210481134蒸气压力(kPa)12551174液体比热(250C)(kJ/kgK)1.541.54蒸发潜热(1atm 250C)(kJ/kgK)0.8670.829液体热导(250C)(W/mK)0.06830.0819临界温度(0C)72.186.74临界压力(kPa)37324619ODP00GWP32601526表56替代制冷剂的性能对比4.2.9 载冷剂：载冷剂是在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质。优良的载冷剂应满足下列条件：1.比热大2.导热系数大3.粘度低4.凝固点与使用温度范围相适应5.腐蚀性小6.无毒、不燃、不爆7.化学稳定性好8.价格低廉。载冷剂的种类很多，下面为一些常用的载冷剂及其主要性质：1.水是一种理想的载冷剂它具有：比热大、密度小、对设备和管道腐蚀性小、不燃烧、不爆炸、无毒、化学稳定性好、价廉易得等优点。在船用大型空调制冷系统中，广泛采用水作载冷剂（如冷媒水空调）；盐水溶液也常被用作远洋冷藏船的载冷剂，2.盐水溶液一般为氯化钠、氯化钙、或氯化镁水溶液。普遍采用，适用于中、低温制冷系统。盐水的性质和凝固点取决于盐水浓度。4.2.10 冷冻机油：制冷系统中使用的润滑油又称冷冻机油1.冷冻机油的作用： 1)润滑：润滑压缩机的各运动部件，即减少摩擦和磨损 2）密封：渗入各摩擦件密封面阻止制冷剂泄漏 3）冷却：带走摩擦热，同时也可降低排气温度 4）能量调节：在多缸活塞或螺杆压缩机中，润滑油还可用来控制卸载机构来调节压缩机的制冷量 2.冷冻机油的选用： 不同制冷机组和制冷(剂)系统，用不同的冷冻机油；不同工作温度用不同的冷冻机油。 3.冷冻机油主要应满足下列几项要求： 1）凝固点应至少比工作时的最低蒸发温度低2.5，以免在蒸发器中凝固而堵塞通道。 2）闪点应比最高排气温度高出1530，国产冷冻机油闪点(开口)在150180之间。 3）具有适当的粘度：船用制冷压缩机轴承负荷不高，润滑作用对冷冻机油粘度的要求容易满足，主要要考虑密封的要求。若粘度过低，则活塞环与气缸壁间的油膜就容易被气体冲掉，从而使漏气增加。氟利昂易溶于油，溶人5 的氟利昂就能使油的粘度下降一半，所以在氟利昂装置中使用的冷冻机油粘度应大些。4）含水量低：以免引起制冷系统冰塞、腐蚀或产生镀铜现象等。冷冻机油必须密封存放，否则空气中的水蒸气可能进入油中而使含水量增加。5） 全封闭式和半封闭式压缩机要求：润滑油的电绝缘性好。全封闭压缩机要求510年不需换油，故对油的化学稳定性和抗氧化安定性要求较高6）其他如酸值低、抗腐蚀性好、灰分及机械杂质含量少等，也是对冷冻机油的一般要求。HCFC类制冷剂大多选用矿物油，因此R22采用矿物油；HFC类制冷剂大多选用合成油，如醇类润滑油（PAG）和酯类（POE）。因此R407C及R410A采用合成油。矿物油、PAG、POE的吸水性相差很大。如温度20，相对湿度（553）%的条件下，矿物油SUNISO5GS的饱和含水量为0.04g/L，PAG油为1020 g/L ，POE 油为23g/L。PAG油与水作用生成脂肪酸，对压缩机产生腐蚀与镀铜现象，一般控制制冷系统中的最大允许含水量不超过0.02 g/L。矿物油、PAG和POE不能混用。因此在设备维修、保养过程中一定要了解系统压缩机使用的油的种类，不能随意混用，否则会引起严重的后果。变质的润滑油不能继续使用，如发现有的颜色变深，将油滴在白色吸水纸上，发现油滴中央呈黑色，说明润滑油已经变坏。过多的润滑油将影响传热效率，降低系统的制冷量；润滑油过少则会影响压缩机润滑，使压缩机过热。4.国产冷冻机油分类：对于矿物油或合成烃型冷冻油，按40时的运动粘度分为N15，N22，N32，N46，N68五个粘度等级，它们都适用于氨制冷机，其中N15，N32，N46，N68适用于氟利昂制冷机。（见表57）表57国产冷冻机油技术要求(SH03491992)项 目质 量 指 标试验方法粘度等级N15N22N32N46N68GB3141运动粘度(40)(mm2/s)13.516.519.824.228.835.241.450.661.274.8GB 265闪点(开口)/(不低于)150160160170180GB 267凝点/(不高于)-40-35GB 510倾点/报 告GB 3535酸值(mgKOH/g)(不大于)0.020.030.05GB 264水溶性酸或碱无GB 259腐蚀(T3铜片，100，3h)，级(不大于)1GB 5096氧化安定性：氧化后酸值/(mgKOH/g)(不大于)氧化后沉淀物/%(不大于)0.050.0050.20.020.050.0050.100.02SY 2652及注机械杂质无GB511水分无GB260水分报告报告SY2122颜色，号报告GB6540浊点(与氟氯烷的混合物)/ (不高于)-282666灰分(%)(不大于)0.0050.0010.0050.01GB508注：1.氧化条件：140 ，14h，空气流速50mL/min。 2.N32号冷冻机油不得加入降凝剂。3.供蒸发温度不低于-20的冷冻机使用的N22冷冻机油，允许其凝点不高于-25。4.3. 往复式制冷压缩机：活塞式压缩机基于蒸汽压缩式制冷原理的制冷机组，采用各种类型的制冷压缩机，作为蒸汽压缩式制冷系统的“心脏”，对系统的运行性能能耗噪声振动使用寿命有着重要的影响。近年来，各种型式的活塞式制冷压缩机的各项技术经济指标都显著提高，一些工厂在制造压缩机时，考虑了对R404A，R22，R717，R407C等几种常用制冷剂的通用性，即生产所谓多工质通用压缩机。其实，所谓多工质通用，只是使这种压缩机的大部分零部件的结构、材料和强度都能满足几种制冷剂的要求，并不是不需要任何改动就可以适用于任何制冷剂。由于活塞式制冷压缩机的构造多有相似之处。下面通过介绍钻井平台常用的三种不同结构型式的制冷压缩机，分别对开启式，半封闭式和全封闭式活塞制冷压缩机的总体及主要零部件结构的一般情况进行说明。常用的船用制冷压缩机分类:压缩机的分类见图5-9。根据热力学原理，制冷压缩机可分为容积型和速度型压缩机两大类。 图5-9 制冷压缩机的分类和结构 表5-8 各类压缩机的分类和结构用途压缩机形式家用冷藏箱 冻结箱房 间 空调器汽车 空调住宅用空调器和热泵商用制冷和空调大型空调活塞式100W200kW滚动活塞式100W10kW涡旋式5kW70kW螺杆