可燃制冷劑泄漏的火災危險性分析及預防對策

崔麗超

(江蘇省蘇州市吳中區消防救援大隊，江蘇 蘇州 215600)

0 引言

2022年7月以來，中央氣象臺連續發布高溫紅色預警，我國各地普遍出現超記錄的高溫天氣，江浙滬等地的最高溫度達40 ℃以上。高溫天氣“超長待機”，使人們在生活中對制冷劑的需求越來越多。然而，制冷劑的可燃性、爆炸性等問題少為人知，空調設備的安全隱患問題頻發，格外令人憂慮。為此，應特別重視高溫天氣發生空調設備可燃制冷劑的泄漏問題，對可燃制冷劑予以系統性的安全研究。

1 典型案例

2022年7月10日位于蘇州市吳中區通達路與東方大道南面的車輛發生火災，經調查，汽車后備箱內存放R22、R290、R404、R606、R134制冷劑儲罐。起火部位位于轎車后備箱，起火原因系可燃氣體泄漏與空氣形成混合物，遇高熱能引發轟燃所致，事故導致兩輛汽車燒損。

在2002年的盛夏7月，北京一住戶在進行空調安裝時，制冷劑泄漏爆炸，兩名工人現場身亡，戶主重傷。2005年10月，甘肅省鎮原縣某自然村發生了類似嚴重的丁烷泄漏事故。

2 典型制冷劑的物理參數

制冷劑在常溫下通常以氣的形式存在，因此爆炸極限是衡量火災危險性的最重要參數之一[1]。可燃氣體，自燃溫度、燃燒熱、燃燒速度、最小靜電點火能也是衡量其火災危險性的重要參數。在表1中可見，HFCS類的可燃制冷劑的爆炸下限遠高于HCs類的可燃性制冷劑，換言之，HCs類別的制冷劑爆炸發生風險將遠高于HFCs類。典型可燃制冷劑與部分物性參數的比較如表1所示。

表1 典型可燃制冷劑部分物性參數

3 空調使用火災危險性分析

3.1 室外機自身導致火災的原因

3.1.1 短路

短路問題總共由兩方面因素組成，一方面是機械損傷，線路內部線芯通過與不同部位導體的接觸，從而短路；另一方面則是由于電氣線路自身受到陽光輻射、水侵等影響，或是自身過熱致使線路絕緣水平下降，深受電氣外因所觸發，擊穿絕緣系統發生短路[2]。

3.1.2 接觸電阻故障

空調的室機深受環境影響，電氣線路連接部分極易發生氧化反應，所連接的接觸面相繼覆蓋薄膜，該薄膜整體導電性較差，電阻較大，所連接部位就會異常高溫。此外，該部分的連接較不牢靠也將會產生電弧火花。其電弧溫度最高可達3000 ℃，電線絕緣材料將極易引燃，甚至也將極易引燃周邊可燃物，引發火災。

3.1.3 長時間運行導致電氣線路發熱

空調夏季利用率極高，一般夏季天氣較為炎熱，且空調處于長時間運行狀態，致使電氣線路在天氣問題影響合自身長期運行下發熱，極易引發火災。此外，若是空調機器短時間內進行頻繁開關機行為，也將極易導致空調壓縮機的進氣、排氣兩側壓力差值較大，壓縮機在啟動過程中，電流較大，極易發熱，導致著火。

3.2 空調室外機制冷劑的泄漏分析

家用空調器制冷劑常使用R290，因此，一旦出現室外機泄漏，引燃引火源，極易導致燃燒，甚至爆炸情況的出現。

3.2.1 壓縮機泄漏

空調長時間使用過程中，其壓縮機會不斷震動，從而損壞接線柱，引發制冷劑泄漏。依據相關資料記載，壓縮機接線柱的泄漏占據泄漏故障的2%左右。

3.2.2 室外熱交換器的泄漏

空調室外熱交換器主要由鋁箔、銅管制成。因此，空調室外機的銅管泄漏較為常見，主要原因在于銅管的管壁較薄，整體材質較差，若是完成U型管后，將極易出現小裂紋，壓縮機在具體工作過程中，會進行震動，從而加大裂紋，致使制冷劑出現泄漏。

3.2.3 室外機連接閥的泄漏

引發閥芯泄漏的原因較多，但是大多都在機器移除后出現，在移動機器的過程中，會將開關閥門軸進行來回反復的旋出、旋進。若是橡膠圈老化現象嚴重，密封橡膠圈也將會在出現磨壞現象，導致截止閥出現泄漏情況。

3.2.4 毛細管的泄漏

空調不制冷，室外機器毛細管經過震動后出現磨漏現象，將引發制冷劑的泄漏。還有可能是在壓縮機工作時所產生的震動，導致兩個管子摩擦共振，管壁在摩擦過程中磨漏，導致制冷劑的泄漏。

3.3 空調室內機制冷劑泄漏分析

空調室內機制冷劑泄漏分析如圖1所示。

圖1 是房間面積同其可燃性制冷劑平均濃度之間的關系曲線。如房間體積大于10 m2，縱然發生制冷劑的泄漏量高達600 g，但是房間內最大可燃制冷劑平均濃度也僅接近于20 g/m3，很少甚至不會達到爆炸下限，將不會在整個房間內出現爆炸極限情況，僅僅是在可燃制冷劑泄漏的附近局部區域內，其可燃制冷劑濃度將會達到或是超過其爆炸下限，若遇到火源將極易發生火災或是爆炸的現象[3]。

4 可燃性制冷劑儲存方面危險性分析

4.1 儲罐泄漏分析

可燃性制冷劑泄漏的影響因素較多，其風險也各不相同。以儲罐中可燃性制冷劑的泄漏為例，其泄漏將會受到初始的沖罐率、當量泄漏半徑、初始溫度等要素的共同影響。可燃制冷劑在儲存狀態下。系統會收集可燃性制冷劑泄漏相關的數據，并依據相關經驗進行初步判定。但是，縱然這些變量因素的科學表達能夠顯著降低可燃制冷劑的泄漏，但是在可燃制冷劑的儲存階段，會受到環境因素影響極易發生泄漏隱患。例如，可燃制冷劑的儲存方式不夠科學，尚未放置于陰涼干燥處，而是在露天情況下，深受太陽暴曬等自然環境所影響，極易導致可燃制冷劑儲罐泄漏。

4.2 運輸方面危險性分析

可燃制冷劑因其特殊性，在運輸方面有一套規定，必須要選擇專用車輛。若是尚未選擇專用車輛，就會導致車廂內通風效果較差，極易導致制冷劑的泄漏堆積。同時，在運輸可燃制冷劑的過程中，相關操作人員也必須明確操作程序科學運輸，稍有不慎將極易出現制冷劑的泄漏，操作人員受到凍傷等不同程度的傷害。

5 可燃性制冷劑泄漏預防對策

5.1 降低可燃性制冷劑的制造儲存過程的風險

首先強化生產線過程工藝和質量控制，同時選擇高品質的材料、零配件，以此來提高其密封程度。其次，強化各個環節的焊接質量，嚴謹夾渣、咬邊、焊瘤、未焊透、燒穿、氣孔等缺陷問題。同時提高對系統整體的抽真空、打壓、保壓、檢漏等環節的復檢操作，重點關注高壓型可燃制冷劑。提高機組涂層的均勻度、防腐蝕度、覆蓋度。包裝要滿足國家相關標準，及可燃性化學物品的運輸規定。因此，生產線相關負責人員要對此予以絕對重視，嚴格避免任何形式可燃性制冷劑的泄漏風險，保障各環節工作流程能夠科學有效、穩步推進。可燃制冷劑的儲存條件一定要滿足相關標準，庫房應干燥、通風、避光、密閉，禁止同其他助燃氣體共同儲存。在此同時，嚴禁防護點火源。庫房內儲存操作也要嚴格滿足相關標準流程，同時主動全面防護，保證庫房內有足夠充足的應急物資。

5.2 降低可燃性制冷劑的運輸過程的風險

首先，對于空調內部的可燃性制冷劑充注量要嚴格控制，并依據空調使用環境，依照相關標準，制定出科學合理的各單元充注量。其次，科學設計單機模塊，靈活調整制冷量需求，同時技術創新，以此來降低產生單位制冷量所需的制冷劑循環量，例如可以通過縮小換熱器、提高換熱能力、優化循環過程、應用高精度高密度加注機等。對于現場報廢機組而言，要嚴格控制排放量，配套科學專業的回收方式。運輸之前要對其進行密封性的檢查、維護，再進行多點采樣及系統分析。運輸時要嚴格依照相關規范標準，滿足相應條件后，方可進行運輸。

5.3 降低可燃制冷劑應用過程的危險性分析

首先，要向相關用戶明確警示。在機組表面銘牌、側身、用戶說明書等方面，通過醒目的字體及時告知用戶本機組所使用的可燃性制冷劑，通常將使用三角形加內火苗的方式標注。同時，嚴格禁止利用明火或是高溫熱表面，也格外注意禁止靜電及火花。其次，車間管理要足夠嚴格，職工教育方面嚴肅認真，嚴禁任何明火，嚴控電氣火花、靜電等等潛在形式的點火源，同時也要充分考慮到氟代烴所燃燒的產物中所存在HF等有毒物質，以此來保障相關器具的科學安全。其次，所應用的關鍵部件需要達到相應的防爆等級，其配件則要特殊訂做，保障其足夠安全。對于不需要應用常規焊接方法的區域而言，則要針對性的調整焊接方案，保障該焊接過程能夠足夠科學有效。最后，要定期組織安裝維修人員進行系統培訓，開展風險安全教育，提高其業務能力的同時，強化其安全意識[4]。

6 結語

綜上所述，可燃制冷劑泄漏的火災危險難以估量，對其預防刻不容緩。設備制造商必須精選生產線，嚴格保障可燃性制冷劑在場內充注足夠安全，沒有任何疏漏，從源頭上避免空調使用中可燃性制冷劑泄漏引發火災、爆炸事故；空調安裝和用戶使用要科學合規，阻斷可燃性制冷劑泄漏的必要條件。