NH3/CO2制冷系统的研究

程红俭

摘要：随着我国经济的不断发展，设备的制冷系统也在不断改进，本文主要研究NH3/CO2制冷系统在应用中的问题，从下面几个方面讨论了NH3/CO2制冷系统的优点，并探讨NH3/CO2制冷系统在相关项目中的应用。

关键词：节能环保制冷系统冷库安全

近些年，由于不断发生氨制冷系统的安全问题，所以建立更安全、更节能的制冷系统成为了业界的主要研究问题。不断深入研究NH3/CO2制冷系统中存在的问题，通过深入研究，我国在成功研制出第一个NH3/CO2应用程序。欧盟、日本等一些发达国家在不断积极提倡NH3、CO2等自然工质。NH3/CO2冷却系统非常完善的安全性和节能效果。

一、工质分析

1.1 重新认识氨工质

工质氨是一种自然工质，工质氨在现阶段是制冷效果最好的制冷剂，工质氨在现阶段制冷系统中占据主要位置，其工质的自身不带有破坏性，完全符合环保要求，它是一种具有较强刺激性的气体，根据现阶段的国家标准可以了解到氨属于轻微有毒气体，若氨泄漏，也不会对人体造成较大的伤害，空中氨的成分占据15.7%-27%，氨在遇到明火时会发生燃烧或者爆炸，在些人员相当多的地方，不能使用氨。在一些国外地区，在使用氨的制冷系统中，其氨充注量要控制在500kg以下，不能大于500kg。

现阶段，我国针对于氨已经有了一些规定，有毒气体氨的临界量为10吨，若注入氨超过10吨以上，就要按照相应的计算公式进行分级重大危险源，根据相应的法律以及安全管理条例进行安全评估和分级，

根据相关规定，在使用氨作制冷库制冷系统时，相关制冷系统氨的充注量要控制在40000kg以下，对于一些人员较多的房间，不能直接利用氨直接蒸发制冷系统，例如产品整理间、包装间、分割间等客房的空调。

单位氨工质价格：NH3市场基准价格约为每吨3800-4500元。

1.2 临近淘汰的氟利昂R22

R22通过HCFCs制冷剂容易对臭氧层造成损害产生温室效应，且制冷率相比比NH3也比较低。1995年维也纳会议规定发达国家在2020年停止使用氟利昂制冷剂，规定发展中国家要在2030年彻底不能使用氟利昂制冷剂，除去一些特殊用途以及维修。

R22是一种不可燃烧的气体，无色无毒，当R22发生泄漏时很难察觉到，对大气的污染是非常严重的，在R22接触明火时会产生有剧毒的光气。

1.3 价格高、GWP值高的替代工质R404、R507

现阶段，能够代替R22的工质有两种，R507和R404A，两种工作流体的热力学性能类似于R22，冷却效率没有NH效率高。一些压力容器的设计压力相比较而言要比R22高。

两种R404、R507工质，虽然臭氧消耗潜力满足环境要求，但是全球变暖潜力比较高，全球变暖潜值高就代表着不能长期使用两种工质，要保证工质的臭氧消耗潜力，全球变暖潜力都要满足环境要求。

工作流体价格：R507吨市场基准价格90000至100000元，每吨R404市场基准价格45000至50000元。

1.4 天然工质二氧化碳

二氧化碳是一种不可燃烧的无毒性气体，对商品没有任何危害，如果发生火灾时，CO2本身不仅不会污染大气，还会起到灭火剂的作用。

二氧化碳本体具有以下优良的热力性质：第一，CO2是自然工质，第二，是一种不可燃烧的无毒性气体，第三，单位容积冷却能力高，第四，流动性较为强具有较好的传热性，第五，市场价格价格便宜，收集二氧化碳较为容易，第六，具有良好的化学稳定性。二氧化制冷系统与普通的制冷剂相比，系统压力较高。因此部件配置要求比其他制冷系统高。

二、NH3/CO2系统特征

2.1 采用NII3/CO2系统，具有其他系统没有的独特优势

（1）安全性：NH工作充注量小，仅限于冰箱的范围，约为现有氨系统充电量的l0%。二氧化碳制冷系统可以在人员较多的地区使用，即便发生泄漏，对人体也是没有危害的。二氧化碳是不具有腐蚀性的气体。

（2）环保：NH3/CO2是全球制冷劑行业倡导的自然制冷剂之一。

2.2 NH3/CO2使用的项目

NH3/CO2制冷系统在人员密集的地区也是非常实用的，比如，加工区域的冷冻间、单冻机、暂存间、冷却间等等。

三、项目应用分析

3.1 某20000吨低温物流仓库项目

根据系统的充注量以及COP两方面，利用通用的全氨系统进行研究。这个项目的蒸发器要全部利用钢管顶排管 D38x3，保证室温在-25℃，若整个项目全部采用氨工质，那么上部排管氨充注量应该在34.3t左右，而机房低压循环通气管路充注量约为5-8t，因此整个系统的总充注量40t左右，根据冷藏的设计分为2个独立系统，业主不仅不方便管理，而且还提升建设正本;通过将整体系统充电量降低到40t以下的系统调整或优化，例如，将分配系统改为冷风机器等，如果还是大于10t，就要根据重大危险因素的计算方法，必须包括在安全规定的管制范围内。

3.2系统安全性分析

近些年由于在使用氨的单冻机时，相关人员不规范的操作，从而引发了很多安全事故，无论每一种工质，在一个封闭的空间内，出现泄漏，空间内人员的身体健康都会受到一定的影响，比如R22，R404，R507等氟出现泄漏时，流出的液体瞬间蒸发掉，形成气体，在密闭的空间里，会使氧气浓度迅速降低，进而会影响人的身体安全。现阶段，最为安全的方法是将CO应用于单冻机系统里面，冷却系统的CO2泄漏有两个重要特性。当管道发生泄漏时，二氧化碳在管路外壁形成干冰。进而可以看出二氧化碳液体泄漏后的物理表现是会形成大量干冰，由于错误操作引起的管道破裂，泄漏的二氧化碳大部分由干冰和小部分形成气体，堆积在空洞的下部，工作人员有足够的时间逃生，进而工作人员不会因为缺氧而窒息，干冰的升华过程中会大量吸收热量，若皮肤直接接触干冰会造成人局部冻伤，由于二氧化碳液体泄漏会发生化学反应，进而制冷系统也会受到一定的影响。

四、结束语

近些年，由于不断发生氨制冷系统的安全问题，所以不断建立节能，安全的系统就显的尤为重要了。NH3/CO2制冷系统明显优于其他常规制冷系统，不仅直接为所有者提供了良好的节能效果，还为系统运行提供了安全保障。

参考文献：

[1]孔德霞.NH_3和CO_2制冷剂及其复叠式制冷系统[J].农村经济与科技，2020

[2]郭珊，杜垲，江巍雪，李阳.CO_2/NH_3喷射复叠制冷系统的性能模拟[J].制冷技术，2018