淺談小型制冷設備的檢驗

劉功祥* 周愛萍

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院 南京交通職業技術學院）

0 前言

TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》規范中關于小型制冷壓力容器專項要求，對其定義為：以氨為主要制冷劑，系統內單只最大儲氨器容積不大于5 m3，并且系統內儲氨器總容積不大于10 m3；采用其他制冷劑（如R22，R314，R312 等），應考慮其特性，參照執行；涉及的主要設備包括冷凝器、儲氨器、循環桶、氨液分離器、中間冷卻器、集油器等。

目前，食品行業內的冷庫系統，大型商超、大型寫字樓的中央空調系統內普遍存在這些設備，分別如圖1，制冷設備的圖2 所示，使用環境多為露天陽臺或者地下設備庫，使用現狀管理工作普遍存在不足。

圖1 食品行業中以冷庫中以氨為制冷劑的壓力容器

圖2 中央空調系統中以氟利昂或新型制冷劑為制冷劑的的壓力容器

1 小型制冷設備檢驗流程

現場檢驗前，應審查設備資料根據企業提供的設備的使用情況、可能遇到的損傷模式以及失效模式制定專項檢驗方案。TSG 21—2016 規程中關于小型制冷壓力容器的檢驗有專項要求，其檢驗方法主要分為停機檢驗和不停機檢驗。

1.1 檢驗方法、內容

1.1.1 檢驗前的準備工作

使用單位和相關輔助單位應做好停機后的各項安全檢查及符合性條件確認工作。其中針對不停機檢驗的小型制冷壓力容器還應提供上個周期氨液充裝時間與充裝記錄，并提供氨液成分檢測記錄告或進行現場環境氨濃度檢測，確保現場環境氨濃度不得超過國家相應標準允許值（20 mg/m3）。

1.1.2 檢驗項目和方法

小型制冷機組壓力容器定期檢驗原則上應按TSG 21—2016 規程中的要求執行。但鑒于該設備具有特殊性，可以在系統不停機的情況下進行檢查。檢驗項目包括系統資料審查、設備宏觀檢驗、介質成分檢查、主要受壓部件壁厚測量、高壓側壓力容器外表面無損檢測。必要時，可增加聲發射試驗、埋藏缺陷檢測、材料分析、強度校核、壓力試驗等檢驗項目。

1.1.3 資料審查

檢驗前，需要審查設計資料、制造資料、安裝竣工資料、重大維修改造資料以及使用管理資料。 除常規資料審查之外， 應當審查氨液充裝時間及氨液成分檢驗記錄，確保其符合NB/T 47012—2010《制冷裝置用壓力容器》的要求。

1.1.4 宏觀檢驗

宏觀檢驗主要采用目視檢查方法（必要時可采用相應輔助設備）檢驗壓力容器設備本體結構、外形幾何尺寸、設備表面狀態情況，確保焊縫外觀質量、隔熱層、保冷層完好。

1.1.5 無損檢測

（1） 表面無損檢測

表面無損檢測應根據NB/T 47013—2015《承壓設備無損檢測》標準要求，采用磁粉檢測或者滲透檢測。對于小型制冷設備主要應對以下情況進行檢測：

a）高壓側壓力容器；

b）使用達到設計使用年限（未規定設計使用年限，但使用超過20 a 的視為達到設計使用年限）的低壓側壓力容器；

c）氨液成分分析不符合NB/T 47012—2010 標準要求的壓力容器。

（2）埋藏缺陷檢測

埋藏缺陷檢測即設備內部缺陷檢測，應采用射線檢測或者超聲檢測。當符合下列條件之一的，應當采用相應檢測方法進行埋藏缺陷檢測，必要時應進行設備本體內部開罐檢驗：

a）檢驗時發現存在表面缺陷的壓力容器，認為需要進行焊縫埋藏缺陷檢測的；

b）系統內高壓側設備中的液氨成分未分析或者分析結果不符合NB/T 47012—2010 標準要求的；

c）按照《金屬壓力容器聲發射檢測及結果評價方法》，需要對聲發射源進行復驗的；

d）使用過程中補焊過的部位。

1.1.6 材料分析

主要受壓元件材質不明的，應按照TSG 21—2016 規程要求進行分析。對于低壓側壓力容器，未能查明材質的，也可以參照Q235A 進行強度校核。

1.1.7 檢驗周期

安全狀況等級為1，2，3 級的，檢驗結論為符合要求，可以繼續使用，一般每3 年進行1 次定期檢驗；安全狀況等級為4，5 級的，檢驗周期應按TSG 21—2016 規程要求執行。

2 小型制冷設備損傷模式識別

2.1 介質

目前常用的制冷劑多達80 余種，并還在不斷發展，但用于食品工業和空調制冷的制冷劑僅有十幾種。小型制冷壓力容器主要涉及的介質包括氨、氟利昂等新型制冷劑。

氨作為一種制冷劑廣泛應用于食品儲藏行業，是一種化學性質穩定的中壓中溫制冷劑。其冷凍溫度為-77.7 ℃，標準蒸發溫度為-33.3 ℃，室溫冷凝壓力一般為1.1～1.3 MPa。在正常條件下，氨對碳鋼和低合金鋼沒有腐蝕作用，但當氨溶液中有少量水時，氨水具有一定的腐蝕性。因此，氨制冷裝置中主要設備選材時應避免使用銅及銅合金材料，氨水的含水量（質量分數）不應超過0.2%。

氟利昂是一種新型的中溫制冷劑，目前已廣泛應用于建筑空調系統中。氟里昂是鹵代烷烴，常溫下無色、無味、低毒，不易燃也不易爆，只有當空氣中其體積分數超過80%時，才會使人窒息；其化學性質穩定，只有當溫度高于400 ℃時，有害氣體才能分解，其能與任何比例的潤滑油互溶，也能溶解各種有機物。因此，小型氟利昂制冷機組沒有配備油分離器，而配備了烘干機。同時規定氟利昂的含水量不大于NB/T 47012—2010 標準要求的相應指標。由于有機溶劑具有互溶性，故系統中不應使用普通天然橡膠作密封墊，而應使用專門的丁腈橡膠或氯乙醇等人造橡膠，否則，密封墊膨脹會導致制冷劑泄漏。

2.2 損傷模式及檢驗策略

小型制冷壓力容器的使用環境特點為潮濕、陰冷，其主要放置地點多為地下室、天臺及露天平臺等。

2.2.1 腐蝕減薄

根據小型制冷壓力容器使用環境以及特點，總結其主要涉及的腐蝕減薄模式為二氧化碳腐蝕、大氣腐蝕、冷卻水腐蝕和微生物腐蝕。小型制冷壓力容器的常用材料為Q235B，10#，20#等碳素鋼材料以及Q345R 等低合金鋼材料。小型制冷壓力容器的使用環境多為潮濕、陰暗的地下室或者常年外風吹日曬的天臺樓頂。同時部分小型制冷設備（中央空調系統內壓力容器）存在周期性使用的問題。

2.2.2 環境開裂（氨應力腐蝕開裂）

應力腐蝕三要素為敏感金屬材料，特定的腐蝕介質環境以及相應的應力水平。小型制冷壓力容器主要承壓部件材質為普通碳素鋼和低合金鋼；主要涉及介質為氨和其他制冷劑 （R22，R134 等）；同時存在應力集中部位（結構不連續處）。

碳鋼和低合金鋼在無水液氨或銅合金氨溶液中易產生應力腐蝕開裂。碳鋼在無水液氨中的腐蝕程度較低，但在充裝和維護過程中會受到污染，同時空氣中的氧氣和二氧化碳會加劇其腐蝕程度。

2.2.3 機械損傷（機械疲勞和振動疲勞）

大多數小型制冷設備系統都有機泵設備。在循環機械載荷作用下，材料、零部件在一處或多處產生局部永久性累積損傷，從而產生裂紋。經過一定周期的多次循環后，裂紋很容易繼續擴展，從而導致零部件突然斷裂。與泵設備相連的小直徑管道和相關設備上的各種小噴嘴容易發生裂紋，換熱器接管與管板之間也容易發生斷裂。

3 針對性檢驗策略

針對這些腐蝕問題，常用的檢測方法有目視檢測，保溫層損壞部位測厚檢測，接管角焊縫部位表面無損檢測，易積液積水的位置宏觀檢查等，必要時應加強重點部位的測厚檢測。

環境開裂主要發生在換熱器的銅鋅合金管束或者氨制冷裝置中儲氨器等設備。其針對性檢驗策略包括加強對換熱管束的檢測，儲氨設備外壁的超聲檢測和內壁的磁粉檢測，連接管道的焊縫表面檢測。

機械振動與機械疲勞的檢驗策略主要為定期檢查管道支架和各類支吊架， 查找設備振動、管道振動的部位，連接管道的焊縫表面檢測。

4 結論

在監管、監察日趨嚴格的形勢下，小型制冷壓力容器的排查與摸排工作在不斷推進。一大批未注冊、未領證及長期未檢驗的設備陸續被排查出來。 這類設備主要存在以下幾個問題：使用單位管理不當，無特種設備相關安全意識；設備本體問題（存在多年未檢驗，相關安全附件缺失、失靈、失效等情況）；設備相關資料、銘牌缺失問題；以及超設計壽命使用問題。從保障本質安全的角度出發，只有做好檢驗，確保檢驗手段合理有效，才是解決小型制冷壓力容器安全問題的最終出路。