浅谈水产中氨制冷的安全性

浅谈水产中氨制冷的安全性

作为一种添加剂，氨已经使用了120年的富水行业。臭氧层的消耗潜力（odp）为0，世界供暖潜在值（gwp）为0。标准偏差和高压下的破裂相对较小，制冷量大，其导系数大，蒸发潜热大，施工损失小。即使是水中溶解的东西也很容易发现，并且价格很低。但是,氨做为制冷剂并不是十全十美的,氨的绝热指数较高,具有一定的毒性、可燃性,在一定条件下,会发生爆炸,对锌、铜、铜合金有腐蚀作用等,从而限制了它的使用。特别是国内几次大的氨安全事故发生后,部分水产行业开始采用R22、R404A、R507等氟利昂制冷工质。R22不仅具有较高的ODP(大气臭氧消耗潜能值)和较高的GWP(全球温室效应潜能值),而且属于受控制的制冷工质,从2012年开始,我国已经开始实施R22的生产和使用配额许可证制度。虽然R404A、R507的ODP都为0,但是GWP较高,另外R507的制冷效率比氨低25%-30%,而R404A的制冷效率比R507低12%左右。在水产行业中采用R22、R404A、R507等氟利昂制冷工质会造成初投资及运行成本都增加,因此在水产行业中采用氟利昂制冷工质并不是一种好的选择。随着人们对氨制冷剂的重新认识和评价,并已投入大量的人力物力,致力于氨的安全性能和制冷系统及其设备技术的研究,并取得一定的成果,为氨制冷技术的推广应用创造了有利的条件1氨基冷缩法的新技术1.1蒸发温度和明确可冻藏温度对水质的影响CO1932年W.R.Kitzmiller提出NH从国内烟台伟成水产加工项目的运行情况来看,NH从图2可以看出,蒸发温度-35℃以下,CO在水产行业,特别是加工型企业中,单冻机或速冻间等特别多,假如采用NH1.2盐水对载冷剂的影响氨制冷系统不能直接进入水产加工的加工区,主要是由于它的气味、毒性、可燃性,成为直接蒸发冷却的不安全因素。为了解决这一矛盾,可用载冷剂循环间接冷却,同时载冷技术也可以明显降低氨的冲注量,提高氨制冷系统的安全性。随着载冷应用范围的扩大,要求高效安全的载冷剂,从而促进载冷技术的发展。盐水溶液的载冷性能与溶液中的含盐量有关,一般而言含盐量(浓度)越高,盐水溶液所能够载冷的温度也就越低。所以,用盐水做低温载冷剂时,关键是盐水的浓度的选择,盐水的浓度必须保证蒸发器中的盐水不冻结,但浓度又不宜太高,因盐水的浓度太大,密度也就越大,因而阻力也越大。并且浓度越大,盐水的热容量也会减少,在制取相同冷量的情况下,要加大盐水的循环量,这样就会增大盐水泵的功耗。另外,盐水溶液的传热性能较差,导热系数一般低于0.5w/(m·k)。同时,盐水溶液对金属有强烈的腐蚀性;盐水溶液在工作过程中,会吸收空气中的水分而降低浓度,因此必须定期的加盐,从而增加了运行管理的困难。所以盐水溶液并不是一种非常理想的载冷剂。有机化合物的水溶液可以得到更低的载冷温度,对金属没有强烈的腐蚀性,运行管理方便,但价格较昂贵,成本较高,也不容易取得,且粘度较大,如当载冷温度是-35℃时,乙二醇溶液的粘度是氯化钙的水溶液的3倍还要多,压力损失较大,增加了溶液泵的功耗,不利于能量的节约。CO通过实际运行的情况看,氨用CO国内某厂家还研究出一种NH1.3其他氮1.3.1半封闭式压缩机目前在水产加工行业,氨用开启式压缩机得到广泛的应用。开启式压缩机虽然具有节能、容易维修等优点,但是开启式制冷压缩机组也具有体积庞大,配套系统复杂,且需要现场施工,焊接质量难保证等缺点,从而使氨的冲注量比较大,泄漏点较多。由于存在运动部件,压缩机是氨泄露的主要部件。要想减少氨的泄漏,最好是制造无轴封的密封型压缩机。但因在密闭式压缩机中制冷工质能接触到电机线圈部分,所以就需要选用耐氨的铝质线圈,或者选用屏蔽电机。氨用半封闭式压缩机已经被开发出来,并已经投入使用,如图5所示,为屏蔽型半封闭氨压缩机用电动机,在定子铁心和转子之间嵌入一非磁性不锈钢屏蔽薄套筒,这样屏蔽套把转子侧的氨气与定子绕组以及空气实行隔离。封闭式氨用压缩机的研制成功,可以实现机组在工厂的模块化生产,减小系统的体积保证焊接的质量,同时也可以降低系统的氨的冲注量,保证氨制冷系统的安全运行。1.3.2阻燃润滑-pag-油润滑油是润滑、冷却、密封运动部件的介质,是保证制冷压缩机安全、可靠运行,延长使用寿命的重要条件。目前氨制冷系统的润滑油为矿物油,虽然其性能优良,但它的最大缺点是不能与氨相溶,因而氨系统不可缺少油分离器、集油器等设备,使氨系统的油路系统非常复杂、机组自动控制非常困难。目前国际上已开发出能溶于氨的合成润滑油-PAG油,利用此种可溶于氨的润滑油,不仅可以省去油分离器、集油器以及相应的管路,同时使干式蒸发器代替满液式蒸发器成为可能,从而减少了氨的充注量,从工程造价和操作维护方面也将得到相应的收益,而且可以使制冷系统更加简单、紧凑,这对开发小型氨制冷装置及简化现有的氨制冷系统非常有利。此种润滑油由氧丙烯基、氧乙烯基的烯化聚合物改性合成,通过实验可证明其性能优于酯型油和矿物油。目前德国、日本等国对氨用可溶氨润滑油的研究较多,并投入使用。1.3.3旋转式换热器目前,壳管式换热器在氨制冷系统中应用较为普遍,但是其无论在换热性能还是在质量、占地面积等方面都不如板式换热器。板式换热器在氟系统中应用已有十几年的历史,但是氟用板式换热器不能应用到氨制冷系统当中,根本原因就是此板式换热器的焊接材料为铜。现在氨用板式换热器应用比较普遍的就是橡胶圈密封板式换热器。但各种材料橡胶圈在氨和油的作用下都会有氨的泄露,一些公司对板式换热器进行了改进。瑞典的AlfaLaval公司实施每两片不锈钢板片用激光焊接成封闭模槽流道组,然后在组与组之间用橡胶封圈密封,有螺栓施加密封压力,这样就避免了传统方式中封闭氨的边框橡胶封圈,大大减少氨的渗漏,为杜绝氨的微量渗漏,该公司又研制了采用镍合金为焊料的焊接板式换热器。德国GEAECOFLREX公司在瑞典工厂生产采用99.99%铜钎料的焊接板式换热器,在氨的流通模槽流道中采用耐氨腐蚀涂层。板式换热器可以用做冷凝器、蒸发器、空气冷却器等,并且可以提高系统的COP。另外,通过微通道换热器也可减少换热器的管道尺寸,减少氨的充注量,从而增加系统的安全性。Litch等人成功地利用微通道换热器实现了15kW氨制冷系统世界最小充灌量1.3.4电子膨胀阀系统大型氨制冷系统中,采用电子膨胀阀直接膨胀供液方式,系统的氨的充注量为同规模氨泵供液系统的20%～50%,大大减少了安全隐患。因此,使用电子膨胀阀直接膨胀供液的氨系统既安全又环保使用氨直接膨胀供液方式,其关键在于如何控制膨胀阀的供液量。由于氨的单位容积制冷量大、汽化潜热大,相同制冷量下需要的流量就比氟利昂小。如果采用手动节流阀手动调节,则不易控制供液量,供液量少了降温难以保证,供液量大了容易造成回气带液,压缩机湿冲程,系统也不稳定。采用热力膨胀阀、电磁阀自动调节的直接膨胀系统会好些,但如果系统波动大,就需要热力膨胀阀及时调整开启度,但由于热力膨胀阀没有这种功能,所以无法达到理想效果。并且由于供氨量少,多路盘管液体分配也不容易均匀。因此,以往对氨直接膨胀供液几乎不使用,即使使用,也只应用在小型系统,且蒸发温度多在-10℃以上,很少在大型氨制冷系统采用直接膨胀供液。随着计算机微电子控制技术的不断发展,电子膨胀阀技术的进步,最近,国际上开发了氨用电子膨胀阀,氨专用液体分配器,克服了以往氨直接膨胀系统的不稳定的现象,使氨的直接膨胀供液应用更加广泛。氨用电子膨胀阀是通过设定时间调整供液量,同时可以通过感受蒸发盘管的过热度来自动调整阀门开启度,使系统稳定运行。2000年,我国在大连的一座水产品加工厂的氨制冷系统中第一次采用了DanFoss公司的氨电子膨胀阀,从而实现了直接膨胀供液,系统的安全性和控制方式及自动化程度得到了极大的提高,系统COP也得到了提高。现在DanFoss、日本前川等少数公司生产的氨用电子膨胀阀适用于低温系统,而其他国外的产品只用在高温系统上。1.3.5采用氨用模块集成阀件为了降低水产行业氨制冷系统的冲注量,从系统安全角度考虑,水产行业冷藏库末端采用冷风机是最好的选择,相对于目前普遍采用的排管系统,冷风机系统的冲注量可以大大降低。为了降低由于冷风机风速过大造成的干耗问题,冷风机末端可以增加织物风道,从而降低冷藏冻结物表面风速,从而达到降低干耗的目的。目前低温用织物风道国内已经有厂家生产。目前氨用模块集成阀件已经得到广泛开发及应用。把膨胀阀、过滤器等不同的控制阀件集中一个阀体上,通过更换不同的模块可以实现阀件的不同的功能,在减少冲注量的同时也简化了维修。随着制造工艺的提高,阀件性能有了很大提高。比如,DanFoss的电动阀的全开全关转换可以达到仅用3秒钟的时间。另外,氨制冷系统的其他部件,如感震器、泄氨报警器、安全阀等都有很大进步,为氨制冷系统的扩大应用提供了条件。2降低运行成本氨是一种性能优良的制冷工质,目前限制氨制冷技术发展的因素主要来自安全方面。要促进氨制冷技术的发展,必须避免氨的泄漏,减少氨的充注量,提高系统的制冷性能,降低运行成本。在氨制冷系统研发设计时首先考虑的是安全性,其次是提高系统的能效比,从而扩大氨制冷系统在水产行业的使用范围,沿着安全高效、模块化和自动化的设计思路,氨制冷系统在今后必将有很大的发展。2.1改进氨制冷系统由于氨具有一定的毒性和可燃性,在一定条件下存在爆炸的可能,因此必须减少氨的充注量、避免氨的泄露。使用板式换热器或微通道换热器、采用电子膨胀阀直接膨胀供液和可溶氨的润滑油可以使大型氨制冷系统简化,用氨量降低,安全性相应的得到保证。NH要提高氨制冷系统的性能,要研发出氨用板式换热器和微通道换热器,另外用电子膨胀阀直接膨胀供液代替重力供液和氨泵强制供液,新型钎焊型热交换器和相溶性冷冻油的应用,使换热量比此前使用矿物油时增加了160%,体积也减少了。可以预见,随着对氨制冷剂强化传热技术、氨用金属材料和润滑油、高效氨用压缩机等科研成果的完善和加工工艺的进一步改进,氨制冷设备的整体质量将更有保障,运行能效比也将不断提高。2.2模块功能为了减少NH随着氨用封闭式压缩机及可溶氨的润滑油的研制成功,氨用并联模块机组会逐渐得到推广应用。2.3自动控制技术21世纪的控制技术、计算机网络技术、远程监控等为氨制冷系统的自动控制提供了相应的技术支持和保证,也为氨制冷系统的全自动控制提供了发展空间。自动化问题涉及到氨用电子节流阀的研制、系统循环设计、制冷系统的静态与动态特性,NH3氨制冷系统的研发现状氨是一种性能优良的制冷剂,在水产行业应该得到大面积推广及应用。虽然氨制冷剂有毒、易燃易爆,但是随着NH我国氨制冷技术发展较早,具有悠久的历史和丰富的经验,为我国的工业用冷冻冷藏发挥了重大作用。但最近30年,我国的氨制冷技术发展缓慢,可靠性和先进性与国外差