氨制冷系统在国内冷库中的应用分析

２０１０年１２月洁净与空调技术ＣＣ＆ＡＣ

第４期

氨制冷系统在国内冷库中的应用分析

木

南京化工职业技术学院涂中强

魏龙

摘要简述了我国冷库的发展状况；指出了我国氨制冷系统在冷库中的使用存在着系统复杂、金属耗材量大、自控能力薄弱、安全措施不完善和能耗高等问题。强调了国内冷库继续使用氨作为制冷剂的必要性。以发达国家的氨库使用经验为基础，指出了国内氨制冷系统应用的努力方向及需改进的措施。关键词制冷剂；氨；冷库；发展状况；改进分析

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Ｓｔａｔｕｓ；ＡｐｐｌｙＡｎａｌｙｓｅ

１

我国冷库规模和现状

年水果的总产量突破６１００万吨，属世界首位【引。相比之下：我国现有冷库容量还远远不能满足要求。

近年来随着我国经济的飞速发展，我国冷库的建造也发生了很大的改变：

（１）以前冷库主要集中在大中城市和销售地，而现在小城镇、产地也建了不少冷库；

（２）以前冷库是国家建，现在一些个体户、集体也开始建。由于资金的局限性，个体户和集体所建冷库大多为１０吨～１００吨，少数的集体建２００吨一１０００吨的单层水果库，大都属于小型库。

（３）近年来装配式中小冷库发展非常迅速，这些冷库的制冷剂普遍使用氟利昂；并且分散式制冷方式被广泛使用。

我国于１９５５年开始建造第一座冷库，贮存肉食品，总容量为３万吨。１９６８年开始，北京建造第一座水果机械冷库，１９７８年建造第一座气调库。２０世纪８０年代中期我国自行设计建设了装配式冷库，库容为１０吨一５０００吨；１９９５年由开封空分集团公司首次引进组合式气调库先进工艺，并在山东龙口建造１．５万吨气调冷库获得成功，开创了国内大型组装式气调冷库的成功先例；２００１年山东远洋食品有限公司在烟台建成了我国首座超低温冷库，它包括库温为．６０℃、库容量达３０００吨；浙江海通集团股份公司也在本世纪初在慈溪建造了我国第一座立体自动化冷库，冷藏库尺寸为９０１１１×３０ｎｌ×８．５ｎｌ，库容为２０００吨。据统计，截止２００３全国有冷冻冷藏能力已达５００多万吨【１】，截止至２００６年，我国冷藏库容量约为８８０万吨，３８００万１３１，，人均占有冷藏库容积为２９升／人【２】，其中冷却物冷藏量约为１４０万吨／次，冻结物冷藏量约为７４０万吨／次。据不完全统计２００９年，我国冷库容量为９００万吨左右，折成库容积约为３９００万ｍ３。而日本早在２００４就拥有冷库容量１３２１万吨；我国１９９９年产肉６２００万吨，成为世界第一产肉大国，２０００

：ｌ：涂中强，男，１９８０年１１月生，硕士２１００４８江苏省南京市大厂葛关路６２５号南京化工职业技术学院机械系

１３９５２０５９０５５

氨制冷系统使用存在的问题和继续使用氨系统的必要性

２

２．１氨库使用存在的问题

到目前为止，我国多数大中型冷库是以氨为制冷剂的集中式制冷系统。就总体来说，我国冷库行业起步晚，全国现有冷库中，属上世纪７０年代、８０年代建造的比例很高，冷却设备耗金属量大，安全措施很不完善、存在着较大的安全隐患，冷却效

果也羞生产管理混乱，职工业务水平相对低下，设

备技术陈旧，自动化程度比较低，导致耗能较高。我国全国冷藏平均耗电水平远高于国外同行业平均水平。如我国冷藏耗电量全国平均为１３１ｋＷ．ｈ／ｍ３；而日本为４８～５６ｋＷ．ｈ／ｍ３；英国为６０ｋＷ．Ⅳｍ３。由

收稿日期：２０１０．８．１

万方数据

洁净ｓ空调技术ＣＣ＆ＡＣ

２０１０年

于氟利昂制冷系统在能效、换热、系统设备简单和自控方面的优势，人们似乎把我国的氨库使用现状的种种不利都归咎与制冷剂氨的使用上，近年来国内对氟利昂库的应用逐渐增多。２．２冷库继续用氨作为制冷剂的必要性

自１９８７．年《蒙特利尔议定书》签订以来，制冷空调界为了保护臭氧层，国际上曾采用ＤＯＰ相对较小的ＨＣＦＣｓ类制冷剂（主要为Ｒ２２），目前主要采用ＤＯＰ＝０的ＨＦＣＳ类制冷剂（主要为Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０ａ、Ｒ４０７ｃ等）逐步完成了对ＣＦＣｓ类制冷剂的替代。但随着对地球环境的进一步研究，人们逐渐认识到当前所大量使用的制冷剂是地球气候变暖的主要诱因之一，缓解全球变暖变得极为迫切。由于ＨＦＣｓ类制冷剂的高温室效应潜能问题，所以目前市场上的主流应用ＨＦＣＳ类制冷剂

（Ｒ１３４ａ，Ｒ４０４Ａ，Ｒ５０７ａ，Ｒ４０７Ｃ和Ｒ４１０Ａ等）

又面临淘汰。经过大量的研究，人们逐步认识到：目前的侯选制冷剂没有一种是理想的，未来要想很快发现理想制冷剂也是极不可能的。因此，人们重新将目光转向对地球生态系统无害的氨、二氧化碳等自然工质。氨的ＤＯＰ＝０，ＧＷＰ＝０；在实际应用中，国外氨库在发达国家（美国、德国、加拿大）的冷库中的使用占绝大多数，且使用效果良好：在国内外大中型冷库中，目前采用氨制冷剂是主流：今后氨仍然将是主要制冷剂。

３

氨制冷系统在我国冷库中的应用需要改进的方向

３．１压缩机

在压缩式制冷中，压缩机消耗的能量占最大的比例。目前在我国氨库的制冷系统中，制冷压缩机绝大多数为活塞式。活塞机能量调节上很薄弱，我国的活塞式制冷系统基本上不能做到负荷的无级调节，制冷系统综合性能指数低。能量不能太大，无级调节比较困难。螺杆式压缩机的结构简单，体积小，易损部件少，寿命长，振动小，容积效率高，对湿压缩不敏感，能实现无级调节；近年来螺杆式制冷压缩机的应用逐步的增多。但由于我国在这方面制造技术、工艺落后，缺乏研究和价格较高（高性能机依赖外国技术）等因素，氨螺杆机的应用所占比例不大。与我国相反是：在２０００年时，美国和加拿大冷库制冷装置中，用活塞式压缩机的厂只占１９％；并且在其使用的螺杆机中，带经济器的占１／３，具有可变内容积的占２／３，带微处理器的占了８７％，有部分螺杆式压缩机已采用了变频调速【４】。这些数据说明，我国氨库必须努力推广氨高性能螺

万方数据

杆式压缩机的应用，我国在此方面有很大的潜力可

挖掘。

３．２换热器

（１）冷凝器。我国冷库中一般采用壳管式冷凝器，它是靠水温升高的显热来带走冷凝热：由于其用水量大，需要采用循环水，配置冷却塔。这样就增加了冷却塔的投资、占地和维护管理，冷却水系统的水泵的能耗也远远大于蒸发式冷凝器。蒸发式冷凝器兼有冷却塔的功能，不需另外配备冷却塔，可以简化系统。由于它靠水的蒸发潜热来吸取制冷剂的冷凝热，冷却水的流量相当于管壳式的１０％。１５％，因此，采用蒸发式冷凝器时，冷凝温度较低，冷却水系统的水泵的能耗减少。国内在蒸发式冷凝器的使用中出现的主要问题是：管组严重结垢，喷头经常堵塞等，影响了蒸发式冷凝器在我国的推广使用。在美国的冷库中，蒸发式冷凝器占了绝大多数；显然这些问题在美国冷库中已得到较好地解决，其经验值得深入分析研究。

（２）蒸发器。由于我国至今还没有找到与氨溶解性很好的润滑油，受油的影响，国内氨制冷系统蒸发器换热性能较差。氨库常采用的液式管壳蒸发器，充灌量较大，通常为１ｋｇ／ｋＷ。为减少系统中氨的充灌量，增强化热性能，人们又倾向于使用板式换热器和试图找出一种与氨溶解性好的润滑油。近年来国外在这些方面有突破【５】：瑞典的ＡｌｆａＩ。ａｖａｌ公司实施每两片不锈钢板片用激光焊接成封闭模槽流道组，然后在组与组之间用橡胶封圈密封，有螺栓施加密封压力，这样就避免了传统方式中封闭氨的边框橡胶封圈，大大减少氨的渗漏。为杜绝氨的微量渗漏，该公司又研制了采用镍合金为焊料的焊接板式换热器。德国ＧＥＡＥＣＯＦＬＲＥＸ公司在瑞典工厂生产采用９９．９９％铜钎料的焊接板式换热器（ＳＵＳ３１６板片），在氨的流通模槽流道中采用耐氨腐蚀涂层，其最大工作压力，温度分别达３．０ＭＰａ／２００℃。德国开发的紧凑型氨制冷装置，由于采用了板式换热器，使整个系统充注制冷剂的容量小于蒸发器的体积，单位制冷量所需氨制冷剂的容量

仅为６５ｇ／ｋＷ。据报道在日本前川制作所开发的新

型分体式氨制冷剂冷水机组中，采用了与氨互溶的润滑油。新型钎焊型热交换器和相溶性冷冻油的应用，使换热量比此前使用矿物油时增加了１６０％，体积大大减小。近年来，有将纳米科技应用于强化换热的研究【，；在制冷剂中加入纳米颗粒能显著增大润滑油的溶解度、显著增强换热效果、大幅度减小制冷剂的粘性以减小流动阻力系数，节省输送能量和避免各并联蒸发器的制冷剂分配不均匀性。

第４期氨制冷系统在国内冷库中的应用分析

３．３系统简化

与氨相溶的润滑油开发成功后，在设计中，就可省去油氨分离器集油器以及相应的管路和阀门。我国在２０００年首次将氨电子膨胀阀应用于氨制冷系统，通过氨膨胀阀或氨电子膨胀阀，便可省去低压循环桶等一些附属设备。采用蒸发式冷凝器可以省去冷却塔。另外通过研究证明：采用二次节流的氨制冷系统比采用一次节流的系统的运行经济性更好；或者能效比大，并节省初投资；更重要的是能省去中间冷却盘管，简化了系统【６】。如此，设计师们便可采用氟利昂制冷系统的设计思路来进行氨制冷系统设计。并在氨制冷系统的高压侧采用机电一体化的设计思路，氨制冷系统便可以得到进一步的简化，并提高氨制冷系统的自动控制性能。

在传统的氨系统的基础上，也可以使用采用ＣＯ，／ＮＨ，复叠式制冷系统，其中ＮＨ，作为高压级制冷剂ＣＯ．作为低压级制冷剂。这种制冷系统既克服了氨的蒸发温度过低，系统负压运行渗入空气的问题；又克服了二氧化碳作为制冷剂的临界温度过低（仅为３１．１℃，即高于此温度就无法冷凝）的问题。这种系统在我国山东已有样机并处于推广阶段。文献［７】报道了一个实际装置的配置。该系统充注量２５００ｋｇ，氨的充注量２４０ｋｇ，制冷量分别为３５０ｋＷ。根据国外专家的评估【７】，在蒸发温度的。蒸发温度在一３５℃以下，采用ＣＯ。／ＮＨ，复叠式制冷，不仅可以降低初次投资、提高效率，而且大大减少了系统的充氨量、减小了设备的体积。氨具有一定的毒性和可燃性，在其安全性分类中属于Ｂ２类制冷剂。长期以来，氨的毒性和可燃性被人为夸大了。一是由于氨的气味具有强烈的刺激性，二是发生过一些氨泄漏及管路爆裂等事故。实际上，氨的燃点为７００℃～７８０℃，在没有明火持续提供足够的热量时，不易发生燃烧或爆炸。另外氨有刺激性气味有微少的泄漏就会被及时发现，而这一浓度远低于氨的着火浓度；氨蒸汽比空气轻，很容易通过有组织通风排出室外；而且，当氨和水接触时能很快被水吸收：这些性能可用来消除空气中的氨，大大减少事故的发生。１００多年的应用历史表明【ｓ；氨的事故率是很低的，完全可以从设计、工程安装和操作上避免。

系统中的氨充灌量与其发生危险的可能性密切相关，在系统设计中通过优化系统、采用板式换热器、干壳式蒸发器、采用氨直接膨胀供液方式、

万方数据

采用ＮＨ，／ｃｏ．复叠式制冷循环等措施可以使制冷剂的充注量大幅度减少。另外，采用直接膨胀供液和与氨互溶的润滑油简化的大型氨制冷系统也会因系统的简化，用氨量大大降低。另外，为了减少制冷装置泄漏的可能性，在设计、安装制冷系统时，将

所有的管道连接尽量采用焊接，不用或少用法兰盘连接。系统中不设置可有可无的阀门，对一些控制、

关闭阀门采用带密封帽的专用阀。在系统的低压部分，特别是在库房内，不应设置任何阀门；使用系

统双安全阀，压力控制器在系统压力超过规定值的

报警停机、液位控制器的正常液位控制及超高液位报警停机。提高操作维修人员的技术水平，减少因操作带来的氨泄漏。

根据系统的用氨量设置有不同容量的水罐和相应的控制系统，以备事故时的紧急泄氨（应急措施），在机房外或可能需要检修的地方（如低压循环桶、氨泵附近）设有手拉式淋浴器和洗脸水盆，用于人身防护。在机房和库房内设吊顶消防喷淋装置，由独立的水系统组成，一旦发生泄漏，立即供水处

理被泄漏房问。

４

结论

以上是对我国氨制冷系统在冷库中的应用存在的问题：系统复杂、换热器金属耗材量大、压缩机自控能力薄弱、安全措施不完善和能耗等进行了简要的分析。目前的环保形势和已经出现的技术和国外的应用先进经验说明：我国应该加大对氨制冷系统研究力度，勇于研究和借鉴德、美、日等发达国家的氨制冷先进技术，改善目前的我国氨库应用状

况。

参考文献

【１】康三江．浅议国内外冷库行业发展现状与趋势【Ｊ】．保鲜与加

工，２００６，６（３）

［２】李夔宁，王贺，吴治娟，等．冷库节能途径探讨【Ｊ］．节能技术，

２００８（２）

［３】叶尉南．我国冷库建设的现状及人世后冷库建设的发展趋

势［Ｊ】．冷藏技术，２００２，６（３）

［４］张建一．美国和加拿大冷库设计的节能技术研究［Ｊ】．制冷

学报，２０００，６（３）

［５］杨一凡．氨制冷技术的应用现状及发展趋势［Ｊ】席０冷学报，

２００７，２８（４）

［６】魏蔚，刘向群．二次节流的氨制冷循环在冷库二程中的应

用与推广［Ｊ】．山东商业职业技术学院学报，２００２，２（３）

［７】ＢｅｌｏｚｅｒｏｖＧ，ｅｔａ１．Ｃａｓｃａｄｅｔｙｐｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓｗｏｒｋ

．ｉｎｇ

ｏｎ

ＣＯＪｒ，ｒＨ，ｆｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｐｒｏｄｕｃｔｓ

ｆｒｅｅｚｉｎｇａｎｄｓｔｏｒａｇｅ［Ｃ］／／ＴｈｅｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＡｍｍｏｎｉａＲｅ．ｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＴｏｄａｙａｎｄＴｏｍｏｒｒｏｗ．２００７（４）

［８］张建一，徐颖．国内外大中型冷库制冷剂的现状和发展动

向【Ｊ】．制冷学报，２００９，３０（４）

【９】韩玮．制冷剂的研究与发展概况【Ｊ】．核工程研究与设计，

ＣＯ．的蒸发温度为．４２℃，冷凝温度一１１℃。ＣＯ．的一３５℃以上，压缩式制冷采用氨制冷剂是最节能３．４安全措施

氨制冷系统在国内冷库中的应用分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

涂中强， 魏龙， Tu Zhongqiang， Wei Long南京化工职业技术学院

洁净与空调技术

CONTAMINATION CONTROL & AIR-CONDITIONING TECHNOLOGY2010(4)

参考文献(9条)

1.康三江 浅议国内外冷库行业发展现状与趋势[期刊论文]-保鲜与加工 2006(03)2.李夔宁;王贺;吴治娟 冷库节能途径探讨[期刊论文]-节能技术 2008(02)

3.叶尉南 我国冷库建设的现状及人世后冷库建设的发展趋势[期刊论文]-冷藏技术 2002(03)4.张建一 美国和加拿大冷库设计的节能技术研究[期刊论文]-制冷学报 2000(03)5.杨一凡 氨制冷技术的应用现状及发展趋势[期刊论文]-制冷学报 2007(04)

6.魏蔚;刘向群 二次节流的氨制冷循环在冷库二程中的应用与推广[期刊论文]-山东商业职业技术学院学报2002(03)

7.Belozerov G Cascade type refrigeration systems work -ing on CO2/NH3 for technologyical processesof products freezing and storage 2007(04)

8.张建一;徐颖 国内外大中型冷库制冷剂的现状和发展动向[期刊论文]-制冷学报 2009(04)9.韩玮 制冷剂的研究与发展概况[期刊论文]-核工程研究与设计 2008(12)

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5. 何恩洁.陈灵方.孟正乐.徐杰.张三妹 新型组合式冷库在蚕种冷藏中的应用[期刊论文]-蚕桑通报2006,37(1)6. 谭小术.童刚.宋建平.韩思强.文福春 氨压缩机油冷却的技术改造[期刊论文]-小氮肥设计技术2006,27(3)7. 沈学明 装配式冷库制冷工艺存在的问题及解决的措施[期刊论文]-制冷2001,20(2)8. 周树林 合成气压缩机油系统的改进[会议论文]-2001

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10. 谭小术.童刚.宋建平.韩思强.文福春.TAN Xiao-shu.TONG Gang.SONG Jian-ping.HAN Si-qiang.WEN Fu-chun 氨压缩机油冷却系统的技术改造[期刊论文]-化肥设计2007,45(2)

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