船用制冷剂替代情势与原则

船用制冷剂替代形势与原则分析摘要：航运界的制冷剂替代是当前制冷剂替代的一个重要领域，面临CFC和HCFC被限制使用和被替代的国际国内形势，本文通过对中海中远两大集团船舶制冷剂应用现状调研，介绍了船用制冷装置制冷剂替代的选择，着重讨论了制冷剂使用中会遇到的问题及其解决方法。关键字：远洋船舶制冷剂替代CFCHCFC环境特性1前言臭氧层的破坏和全球气候变暖是当前全球所面临的主要环境问题。由于制冷、空调、热泵行业广泛采用的CFC及HCFC类物质对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应，使全世界的制冷、空调、与热泵行业面临严重的挑战。CFC与HCFC的替代已成为当前国际性的热门话题。表1是一些常用的制冷剂。表1常用制冷剂皂氟利昂库制冷剂蕉已淘汰弊的氟利挎昂斯CFC险Rl写1明、但R1蒜2观、稻R13无过渡期张使用的正氟利架昂六HCF宁C苍R2蚀2默、橡R12遭3啊、递R12欺4拐、财R14习2b价HCF涂C透混合制蒸冷剂绕R40言1育、耳R40紧2透、狂R40浊3息系列汇可长期闸选择的发氟利搏昂惯HFC才R13滋4地a钩、蝴R12舰5是、率R3赢2械、生R14咸3a胸HF掘C戴混合制嚷冷剂喇R40专4绩A篮、倒R50塑7匙A茧、判R41疤0哗A忽、茫R40清7废系列嫂非氟利度昂类制缸冷剂活非氟利限昂类制饼冷剂峡R71轰7(N拨H3面)阶、烤R29填0(C遍3H8弟)吴、赌R12寨70(健C3H川6窄)民、尚R17疑0(C速2H6宗)朽、顿R60董0a(同C4H爪lo扇)洲、闭R74跨4(C睛O2)甩非氟利佣昂类混临合制冷帆剂傅R29摆0肠、碑R60送0a2船舶制冷装置制冷剂概况船用制冷装置中普遍使用的是中压中温制冷剂R12和R22。R11和R22皆适用于高温(100℃～0℃)、中温(0℃～-20℃)和低温(-20℃～-60℃)工况。由于R12的优良制冷性能，其在制冷设备中的应用长达60年之久，仍在运营的一些上世纪七八年代建造的船舶，主要采用的是R12制冷剂，到1997年的数据以上海地区为例，国内船舶采用R12的占到40％以上，而在90年代及最近一段时间建造及改造的船舶考虑了CFCs类制冷剂禁用，所以这些数据有了很大改观，现行运营的新造船舶主要以R22为主，以中国海运集团为例，到2001年底该公司400余艘各类船舶在制冷空调系统中采用R22占船舶总数的78％，R12占17％，R134a约占5％。根据统计如今全球货物年海运量已达48亿吨，数以万计的江河船舶和远洋船舶均设有各种空调和制冷装置。世界上冷藏船使用的制冷剂量达到3875吨/年，其中85％以上为R22，其余为R11和其它制冷剂，而其中老龄船舶冷藏集装箱几乎全部使用R12，其总量达到2475吨。但是R12已禁止使用，R22仅限于过渡期(2030年以前)使用。目前某些船舶已明确规定不能使用CFCs和HCFCs，因此船舶制冷剂的替代工作相当紧迫。3船舶制冷剂替代原则从上世纪90年代以来，在制冷剂替代和相关的大气科学领域的研究上，学者们达成共识，及替代不仅要看ODP及GDP值的大小，更重要的是看他们的大气寿命、理论循环制冷效率、总的当量变暖影响TEWI、寿命期气候特性LCCP的指标。国际制冷学会在2000年对新替代制冷剂的使用状况进行的调研结果表明，制冷空调领域广泛使用Rl34a、R404A、R407C和R410A等HFC类新制冷剂，采用新制冷剂并不用对设备进行很大的改动，R410A例外，因为它具有较高的冷凝压力。压缩机发展趋势是采用HFC替代，Bitzer、Caryle－Cartier、York、Grasso等制造厂目前有较多的产品除使用R22外，广泛使用HFC类制冷剂(R134a、R404A、R407C、R410A，少量使用R507)。4替代制冷剂的选择4.1替代制冷剂应具备的条件选择替代制冷剂应考虑以下要求：(1)对环境的影响，即是否破坏臭氧层，是否加剧温室效应；(2)优良的热力性能；(3)安全性，如无毒，不可燃；(4)系统的耐久性，包括热力学、化学稳定性与材料以及材料、润滑油的相容性等；(5)制造成本低，生产工艺简单，便于管理等。框4.2狗R1搂2堂的替代相选择摧R13烤4狡a熟不破坏蓝臭氧层离，隶GW半P蚀值较低旷，对环楚境的影摔响很小扒。拿因应R13恭4穷a歉与冈R1寸2寨的物理筛特性相炊当接近锐，是替狠代夏R1李2铲的首选缓。自蒙祥特利尔推议定书拨问世以椒来爷，够R13疯4滴a助也是最船早被关惨注，研齿究最多晓的制冷熊剂两。谦R13越4剪a射与雹R1召2晃和捡R2驱2须的物理武特性比唐较见全表巷2违。悦表机2R渣134水a告与岂R1服2传和皂R2腐2腾的物理辩特性比假较吐趴特性陵R13列4a必R12提R22欢分类服HFC羡CFC掠HCF谈C就分子式躬CH都2劫FCF胖2躲C抬2少Cl样2宏F傍CHC恭lF轻2组分子量司102趣102膨.9湾86.招48丢沸点狐（园℃痛）砌-26链.2振-29袖.8石-40庄.84病液体密意度蝇（镜4疯0竞℃暑）物kg/何dm递3漏1.1赔47蜜1.2湖52软1.1膛31攀气体压劝力秀（雄0/4籍0盯℃拣）慈bar果2.9帮3/1挠0.1遍6踩3.1司/9.该6稻5.0泡/15假.3冬临界温胳度继℃棍101壮112存96.摧13基临界压匀力忆bar傻40.屯6甚41.泽6柄49.兴86拨毒转性蚕ppm间100齐0阳100饲0飘100侦0妈燃烧性史无倦无追无柜OD位P睡（剃R11电=域1棉）吹0加1.0取0.0师5瞧GW尤P瞒（篇CO例2纪=庸1楼）僻130舟0铅850窃0克170变0谜R13诉4神a凑和殊R1完2淡的物理年特性非挂常接耍近雹R1兰34闪a连的毒性忠也很小横，不可厨燃，安符全性能转较好。低与山R1莫2伏相比林，叨R2槽2顺的沸点挺更低，秀故它的喊应用范耽围更广唇。举R2驾2宿的饱和斥压力顷比早R1剃2家高谊6攻5际％左右趋，即使支在低温疲工况下扶，蒸发汗压力仍楼大于大矛气压力反。在允础许使添用宾HCF扑C榆s芽的情况业下盖，略R2视2最可以替碍代亮R1朝2荣，因为饺与摄R13币4毯a油相比肉，己R2丙2蝇的生产龙工艺简括单、制贫造成本泽低、应馋用范围悦广。目榴前励R2执2青也广泛固用反于斗R1辛2喷的替代滨。么图妹1R照134剖a搞和撒R1宋2礼的热力屈性能比择较域R13爹4匪a石和煮R1陪2矮的热力孩性能比拉较见仆图丢1泰。填R13奇4葱a甲和盆R1狭2妇的热力挪性能在辨中温和猫空调工糊况校(押蒸发温躁度高神于伟-1芝0棵℃座)俘非常接叹近，在埋相同工间况下，绘使用这孕两种制挣冷剂的炭压缩机岭排气量乏、外形金等可以依比较接龟近。但挥在较低晕蒸发温否度情况傍下烘(伶蒸发温塑度低孝于隶-23庄.孙3艘℃忙)掉，在相疯同工况秃下手，馒R13腐4辆a纺的制冷蚊量行比白R1仿2姐低枣2炎0够％射～航4冲0梢％，所迁以在低妥温工况慨下，制帐冷装置桥使四用予R13贱4鞋a兰要达到帐使朗用拼R1辫2相的制冷骗量，设批计的压霞缩机排陶气量需柔增可加限2笛5城％牲～炒5鹿0拆％。一采般情况杀下，蒸美发温度线高蓄于波-23冲.迈3和℃览，扎R13唉4牲a搁可替率代拣R1钳2桂，低温素工伙况诸(厨蒸发温塑度低吊于认-3午0讨℃苗)沿不推荐远使盘用缺R13菜4险a何。此职外详R13蓄4足a广的一些肉温度特考性，如脊排气温司度、油存温和电猎机绕组较温度等庆都低隆于扫R1烛2址。日综上所滴述嘴，伙R13晒4郑a粉是非常阿理想的楚制冷剂弃，可以盯作为船狂用制冷适装置替百代奴R1恶2颗的制冷们剂长期徒选择。欧4.3音R2偶2滴的替代葵选择邮长期以轿来陵，扒R2昏2粗以其优谱良的物堂理、化厦学性能草、良好忍的热力重性哪能出(姑饱和压岸力适中螺、容积孟制冷量落大、低鹊能耗、为合适的励临界温训度、低碍粘度、秋高导热叹系数语等今)筹、良好盯的使用父安全桌性僵(谦无毒、内不燃、卫不爆刻等投)怠、经济涂性、与霜矿物油捡的可溶振性及对谨金属和兽非金属强材料无测腐蚀性页等特点喊而广泛狮用于制灶冷空调回领域。继但商R2牢2间对大气乘臭氧层右有破坏沃作用，播仅允许京过渡期魄使用，床在某些明新设备昆中已不氏允许使卧用，寻女找替呀代把R2睡2犹的制冷换剂就显柱得非常毙重要。些图拼2R辱134惨a舱与仍R2宁2电的热力握性能比挖较晚R13累4士a奥和睬R2猎2吼的热力形性能比坡较见笔图赴2录。在同叙样工况睛下赵，顾R13倦4稠a衡与舅R2谊2摄的琴CO励P器值非常践接近，祸但制冷渗量怪比壳R2爪2蹲低足3庭0康％锦~5振0奶％礼。中R13课4愁a巾虽然可豪以替寸代含R2近2享。但要陵在相同联工况下耳达到相茄同的制驳冷量，登所有管昂道，包政括部件础之间以盐及热交裹换器尺辩寸都要斑放大，磁系统管他路需增林加诱6指5萝％左右插，压缩余机需要孕有较大季的排气婆量和大扮的排气沟管路，庸排气量区需增证加味4智0障％以上董。此外疫，课R13盆4勇a础的应用项范围也漆有限制怀。因亏此嚷HFC慢s幕类的混拦合制冷拆剂，炊如境R40迟4泛A筐、色R40斤7蔽C卧和闷R41堆0锻A惭等引起惠了人们兼的注意挡，因混栗合制冷独剂各成辈分可以妖充分发四挥拥“万优势互高补，取湾长补每短碑”筒的作用充。例如枯在发挥浴环保性线能、热尖工性能牛和使用亲性能好能的易燃章制冷剂缩优势的抽同时，票采用可央抑制其钱易燃性臂的其它怨制冷剂讽构成多限组分制桶冷剂。赔从整体汇上看，问多组分故制冷剂顾能较好快地满足背多方面呼的要求锹，更具栗有牛低材GW厌P暖、高效芝、安全音、降低苹转轨成遇本等优跳点。称R40姓7竹C千、蓄R41绸0A惹装和谢R40邻4厅A择与烧R2陵2竖的物理警性质比旬较见挖表难3朽。目气前材R41亮0A村袋和较R40窄7灿C粪被认为虫是忆R2两2乔的较好稳替代制木冷剂便。寿R40意4始A险是共沸鲁混合制亡冷剂，想在一定垮的温度赠范围内怎，其性志能与单认一组分葵的制冷址剂相同舌。杀R40款4良A殃在低温疲下具有锻良好的岸性能，滩是低温怀工况下现的主要蚊制冷剂割。勾R40唤7绑C烤是非共猜沸混合野物，易畏发生温广度滑移温，蒸发扇过程和幻冷凝过痰程的开段始和终辫了温度径存在着啄差异，坡大约坦有纵6皂℃低的温度单滑移蜜。弟R40蜂7舅C甲的压力摄比找R2垄2闷略有上娇升，约王上床升餐1氧0伙％茎。吊R40燥7修C倾和丘R2业2患制冷剂廊的热力漠性能比胆较见下图改3棕。运R40就7言C虎与支R2找2得的热力澡性能非跳常接近梳，因此嘴国内和胶欧洲主蜻要采清用搁R40翁7享C便作乳为亿R2加2炸的替代成制冷剂宣。柄表小3R痛404理A李、国R40培7夸C弦、摇R41丸0妹A刚和禾R2持2算的物理狂特性比利较布桑特性灿R22鸽R40织7C器R41焰0A贸R40童4A孩成份役R22恨R32明/12蕉5/1千34a巡R32摄/12污5说R14青3a/籍125驰/13荡4a籍混合比波例（质鲁量分数兴）危100恰23/胡25/匆52左50/旱50尽52/尾44/掘4膨分子量叛86.慎48全86.辛2些72.泉59演97.羊6环沸蜓点卸柴（亡℃败）仙-40蛋.84夜-43炊.56机-51暮.6钻-46匆.6艺液体密亡度引（馅kg/喉m湿3奉）佣119精1奔113认6增106形1杂103堵9树临界温串度败僵（俩℃毛）郑96.净13识86.堆74辜71.毕47冤72.岂1按临界压扰力社锣（正ba肤r究）喜49.贩86爷46.良1始49.蔽2恨37.惨4败温度滑遭移旧购（套℃吐）漠0橡7.4絮<0.琴2吃0.7慕毒性式100织0歌100贯0暖100材0潮100希0展燃烧性况无幸无消无皆无谈ODP领(R1陶1=1鸽)茅0.0那5屯0益0蒸0常GWP揉(CO晨2恢=1)阻170杏0驼150饲0止170张0词375吸0侧图货3R好407贸C倾与秒R2亚2森的热力鞠性能比芦较台R41订0A险昌是近共摔沸混合绣物，温冤度滑移蔽很小。诱但写R41伟0到A命压力很奇高，肚比勾R2渣2石高见5虑0眯％左右凉，厕当络R41孝0舞A毛替蹦代旁R2版2佛时，必阁须对系牵统重新肤进行设也计，包钩括大部税分部件凑需承受寨高压，泼热交换胸器需进胖行优化荣。猛R41稼0叼A何和罩R2慈2间的热力德性能比徐较见栗图秀4转。存R41客0败A丘与鼓R2代2灵的刷CO干P慌很接近幼，制冷贯量资比把R2杀2柜提喊高副3般0鼓％文~4斯0傻％，传箩热性能鸡好，热葱交换能朽力提宋高扑2侦0闪％凉~3溪0厅％，即时达到同浸样的制吃冷量，炮压缩机病可减小牛约咳3络0芳％左右倘，换热像器的尺饱寸更小气，压力川损失小兴。适合叔制冷装杰置向小脚型、高苏效化发休展。碑图茎4R遍410福A离与础R2咐2打的热力暂性能比箭较颈4.4漠碰使侨用比R1黑2税制冷装胀置的改育造处使狐用大R1顶2哗的制冷恶装置一嘉般建议款用妈R13票4陪a嘱替括代愤R1辉2相。但是凶鉴忌于脊R13司4庸a偶与敢原咬R1仓2侵系统不购相容，泽所以在盯用甜R13燕4锄a兽代姜替没R1亿2禁时必须夕对呼R1抵2够系统进然行必要伍的改造知，下面对就这个寸问题提弱供参考扮意见。把1双沃压缩机草用攻R13炉4膝a引替培代倒R1仙2封时，不牺一定要留更换压瞎缩机，伞仅在压摄缩机有转故障的烫情况下先才必须炎更换。厌2椒叮冷凝器健用假R13切4撕a裕替傻代搂R1巩2模后，由虑于两者倘的热力吧学特性越不同，押所以博原吴R1餐2讲系统冷置凝器的刮散热面柴积就不傻够，排戒气压力喝升高；惭同时，灯由们于朝R13锐4残a搜在冷凝唉器中的厉冷凝换伐热系数条比起R1剖2集高，所旷以朱R13劳4帆a去冷凝时隔的压力决损失凉比西R1他2床大。因纪此，如兼仍用名原眠R1畅2屈系统的粮冷凝器究，必须娘增加冷绵凝器冷生却风扇化的排量寸（即更角换功率擦更大的挑风扇电蛙动机或触加装电煌子风扇泽），或仓加装冷挥凝器高倍效聚风购罩，以思增加通彩过冷凝丰器散热棵片的空信气量，趴提高冷狠凝效率角。备如果更瞒换冷凝喝器，则刻必须采谢用新型为、高效条、低阻蓄的冷凝院器，且产管路直疾径需加径大。只腿有这样趟，才能士既保证保系统运剂行的经决济性，炒又减少颤一次性判投资费佛用。屋3各藏储液干艇燥器研用捏R13准4炮a姥替乌代返R1胁2欺后，原坊储液干蔽燥器不则能继续乘使用，失必须换啊用新的遗储液干选燥器（崇装有合胶成沸石严干燥剂亿和砖PA睡G课或需EST留E市R确油润滑秘剂），境因载为鹿R1墨2还制冷系固统干燥御器中的拢干燥剂龟是强XH辉5硬，愁与兄R1苗2役相容，钞而提与赔R13雨4观a口不相容掏。乎4孕筒膨胀阀走或节流淡孔管致用傅R13义4你a三替尿代牙R1兔2归时不必风更换膨帝胀阀或报节流孔列管，但斩这样并循不意味锈着它们爱完全适龟用攻于迹R13葱4存a份系统，绑它们会照使系统臭产生较栏高的过紧热度，素使蒸发夸器制冷堂效率有姥所降低速。积严格地健讲伐，盏R13争4心a消系统比与帖R1踢2越系统中翻的膨胀泪阀是不刑能互换军的，否昆则制冷丝效率会惧受到影该响。因愈此，膨啄胀阀需饶根先据骑R13现4格a昨系统的贫工作条欠件重新技设计的废。浓5奋扁蒸发器丛在未发暗现蒸发丰器泄漏步的情况蜓下，阳用点R13烧4枝a建替色代盾R1谜2市时蒸发免器不必欺更换笋。涉R13稍4茧a戴与敢R1税2麻在蒸发朱器管内吸的蒸发柳换热系漏数大体跃相等，帝但漫R13览4等a抄的压力浮损失洽比净R1适2折大，因浙为融R13衣4钥a州与糊PA妙G守油混合程物的粘乖度键比冠R1华2滔与矿物洒油混合蚊物的粘情度大，泳并且在视相同温减度飞下登R13赴4羡a禽饱和蒸贿气的比劣热容智比缩R1境2唐大，因悄而在相任同质量答流量崇下避R13样4很a抖的热流则密度简比行R1忍2金大。肾若要更始换蒸发名器，则夫必须采块用新型线、高效偿的蒸发胀器。侄6杨肉橡胶软什管伶R13省4孔a池替亭代启R1纱2柿时，空娃调制冷位系统软臭管不必跨更换，艳但若软寒管出现亲泄漏，导则应更凑换。武用诵于辽R1誉2闻系统的圆橡胶软株管是三临层结构贤的。使踪用渠R13铺4该a王时，由弃于灰R13栏4硬a紧的分子古直径小珍，传统帝三层橡歼胶软管萄产生泄仔漏的可蝴能性增圣大，因湾此，在晚更换橡灰胶软管泻时应采鼻用觉为秤R13废4败a豆设计的畅四层橡撞胶软管荡（在三恩层橡胶公软管内察增些加笨1渗层尼龙裤内衬，晌最外层顾则采用姓三聚乙所丙烯橡毫胶）。虑这种橡容胶软管熄柔软、铜耐热，境而且还转防水。拥7谅O考型密封抱圈莫R13忙4奏a勉系统不吧能使用医丁睛橡森胶荒NB羊R庸的论O的型密封由圈，应鸟使用聚塑丁睛橡延胶携H-N洗B造R诞、氯丁奴橡胶或无三聚乙浸丙烯橡稠胶贱的隐O偏型密封里圈。撞8辽弄冷冻机萌油她目前，征推缎荐钻EST砖E样R浸油（脂窗类油）绕和教PA域G梦油（合算成油）校作促为扰R13录4挡a战系统的某润滑剂默，但由胆于炭PA咸G输油对环贴保不利肢，所以在最好使漂用耍EST么E巾R罗油。注惕意：在风注鹊入瘦R13谦4停a吗以前必济须将染原闻R1怪2贡系统清耍洗干净貌。匪9产厉压力开婚关话用骑R13盾4危a拐替代连了携R1炎2竭后系统章压力会习发生变亚化，因灯此应调并整压力障开关的振工作压冶力范围扁：提高谋高压开箩关的工鸟作压力咬范围扎（疯3.1熊4MP孙a暗时断开沟，依2.5赤5MP努a它时闭合秤），适你当降低专低压开蛙关的工畏作压力句范围福（披0.0拦4MP调a鲁时断开砍，忠0.0偏05M居P床a捧时闭合叹）。高绒压释放弓阀压力鲜侧排气谎压力应较为挡3.1给4MP凝a邻。报黎目前，袍用柄R13滑4殊a诉替齐代软R1嘱2辜的投资蚀费用尚墓较高，演但随溉着膀R13棍4塔a末系统大位量应用已，技资插费用肯跨定会下衰降，而织随着颠对弃R1载2叹的限产炭、停产业，割R1酱2障系统的筛原材料咐及配件捐成本将盲会逐步捕升高。事因此，垮用寒R13董4芽a炊替备代唯R1卖2略的时机腔，用户尘应仔细范把握。予4.5夹族使涌用乱R2莲2雷制冷装柴置的改昂造较R41贯0遗A避和鸭R40版7赖C羡被认为施是目达前姿R2缸2既的较好咬替代制毒冷剂。元系统改遍造建议互用抹R40扛7具C刺替代，铁因其需广要的系姻统改动扣小，改蛾造成本票低农。共R41独0峡A享是高压话制冷剂泽，压缩暮机、换潜热部件镜都需重死新设计掘，所删以叠R41夸0式A巴只适用往于新制乏造的机暗组。使阀用旁R2秘2幅的制冷言装置改冰造一般腔建议使山用叔R40超7镇C旋。悲(1棋)浅系统就系统路用济R40袍7C踩塌替代时缓，由于重系统的工制冷量崇和系CO脱P航相近，冒对整个袜系统的息改动较钞小。压积力基本埋相当，旺但仍需粗对压缩姜机、换构热器、鞋配管和液阀件等旬进行压找力校核盐。亲R40须7渣C帖的传热唉性能稍侧差，冷僻凝器的福面积需雾要增加貌。界R40撕7而C穴是非共委沸混合朱物，易娃发生温晴度滑移狮。换热今器应设脾计为逆算流换热耀器，不鲁推荐使带用满液钢式蒸发宏器。翼(2)失矮材料的榜相容性败塑料、屡橡胶配筋件要选唉用公与构R40渣7岗C沫相容的牲材料。赴(3赖)版制冷剂朝充注目因坝R40固7假C支是非共追沸混合考制冷剂叹，为防跳止组分情变化，拜采用液歼态充注呀。副(4要