杨一凡老师课件氨制冷原理及系统特点-特种设备

1、氨制冷原理及系统管道特点氨制冷原理及系统管道特点中国制冷学会中国制冷学会全国制冷标准化技术委员会全国制冷标准化技术委员会杨一凡杨一凡 2014-02-24 北京北京 中国制冷学会中国制冷学会概要概要一、氨制冷技术主要应用领域一、氨制冷技术主要应用领域二、制冷原理二、制冷原理 2.1、主要制冷设备 2.2、制冷剂 2.3、制冷原理三、氨制冷系统三、氨制冷系统 3.1、氨制冷剂特性 3.2、主要氨制冷设备 3.3、氨制冷系统 3.4、氨制冷系统安全部件 3.5、系统管道特点 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域 1.1 应用领域应用领域 由于液氨具有良好的热力学性能和对大气层无

2、任何不良效应、价格低廉，被全球制冷行业作为制冷剂广泛应用于工商制冷系统。 如：农、畜、肉、水产品、果蔬等食品加工、储藏；化工；核电；水利水电建设等，特别是在为保证易腐食品品质而建设的大中型冷库中应用最为普遍（全球约80%的大型冷库应用氨制冷系统）。 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域1.2 氨制冷冷库及食品加工氨制冷冷库及食品加工1、冷库 在人工制冷条件下，贮藏货物及为其配套的建（构）筑物。包括库房、制冷机房、控制室、变配电室等。 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域冷库库房u冷却间u冻结间u冷却物冷藏间（高温库）u冻结物冷藏间（低温库）u控温穿堂（月

3、台、站台） 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域氨制冷冷库及食品加工氨制冷冷库及食品加工 加工车间：禽类、水产类、果蔬类、肉类 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域2、冷库建设情况 2010年6月，发改委出台的农产品冷链物流发展规划，促使我国冷库建设达到建国以来的高峰期。从2010年的880万吨到2012年底的2010万吨。目前建设速度虽有减缓，但一些大型冷库仍在筹划建设中。 其中，氨制冷应用约占新建冷库总量的80%。由于联合国环境规划署 “蒙特利尔议定书”对氟利昂制冷剂逐步淘汰计划的实施，氨制冷技术在大型工商制冷领域的应用尚有快速发展趋势。 中国制冷学

4、会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域3、冷库安全u冷库建筑及制冷系统部分设备和管道需要保温，保温材料的阻燃防火； u冷库库房需要制冷，制冷通过机械压缩制冷循环实现，系统内制冷剂需承载一定的压力（氨制冷系统高压部分正常工作压力：0.8 MPa -1.4MPa），防止容器、管路系统内压力超高，发生开裂和爆炸；u制冷系统通过制冷剂循环完成换热，需预防制冷剂的泄漏。冷库安全，防火、防爆、防漏 原建冷库、新建冷库、废旧冷库（安全隐患） 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域 据不完全统计，近5年，我国涉氨制冷企业（冷库）安全生产事故约110余起。其中：u泄露事故47.4%u火

5、灾事故（冷库保温材料）占39.7%u火灾及爆炸事故占5.1%u爆炸事故7.8% 吉林、上海事故造成特重大、重大安全事故，多发生在人员密集场所（国外自动化程度很高，我国人工操作），如：加工车间用速冻机。 中国制冷学会中国制冷学会一、主要应用领域一、主要应用领域4、为什么我国涉氨制冷企业事故频发不断？诱因分析：人：企业自身管理、行业管理等； 设计、施工、企业专业人员资质问题等； 标准规范安全设施的进一步加强等。物：硬件设施问题 制冷设备；压力容器 、压力管道、阀门；安全设施配套等。 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.1 制冷循环蒸汽压缩式制冷循环 由四个过程组成的循环：液体制冷剂

6、的蒸发或气体制冷剂的等压吸热；制冷剂蒸气或气体的压缩；制冷剂蒸气的液化或气体的等压放热;制冷剂液体的节流或气体的膨胀。复叠制冷循环 由两个或两个以上各自独立的制冷系统组成的制冷循环。各制冷系统使用不同的制冷剂。高温系统的蒸发器亦为低温系统的冷凝器。蒸气喷射式制冷循环 利用喷射器把制冷剂蒸气从蒸发器压送到冷凝器之后液化、节流并在蒸发器中吸热蒸发的制冷循环。吸附式制冷循环、空气制冷循环 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2 蒸汽压缩式制冷循环蒸汽压缩式制冷循环2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备2.2.2 制冷剂2.3.3 蒸汽压缩式制冷循环制冷原理 中国制冷学会中国制冷学

7、会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备制冷压缩机制冷压缩机冷凝器冷凝器节流装置节流装置蒸发器蒸发器 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备制冷压缩机及用途制冷压缩机及用途 常用类型：常用类型： 活塞式制冷压缩机活塞式制冷压缩机 螺杆式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备冷凝器及用途冷凝器及用途 常用类型：常用类型： 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设

8、备节流装置及用途节流装置及用途 常用类型：常用类型：节流阀节流阀热力膨胀阀热力膨胀阀电子膨胀阀电子膨胀阀 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备蒸发器蒸发器（冷风机、排管）及用途常用类型：常用类型： 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统蒸发器（快速冻结装置）及用途 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.1 蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备蒸汽压缩式制冷循环主要制冷设备制冷压缩机制冷压缩机冷凝器冷凝器节流装置节流装置蒸发器蒸发器 蒸汽压缩式制冷循环简图 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.2

9、制冷剂制冷剂 通过自身热力状态的循环变化，与外界发生能量通过自身热力状态的循环变化，与外界发生能量交换，达到制冷的目的。交换，达到制冷的目的。常用类型：常用类型：氨氨氟利昂氟利昂（饱和碳氢化合物氟、氯、溴衍生物的总称）（饱和碳氢化合物氟、氯、溴衍生物的总称）表示方法：表示方法：无机化合物：无机化合物：R7R7(+(+分子量分子量) )， NH3(R717)(R717)、 CO2 (R744) (R744)氟利昂（氟利昂（ CmH2m+2）和烷烃类（）和烷烃类（ CmHnFxCLyBrz）：）： R R、物质分子式中的组成元素符号、物质分子式中的组成元素符号（CFC/HCFC/HFC)CFC/H

10、CFC/HFC) 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.2.2 制冷剂制冷剂选用原则：选用原则：具有环境可接受性；具有环境可接受性；热力性能满足指定的使用要求；热力性能满足指定的使用要求；传热性和流动性好；传热性和流动性好；化学稳定性和热稳定性好，使用可靠；化学稳定性和热稳定性好，使用可靠；无毒害，不燃不爆或燃爆性小，使用安全；无毒害，不燃不爆或燃爆性小，使用安全；价格低廉，来源广。价格低廉，来源广。 难觅！难觅！ 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.3.3 蒸汽压缩式制冷循环制冷原理蒸汽压缩式制冷循环制冷原理 制冷原理简图 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二

11、、制冷原理2.3.3 蒸汽压缩式制冷循环制冷原理蒸汽压缩式制冷循环制冷原理 由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等设备、由制冷压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器等设备、阀件通过管道连接，形成密闭的制冷系统，制冷剂阀件通过管道连接，形成密闭的制冷系统，制冷剂（氨）在该系统中（氨）在该系统中吸收或放出热量吸收或放出热量，达到对外部介，达到对外部介质降质降/ /升温的作用。升温的作用。（温度变化，相变：显热、潜热）（温度变化，相变：显热、潜热） 中国制冷学会中国制冷学会二、制冷原理二、制冷原理2.3.3 蒸汽压缩式制冷循环制冷原理蒸汽压缩式制冷循环制冷原理 高压液态高压液态的制冷剂通过膨胀阀节流，变成低

12、压的制冷剂通过膨胀阀节流，变成低压低温的液低温的液体体，进入蒸发器，吸收外部介质的热量，变成了，进入蒸发器，吸收外部介质的热量，变成了低压低温气低压低温气体体，被制冷压缩机吸入压缩，变成，被制冷压缩机吸入压缩，变成高压高温气体高压高温气体（工作压力（工作压力：0.8MPa -1.4MPa0.8MPa -1.4MPa） ，进入冷凝器，与外部冷却介质（水或空，进入冷凝器，与外部冷却介质（水或空气）进行热交换，被冷凝成气）进行热交换，被冷凝成高压常温的液体高压常温的液体。 （压力变化：冷凝、蒸发）（压力变化：冷凝、蒸发） 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统3.1 氨的特性氨的特性

13、液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味。液氨蒸发温度是-33.5。u氨制冷剂具有优良的环境性能和热力学性能氨的消耗臭氧潜能值ODP=0，温室效应潜能值GWP=0，是一种环境友好型制冷剂；氨的标准沸腾温度（-33.5）低，在蒸发器和冷凝器中的压力适中，单位容积制冷量大，蒸发潜热大（-15时的蒸发潜热是R22的6.4倍，是R410A的5.5倍），节流损失小，制冷系数高，在相同工作温度和制冷量的条件下，与R22等制冷系统相比，其压缩机和换热器的尺寸可以更小，可节省材料；氨分子量为17，蒸气密度比空气小，泄漏时极易上升从屋顶逸出室外；氨极易溶于水，当遇到大量泄漏的紧急情况时容易排除；氨的

14、来源广泛、价格低廉。 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统3.1 氨的特性氨的特性u氨制冷剂存在缺点氨与矿物基润滑油和PAO润滑油不相容，且因氨的密度比润滑油小，润滑油沉积在制冷系统的管道、容器的底部，故通常采用满液式蒸发器和氨泵供液形式，并结合采用油分离器和集油器等设备，通过手动与自动控制使润滑油安全返回压缩机；当氨中含有水分时，则对锌、铜、铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用；氨具有刺激性气味且有一定的毒性和可燃性；危险化学品名录（2002版）界定，氨属于第2.3类有毒气体。在较高温度下，氨和空气混合物体积浓度达到15.727.4%时遇明火可引起爆炸。建筑设计防火规范（GB500

15、16-2006）液氨的火灾危险性分类为乙类第2项。 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统3.2 氨制冷设备a.氨制冷压缩机b.冷凝器c.节流装置d.蒸发器（冷风机、排管、快速冻结装置等） 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 e.油分离器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 f.集油器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统g.空气分离器用途用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 h.贮氨器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 i.低压循环桶用途用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨

16、制冷系统三、氨制冷系统 j.中间冷却器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 k.气液分离器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 l.紧急洩氨器用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 m.氨泵用途 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统3.3 氨制冷系统a.氨制冷压缩机 （螺杆式制冷压缩机组）b.冷凝器 c.节流装置 d.蒸发器冷风机、排管、速冻装置 e.油分离器f.集油器 g.空气分离器 h.贮氨器i.低压循环桶 j.中间冷却器k.气液分离器l.紧急洩氨器 图2 氨泵强制循环供液制冷系统简图m.氨泵 (其他：重力供液

17、、满液供液、直接膨胀供液） 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统a.氨制冷压缩机作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统b.冷凝器作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统h.贮氨器作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统c.节流装置 i.低压循环桶作用连接 管路供液 方式 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统供液方式及所用设备：氨泵强制循环供液：低压循环桶、氨泵重力供液：气液分离器满液供液：气液分离器直接膨胀供液：气液分离器 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统d

18、.蒸发器（冷风机、排管、速冻装置 ）作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统e.油分离器 f.集油器作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统g.空气分离器作用连接 管路 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 图2 氨泵强制循环供液制冷系统简图 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统3.3 氨制冷系统 氨作为制冷剂，低压氨蒸汽经过压缩机压缩成高压气体，经过氨油分离器分离压缩机带出的冷冻油雾后，进入冷凝器被冷凝成高压液氨，进入贮氨器。高压液氨通过直接膨胀供液或经过节流阀降压后，通过氨泵强制供液（低压循环桶）、重力

19、供液（氨液分离器）等方式送入蒸发器，低压的氨液吸收外界的热量由液态转化为气态，再次被压缩机压缩。 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统三、氨制冷系统 为确保制冷压缩机吸入气态制冷剂，通过氨液分离器、低压循环桶将未被完全蒸发的制冷剂液体留在容器中继续供给蒸发器吸热制冷；通过集油器收集压缩机带到系统中的冷冻油，适时排除系统；通过空气分离器，排除系统内空气等不凝性气体，避免影响换热效率。另外由于换热需要，还需配置了相应的冷却循环水系统。为确保氨制冷系统的安全运行，还配备了安全阀及紧急洩氨器等相应的系统。 涉氨制冷企业，由于各自生产需求的不同，氨制冷系统存在一定的差异。 中国制冷学会中国制冷学会三、氨制冷系统