氨制冷系統中閥門內漏的原因及解決范文

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摘要：閥門是氨制冷系統中不可缺少的設備，其密封性能關系到系統的高效和安全運行。根據現場檢驗案例，分析氨制冷系統閥門內漏的原因和危害，提出可行的解決措施。

關鍵詞：氨制冷系統；閥門內漏；應對措施

0引言

在氨制冷系統中最常見的閥門就是截止閥，它安裝在制冷設備和管道上，起著開啟和關閉氨通道的作用，關系到整套制冷系統的正常運轉和安全。對于截止閥來說，內漏是不允許的，因為這會影響設備在停機和檢修狀態時的安全。

1氨制冷劑的主要特點

1.1氨制冷劑的優點

（1）氨制冷劑具有很好的環境和熱力學性能特點。氨消耗臭氧電勢值ODP（OzoneDepletionPotential）和溫室效應值GWP（GlobalWarmingPotential，全球變暖潛勢）均為0，是一種環保制冷劑。

（2）氨的臨界溫度和臨界壓力分別為132.3℃和132.3MPa，高于氟里昂R22（96.2℃，4.99MPa）和氟里昂R410A（70.2℃，4.79MPa），可以在高溫熱源和冷源溫度下實現亞臨界制冷循環。氨標準低沸點為33.4℃，在蒸發器中壓力適中，具有蒸發潛熱大（15kJ/mol）（是R410A的5.5倍）、節流損失小、制冷系數高等特點。在相同溫度和制冷量條件下，與R22制冷系統相比，其壓縮機和熱交換器的大小可以更小，可以節省材料。

（3）氨很容易溶于水，當出現大量滲漏的緊急情況時可以快速排除。氨含水量低于0.2%時，即使有少量的水析出，也不會出現氟利昂類制冷劑的“冰塞”現象。所以，氨制冷系統和管道系統的干燥要求并不像氟利昂那么嚴格。

（4）氨的來源廣泛、便宜，灌裝量相同的情況下充電成本僅為R22的1/10，比R410A便宜。

1.2氨制冷劑的缺點

（1）氨的熱絕緣指數大（k=1.40）。為了確保潤滑油的潤滑性能，當蒸發溫度較低時，壓縮機的溫度較高；而當冷凝溫度較高時，壓縮機的溫度也較高。因此，應該采取一些冷卻措施。

（2）氨氣與礦物基油和PAO（PolyAlphaOlefin，聚α-烯烴）潤滑劑不相容。由于氨的密度比潤滑油的小，在管道制冷系統底部的潤滑油通常采用液體型蒸發器和氨泵的液體形式，再加上使用的設備，如機油分離器和機油設備等，采用手動控制和自動控制的方法，實現了回流壓縮機的油性安全。

（3）鋼、鋁等金屬材料與氨相遇是無毒的，但水、鋅、銅和含氨的銅合金（磷青銅除外）與氨相遇具有一定腐蝕性，因此相關設備、管道、儀器、氨制冷系統中的閥門是需要有“避銅”的要求。

（4）氨有刺激性氣味，有一定的毒性和易燃性，屬于B2類制冷劑。當它的濃度在空間積累達到一定極限時，會對人體產生傷害；氨和空氣混和物體積濃度達16%~25%時遇到火焰可能引起爆炸，因此，電氣設備設計中以及規范中應當標注爆炸和火災的危險因素。總之，對建筑物防火設計規范為乙類的規定，氨具有最低水平的爆炸危險。這限制了其的應用，因此不得在空調冷源系統的土建施工中使用。

2氨制冷系統的弊端

2.1在理論上理解和關注不足

氨制冷壓縮機對我國的工業生產至關重要，特別是在食品制冷劑方面發揮了重要作用。但是在應用中，尤其是關于熱交換器的規模、氨氣含量、結構形式以及其他輔助設備與氨的合成要求發展甚微。目前在理論上主要是對氟利昂系列進行研究，國內仍在從國外公司采購氯氟烴作為代用品，如R123和R407C等。不過，一些學者要求在新形勢下對氨的應用進行新的研究和擴展。很多專家也正在研究如何利用吸收冷藏的廢熱以及溴化鋰吸收冷藏技術進行替代，但是都處于研究階段。

2.2設計和操作中存在不足

在我國氨制冷技術的應用沒有中斷過。在食品冷藏行業，氟利昂的應用于1970年從日本開始由日本引進3組500t的R22制冷系統的裝配式冷庫，然后逐漸在小型冷藏系統中使用氟利昂，積累了大量的氨制冷系統和設備應用經驗，還缺乏理論的氨制冷系統和全面的研究。隨著時間的推移，氨的毒性和可燃性被過于夸大。這是2個因素所致：①氨的氣味十分濃烈，有極強的刺激性；②曾經發生過因為氨的泄漏導致的爆炸事故。可以從3個方面避免這一問題的產生，包括設計、安裝和實際操作。首先，部分事故產生的原因是相關技術人員缺乏相應的知識（沒有經過系統的培訓就上崗作業）、專業知識技能水平較低、不嚴格按照相關技術規定操作等因素導致的（大多數是操作處理不當）。其次，非專業技術人員系統、非正規安裝的單位工程以及相關設備的質量問題同樣也會導致事故的產生。因此，相關管理部門要加強國家標準的立項工作。

2.3防護措施相對較弱

根據氨的特性，必須保持其防護措施，在以往的氨制冷系統設計中考慮得較為周全，但是其安全措施也一直在完善，除了特定的防護措施之外，應在其他方面也加強其安全措施。在我國氨制冷系統中，相對薄弱的安全防護措施還有待改進。在以前的設計中，設置了緊急放電裝置，比如安全閥門的使用、控制壓力器承受的壓力超過規定范圍引起報警停機、液位超過控制器的正常范圍就會報警停機、當前氨制冷系統在施工過程中加強規范管路焊接和氣密性的標準等。我國與美國的氨氣制冷系統有所不同，制冷協會組織經研究后，專家得出結論：美國的氨氣制冷系統的容量配備著與其相配的控制系統，但是發生緊急意外時，有其維護措施，比如氨泵附近的低壓力循環、以及低壓循環桶，或者是用于保護人類的安全，設置一些洗手盆和洗手液或消除細菌的香皂等。機房頂棚設置了一些自動噴水裝置，如果發生泄漏，在保證人員的安全前提下，通過供水系統來處理泄漏問題。因此，機房頂棚要設置獨立的供水系統，通過氨泄漏檢測儀對泄漏的氨氣進行監測控制，保證氨制冷設備的安全性。

3氨制冷系統中的閥門內漏危害

在蒸發溫度>-35℃時，氨的熱力性質是所有制冷劑中最好的，所以氨制冷劑在我國制冷行業中應用時間較長。但是氨的毒性較大，有強烈刺激性氣味。在空氣中，氨含量達到0.5%~0.8%（體積分數）時，會引起人體嚴重不適，含量達到6%~25%時可引起爆炸。因此，氨制冷系統運行過程中氨的泄漏問題不容忽視。目前，閥門外漏的監測手段和技術比較成熟，而且氨具有刺激性氣味，一旦泄漏也能及時發現并進行處理。但是，閥門內漏在運行過程中很難發現，人們往往不夠重視。氨制冷系統在工作過程中，會頻繁地開停機，閥門泄漏嚴重時會引發惡性事故。例如，有些火災和中毒事故就是由閥門泄漏引起的。

4氨制冷系統閥門泄漏原因分析

管道內介質通過閥門中閥芯和閥座表面的密封從而實現內部隔斷。但是，在實際使用過程中，閥門會發生以下變化：兩密封處的平面度引起的磨損會造成允許偏差增大，荷載作用下硬粒子會產生沖蝕；泡點狀態下液體介質形成氣泡會產生汽蝕，耐蝕材料保護膜被破壞；金屬材料在腐蝕環境下被腐蝕等。這樣因素均可能導致閥芯、閥座密封失效，導致閥門產生內部泄漏。閥門內漏的原因，大致可以分為3個：①閥門自身的制造缺陷，導致密封不嚴密；②閥門在安裝過程中的錯用和損傷；③閥門在運行過程中介質的磨損或操作不規范。針對在某冷凍廠進行的氨制冷管道檢驗，分析其閥門內漏的原因主要有3個。（1）結構不合理：①閥門流道留有死角，造成氨液中的雜質堆積在此處；②密封支承面的端面是平面結構，介質流經閥門流道時直接折流，不能帶走留在死角處的雜質。（2）閥門的閥頸太短，閥桿自由伸縮的行程太小，該閥門全開狀態下流道面積只有通道面積的1/3。（3）閥桿的中心軸線與圓錐密封面的中心軸線不同軸，兩者之間存在一定的夾角，造成閥門關閉時圓錐密封面與閥體密封面不能完全密封。

5閥門內漏的應對措施

解決閥門內漏問題，首先要把好閥門自身的質量關，然后按照國家規范安裝，并在運行過程中嚴格按照操作規程進行。此外，操作人員還需熟練掌握閥門的原理、性能和操作方法等，做好閥門的日常保養，使其在最佳狀態下工作。根據現場檢驗發現的問題，提出避免閥門內漏的可行性解決措施：①將閥門密封支承面的端面改成圓弧形凹面，使介質流經閥門時形成紊流，從而帶走死角積存的雜質；②將閥頸加長20mm左右，增加閥桿的自由行程從而增大流道面積，減小死角。

6結束語

氨制冷系統中，閥門內漏量的多少均是不安全因素。閥門內漏的原因有很多，但是，從最初的設計、制造到安裝、施工，乃至到最后的操作，均應采取針對性的措施，盡量減少閥門的泄漏，以使生產更加安全、高效。

作者:婁永生 林肯 單位:臺州市特種設備監督檢驗中心