氨制冷的发展趋势

何朝阳

摘 要：氨作為一种绿色环保的优质制冷剂，相比于其他制冷剂，具有良好的热力学性能，节能特性明显。但氨是危化品，可燃，具有刺激性气味，当浓度较高时有爆炸的危险。氨制冷的发展不仅能提高单位制冷量形成经济效益，还能推进我国制冷制冷行业可持续发展、环保、节能步伐。本文通过对我国现有的氨制冷冷库的一些情况进行技术分析，结合国外先进国家的发展情况对未来进行展望。利用氨制冷系统的自动化、智能化及氨制冷的小型化的相关理论和知识，结合冷库自动化的发展成度和现在的制冷技术发展，探讨氨制冷系统的未来的发展方向。

关键词：氨制冷系统;自动化;安全管理

近年来我国经济与科技取得了快速的发展，进一步推进了我国制冷技术的进步与制冷行业发展。人们已经逐渐认识到在制冷过程中氟利昂对环境造成的影响和破坏，特别是氟利昂对环境很不友好。氨制冷剂由于具有良好的热力学性能和对大气层的友好性，受到了越来越多的制冷从业人员的青睐，越来越多的学者致力于氨的安全性能和制冷系统及其设备技术的研究。但对于氨制冷潜在的危险性，我们也应该有个清晰的认识。要推进氨制冷技术的发展，必须避免氨制冷剂的泄露，提高制冷功效。然后是提高系统的能效比 ，并沿着小型化、自动化的发展方向 ，更进一步发挥氨制冷系统在制冷领域的优势。

一、氨制冷面临的问题

氨气有刺鼻的异味和剧烈的毒性，氨蒸汽浓度较高时会使人中毒。氨在空气中的容积浓度超过15.7%时遇明火就有爆炸危险。氨具有毒性。在一定的浓度下，接触一段时间就会造成中毒。 如果氨大规模的泄露，由于氨的分子量小于空气的平均值，发生氨泄露就容易泄露到空气中，造成更大的影响。同时氨微溶于制冷系统中的润滑油，管道内有水时会对铜锌及合金有腐蚀作用，这些都是在使用氨制冷时必须要克服的问题。

氨制冷技术在国内应用情况比较好，有很多成功运用氨制冷技术的案例，也积累很多宝贵的经验。但这些还远远不够，我们还需要对氨系统建立系统化的研究。在我国目前在冷库设计时采用的一些参数和数据，有的来源于国外研究资料，有的来源与我国刚建设冷库积累的数据。在计算机技术十分发达的今天，我们完全由能力把我们建设设计时需要的数据，根据具体冷库情况 ，准确的计算出更加准确的数值，建立更加可靠的数学模型。

二、氨制冷系统发展现状

氨制冷的历史悠久是最古老的制冷剂之一;Linde在1876年制造了氨制冷压缩机用于一家啤酒工厂的冷却，从此氨制冷开始飞速发展。氨制冷技术不仅应用于啤酒厂，也开始慢慢涉足食品冷保鲜、冰激凌的制作和一些制冰设施。并且在19世纪取得了较大的发展，也慢慢应用于化工生产、建设工程、出海捕鱼和农场种植提供制冷。氨制冷系统的应用性相对较广，在特大型冷库之中为了有效避免氨制冷剂发生泄漏，都会尽可能避免使用氨，主要采用的方式是将氨作为制冷剂，并与乙二醇等作为载冷剂完成制冷系统的工作。后在国外相关技术研究领域之中，主要减少了系统制冷剂的注入量，从根本上减少氨泄露的风险种方式。

氨制冷相关技术取得较大进展，相关理论研究和成功案例越来越来多，为氨制冷系统的发展奠定了基础。近些年国内外涉氨制冷技术发展突飞猛进，复叠式制冷、CO2载冷及氨的冷水机组技术都有较大的进步;（1）N H 3 / C O 2复叠式制冷;在这套制冷系统中，CO2作制冷系统在低温循环时的相变冷媒，使低温级工作时的压力大幅度减低， 后中被氨冷凝。而系统的高温级部分，扩展了制冷系统的使用范围，保证了系统有更大的可操作空间。运用二氧化碳做冷媒的复叠式制冷不仅能解除单一氨制冷的限制。还能一定程度减少氨在制冷过程中的注入量，复叠式制冷系统的氨的充注量仅传统氨制冷的十分之一左右， 提高了氨制冷系统安全性。（2）CO2载冷技术：与传统载冷剂相比，CO2载冷剂具有较大的比热容，热导率也很高等优点。通过CO2的相变来吸收热量，大大减少载冷剂的充量，从而使载冷剂的管径减小，使载冷设备的体积大大减小。（3）N H 3冷水机组技术：氨冷水机组的结构比较简单对环境的要求也不高，可广泛用于酒店、商场、医院、娱乐场所、工厂的空调和工业冷却以及提供冷却水。氨冷水机组也是民用中央空调的一种应用趋势。氨冷水机组由于氨的毒性和潜在爆炸危险，在更多方面的应用受到限制。但是只要能够充分保证其安全性，能促使氨冷水机组技术得到更多的发展。

三、氨制冷技术发展趋势

（一）氨制冷的机组化，小型化趋势

目前氨制冷多被使用在一些大中型的制冷工程中，很少用于中小型制冷工程和民用制冷设施。主要原因是氨制系统所需设备元件较多，管道和油路都很复杂。氨制冷系统的小型化，离不开制冷相关技术的进步;（1）润滑油：国外的一家公司开发出出能溶于氨的润滑油PAG。此种润滑油作为一种烯化聚合物，是由氧丙烯基、氧乙烯基进行处理后改造而成。在氨制冷系统中使用PAG可以在设计时减去润滑油分离装置等，精简设备管道。（2）氨用换热器;在我国制冷系统使用较多的换热器是橡胶圈换热器，在油和氨的作用下会有泄露的风险。目前比较成熟的换热器方面的技术有：铜钎料的焊接板式换热器， 采用耐氨腐蚀涂层等等。换热器强化传热技术的快速发展，不仅提高了工作效率，还缩小了换热器的尺寸。（3）电子膨胀阀：氨的单位制冷量较大使流量较小，需要对流量有更精确的控制能力，手动节流阀并不符合这种工艺要求。而采用电子膨胀阀则可以对氨制冷系统中所需要的流量进行精确控制，更好的维持制冷系统的运行。

氨制冷系统中的各种阀件和相关设备的慢慢的走向小型化，很多控制阀件尤其是膨胀阀、过滤器，正在向集成度越来越多高的方向发展，可以省去低压循环桶等一些附属设备。同时通过优化设计，简化与完善制冷循环 ，实现氨制冷装置的机组化和小型化。又因为PAG润滑油和高效的换热技术的研发， 为氨制冷装置的机组化和小型化提供了重要条件。氨制冷的小型化可以扩展氨制冷的应用范围，不仅仅运用在大中型制冷冷库中，还能推进氨制冷在中小型制冷设施中的应用。

（二）氨制冷技术的自动化发展

在大多数涉氨制冷设备中，如何保障制冷系统始终得到适量的制冷剂供给以及制冷系统的压力、液位水平等进行精准的控制与调节是个很重要的课题，以自控技术为核心的自动供水及供氨控制系统，由于系统稳定，通过模拟量的控制可以很好的解决这个问题。在计算机技快速发展的今天，更进一步提升了制冷系统自动化发展的速度。目前我国氨制冷技术由于技术和安全及成本等方面的原因，自动化的普及程度并不高。我们应该加强对氨制冷自动化的重视以满足更高使用需求。 氨制冷技术的自动化发展既是制冷技术的创新性发展， 同时也是推进制冷行业发展的重要举措。

可以预见的是 ， 随着对氨制冷剂强化传热技术、 氨用金属材料和润滑油等科研成果的完善和制冷工艺的进一步改进， 氨制冷设备的整体质量将更有保障 ，运行能效比也将不断提高。氨制冷的安全性也会得到保障，充分发挥出氨制冷剂所具有的良好热力学性质。

参考文献

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[2] 程龙. 氨制冷系统安全分析及其工程应用研究[D].哈尔滨商学，2015

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