氨制冷的發展趨勢

何朝陽

摘 要：氨作為一種綠色環保的優質制冷劑，相比于其他制冷劑，具有良好的熱力學性能，節能特性明顯。但氨是危化品，可燃，具有刺激性氣味，當濃度較高時有爆炸的危險。氨制冷的發展不僅能提高單位制冷量形成經濟效益，還能推進我國制冷制冷行業可持續發展、環保、節能步伐。本文通過對我國現有的氨制冷冷庫的一些情況進行技術分析，結合國外先進國家的發展情況對未來進行展望。利用氨制冷系統的自動化、智能化及氨制冷的小型化的相關理論和知識，結合冷庫自動化的發展成度和現在的制冷技術發展，探討氨制冷系統的未來的發展方向。

關鍵詞：氨制冷系統;自動化;安全管理

近年來我國經濟與科技取得了快速的發展，進一步推進了我國制冷技術的進步與制冷行業發展。人們已經逐漸認識到在制冷過程中氟利昂對環境造成的影響和破壞，特別是氟利昂對環境很不友好。氨制冷劑由于具有良好的熱力學性能和對大氣層的友好性，受到了越來越多的制冷從業人員的青睞，越來越多的學者致力于氨的安全性能和制冷系統及其設備技術的研究。但對于氨制冷潛在的危險性，我們也應該有個清晰的認識。要推進氨制冷技術的發展，必須避免氨制冷劑的泄露，提高制冷功效。然后是提高系統的能效比 ，并沿著小型化、自動化的發展方向 ，更進一步發揮氨制冷系統在制冷領域的優勢。

一、氨制冷面臨的問題

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

氨制冷技術在國內應用情況比較好，有很多成功運用氨制冷技術的案例，也積累很多寶貴的經驗。但這些還遠遠不夠，我們還需要對氨系統建立系統化的研究。在我國目前在冷庫設計時采用的一些參數和數據，有的來源于國外研究資料，有的來源與我國剛建設冷庫積累的數據。在計算機技術十分發達的今天，我們完全由能力把我們建設設計時需要的數據，根據具體冷庫情況 ，準確的計算出更加準確的數值，建立更加可靠的數學模型。

二、氨制冷系統發展現狀

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用于一家啤酒工廠的冷卻，從此氨制冷開始飛速發展。氨制冷技術不僅應用于啤酒廠，也開始慢慢涉足食品冷保鮮、冰激凌的制作和一些制冰設施。并且在19世紀取得了較大的發展，也慢慢應用于化工生產、建設工程、出海捕魚和農場種植提供制冷。氨制冷系統的應用性相對較廣，在特大型冷庫之中為了有效避免氨制冷劑發生泄漏，都會盡可能避免使用氨，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的工作。后在國外相關技術研究領域之中，主要減少了系統制冷劑的注入量，從根本上減少氨泄露的風險種方式。

氨制冷相關技術取得較大進展，相關理論研究和成功案例越來越來多，為氨制冷系統的發展奠定了基礎。近些年國內外涉氨制冷技術發展突飛猛進，復疊式制冷、CO2載冷及氨的冷水機組技術都有較大的進步;（1）N H 3 / C O 2復疊式制冷;在這套制冷系統中，CO2作制冷系統在低溫循環時的相變冷媒，使低溫級工作時的壓力大幅度減低， 后中被氨冷凝。而系統的高溫級部分，擴展了制冷系統的使用范圍，保證了系統有更大的可操作空間。運用二氧化碳做冷媒的復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，復疊式制冷系統的氨的充注量僅傳統氨制冷的十分之一左右， 提高了氨制冷系統安全性。（2）CO2載冷技術：與傳統載冷劑相比，CO2載冷劑具有較大的比熱容，熱導率也很高等優點。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，使載冷設備的體積大大減小。（3）N H 3冷水機組技術：氨冷水機組的結構比較簡單對環境的要求也不高，可廣泛用于酒店、商場、醫院、娛樂場所、工廠的空調和工業冷卻以及提供冷卻水。氨冷水機組也是民用中央空調的一種應用趨勢。氨冷水機組由于氨的毒性和潛在爆炸危險，在更多方面的應用受到限制。但是只要能夠充分保證其安全性，能促使氨冷水機組技術得到更多的發展。

三、氨制冷技術發展趨勢

（一）氨制冷的機組化，小型化趨勢

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施。主要原因是氨制系統所需設備元件較多，管道和油路都很復雜。氨制冷系統的小型化，離不開制冷相關技術的進步;（1）潤滑油：國外的一家公司開發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、氧乙烯基進行處理后改造而成。在氨制冷系統中使用PAG可以在設計時減去潤滑油分離裝置等，精簡設備管道。（2）氨用換熱器;在我國制冷系統使用較多的換熱器是橡膠圈換熱器，在油和氨的作用下會有泄露的風險。目前比較成熟的換熱器方面的技術有：銅釬料的焊接板式換熱器， 采用耐氨腐蝕涂層等等。換熱器強化傳熱技術的快速發展，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，需要對流量有更精確的控制能力，手動節流閥并不符合這種工藝要求。而采用電子膨脹閥則可以對氨制冷系統中所需要的流量進行精確控制，更好的維持制冷系統的運行。

氨制冷系統中的各種閥件和相關設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展，可以省去低壓循環桶等一些附屬設備。同時通過優化設計，簡化與完善制冷循環 ，實現氨制冷裝置的機組化和小型化。又因為PAG潤滑油和高效的換熱技術的研發， 為氨制冷裝置的機組化和小型化提供了重要條件。氨制冷的小型化可以擴展氨制冷的應用范圍，不僅僅運用在大中型制冷冷庫中，還能推進氨制冷在中小型制冷設施中的應用。

（二）氨制冷技術的自動化發展

在大多數涉氨制冷設備中，如何保障制冷系統始終得到適量的制冷劑供給以及制冷系統的壓力、液位水平等進行精準的控制與調節是個很重要的課題，以自控技術為核心的自動供水及供氨控制系統，由于系統穩定，通過模擬量的控制可以很好的解決這個問題。在計算機技快速發展的今天，更進一步提升了制冷系統自動化發展的速度。目前我國氨制冷技術由于技術和安全及成本等方面的原因，自動化的普及程度并不高。我們應該加強對氨制冷自動化的重視以滿足更高使用需求。 氨制冷技術的自動化發展既是制冷技術的創新性發展， 同時也是推進制冷行業發展的重要舉措。

可以預見的是 ， 隨著對氨制冷劑強化傳熱技術、 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一步改進， 氨制冷設備的整體質量將更有保障 ，運行能效比也將不斷提高。氨制冷的安全性也會得到保障，充分發揮出氨制冷劑所具有的良好熱力學性質。

參考文獻

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