利用自制輔助裝置解決氨氣的安全排放問題

賴偉彬

（廣東省機械技師學院 廣州 510450）

氨又稱氨氣(液氨)，英文名：Liquidammonia,分子式為NH3，分子量：17.03，無色透明有刺激性臭味氣體，具有毒性。在標準狀態下，其密度為0.771kg/m3，常壓下的沸點為-33.41℃，臨界溫度為132.5℃，臨界壓力為11.48MPa。在常溫常壓下1體積水能溶解700體積氨，溶有氨的水溶液稱為氨水，呈弱堿性。氨與空氣或氧氣混合能形成爆鳴性氣體，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。爆炸下限為15.7%，爆炸上限為27.4%，引燃溫度為651℃。

氨作為一種天然的制冷劑，一直是大型制冷系統的首選；但因為其有毒、可燃的物理性，所以采用氨制冷劑的關鍵是安全問題。從氨的特性與危害中我們可以看出氨庫制冷系統在日常維護保養中，不但要求技術員要有熟練的專業操作技能而且還必須具備強烈的安全意識，只有這樣才能有效的避免在操作過程中引起的人身安全、設備安全。

為了減少技術員與氨氣近距離接觸，同時為了避免技術員因疲勞導致操作失誤而引發意外，對氨氣的排放有必要進行更高效、安全的技術改革。

1 氨庫制冷系統在日常維護保養時對系統中的殘氨排放的弊端

在國內大型的氨庫中，制冷劑的充注量大概在3～5噸左右，甚至更多。冷庫平時在使用中難免會出現制冷系統故障或常規的維護保養操作，比如氨庫庫房內需要進行管道更換，在需要減少庫房閑置時間的前提下，使系統迅速進入檢修狀態，這就需要通過壓縮機進行管道抽空和空氣清洗。當冷庫要進行此類型的維護保養時，這些制冷系統中的氨就要先進行處理。為減少環境污染和浪費，就會將系統中的氨排出，雖然目前的設備自動化程度比較高，但在處理過程中人工操作還是比較多，容易使操作人員和設備受到不同程度的影響或傷害。

1.1 制冷系統中氨排放操作

當氨制冷系統需要維護保養時，首先關閉向低壓設備和蒸發器的供液閥，啟動壓縮機先把低壓系統的氨液抽至冷凝器和高壓儲液器。然后再用高壓橡皮管(耐壓在3MPa以上)配合管接頭將空氨瓶接到加氨站的放氨管上把大部分的氨回收至氨瓶或氨罐存放。但當高壓儲液器的液面降到5%以下，氨液壓力過低就不能進入氨瓶或氨罐，且低壓系統的壓力又升不到0MPa(表壓)以上時，可視為取氨結束。系統剩余的少量氨就只能通過循環水池或活水水池來排放（如圖1）。

圖1 殘氨排放

1.2 殘氨排放時的弊端與安全隱患

無論制冷系統中的氨直接排放還是通過回收瓶回收，最終還有部分氨氣要通過水池來處理，而此類型操作需2人配合，同時在排空過程中需要大量人工操作，因此就容易導致技術員因操作不及時或操作失誤而產生安全隱患。其中不安全因素主要表現在兩方面：

一方面是在排出殘氨氣時，需要對系統進行加壓來便于氨氣的排出，由于排出口是連接高壓橡皮管管道后放置在水池中，管道與水池接觸面積小，致使溶解在水中的比率小、速度慢（每1kg/min氨至少要應提供17L/min的水），這樣導致來不及溶解的氨氣就會向大氣溢出，在這種情況下，操作技術員如果稍有疏忽就有可能造成氨氣中毒，同時溢出的氨氣也有可能給周邊環境帶來不安全的因素。

另外一方面由于排氨時通常需要使用壓縮機來進行加壓，當壓縮機停止工作時，制冷系統內就會產生負壓，由于排氨管是直接放入水池中的，如果技術員操作處理不及時就會使水池里的水被倒吸入制冷系統內，從而導致壓縮機故障，嚴重時會損壞壓縮機。

2 輔助排氨器的制作與優點

為減少氨氣對周圍環境的影響，同時避免操作技術人員與氨氣近距離接觸而引發意外，我們可以通過制作一套簡易的輔助排氨設備，使排氨操作可以更安全、高效。

2.1 簡易輔助排氨器設備的制作

可采用高度為1000mm、直徑為500mm，大概200L左右的開口圓形塑料容器，容器口朝下，頂部朝上（如圖2）。

圖2 自制簡易輔助排氨器

然后在容器頂部中間安裝固定一條DN15鋼管作為氨氣排放管，管道進入容器內深度為40%為宜；并進行有效密封，避免氨氣泄漏。

在氨氣排放管的側邊固定一條進水管，管道進行密封，容器內管道一頭接大號水霧噴頭（盡量靠近容器頂部安裝），噴頭可以選擇不銹鋼可調子彈噴頭，工作壓力0.2～0.6MPa，噴射直徑0～5m，流量0.8～2m3/h，使水霧能充滿排氨器外殼內腔，作為在排氨時對氨的水霧稀釋使用，同時也為了使氨氣進入排氨器時能有更長時間與水霧接觸。

容器底部開對稱孔作為均壓孔，孔高30mm（根據實際情況）。以長5m、寬5m、高2.5m的水池為例，可以使水池內能保持在1m3水左右，同時還可以確保在使用時容器內與水池壓力一致。并在容器底部安放固定器來防止輔助排氨器傾斜或側翻。

2.2 簡易輔助排氨器設備的操作

簡易輔助排氨器使用時放入水池，并進行固定，控制水池水面略高于排氨器均壓口，氨進氣管脫離水面（如圖3），使用高壓橡皮管連接氨庫制冷系統與輔助排氨器。排氨時先開啟噴霧閥門，再開啟進氨閥門；停機時先關閉氨氣閥門，再延時停止噴霧系統，使殘留在排氨器內的氨氣充分溶解。為了提高安全性還可以在水池外配備普通平噴淋蓬頭，以減少氨二次溢出和對大氣散溢。

圖3 自制排氨器操作示意圖

2.3 自制輔助設備的優點

優點一：由于采用了200L直徑500mm的圓形容器，根據水的靜壓壓力p=ρgh可知，排氨管直接插入水池水中越深，產生的水壓阻力就越大，氨氣的溶解速度就會越低，而自制排氨器排氨管是進入容器后與水池水面完全脫離，所以阻力忽略不計；同時還增加了氨氣與水的接觸面積，所以可以有效的減少排氨的時間，提高了工作效率。另外，由于氨與水的接觸時間加長，還可以使氨氣更充分的溶解在水中。

優點二：排氨器頂部是密封的狀態，可以減少氨氣因不能及時溶解導致向大氣溢出氨氣的情況，使操作人員更安全。

優點三：當排氨結束停止壓縮機時，由于氨氣排放管遠離水面，所以不會造成倒吸的情況出現，有效的避免了水被吸入制冷系統而損壞設備。同時，由于不需要考濾倒吸的問題，操作員就不需要在停止壓縮機時的同時要及時關閉通向水池的閥門，從而減少了人工操作，也減輕了操作技術員的身體負擔。

優點四：在排氨剛開始時輔助排氨器內就已經進行了補水，并形成水流，所以外部水池水面略高于均壓口即可，這樣可以減少水資源的浪費，達到節能環保的目的。

2.4 使用情況

在實際使用過程中，由于氨氣排放時排放壓力比水噴霧壓力大，雖然氨氣通過小管進入輔助排氨器后壓力降低，但還是有極少一部分氨氣聚集在排氨器頂部，需要延時水霧噴淋停止時間來吸收殘留的氨氣。采用0～100ppm的氨氣檢測儀檢測水池邊周圍空氣中氨的含量顯示小于1ppm。

3 結束語

輔助排氨器制作成本在300～500元左右，制作工藝簡單。利用輔助排氨器能確保技術員在更安全的環境下操作，同時也能減少企業額外的檢修成本及有效的提高工作效率。