浅谈小型制冷设备的检验

刘功祥* 周爱萍

（江苏省特种设备安全监督检验研究院 南京交通职业技术学院）

0 前言

TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》规范中关于小型制冷压力容器专项要求，对其定义为：以氨为主要制冷剂，系统内单只最大储氨器容积不大于5 m3，并且系统内储氨器总容积不大于10 m3；采用其他制冷剂（如R22，R314，R312 等），应考虑其特性，参照执行；涉及的主要设备包括冷凝器、储氨器、循环桶、氨液分离器、中间冷却器、集油器等。

目前，食品行业内的冷库系统，大型商超、大型写字楼的中央空调系统内普遍存在这些设备，分别如图1，制冷设备的图2 所示，使用环境多为露天阳台或者地下设备库，使用现状管理工作普遍存在不足。

图1 食品行业中以冷库中以氨为制冷剂的压力容器

图2 中央空调系统中以氟利昂或新型制冷剂为制冷剂的的压力容器

1 小型制冷设备检验流程

现场检验前，应审查设备资料根据企业提供的设备的使用情况、可能遇到的损伤模式以及失效模式制定专项检验方案。TSG 21—2016 规程中关于小型制冷压力容器的检验有专项要求，其检验方法主要分为停机检验和不停机检验。

1.1 检验方法、内容

1.1.1 检验前的准备工作

使用单位和相关辅助单位应做好停机后的各项安全检查及符合性条件确认工作。其中针对不停机检验的小型制冷压力容器还应提供上个周期氨液充装时间与充装记录，并提供氨液成分检测记录告或进行现场环境氨浓度检测，确保现场环境氨浓度不得超过国家相应标准允许值（20 mg/m3）。

1.1.2 检验项目和方法

小型制冷机组压力容器定期检验原则上应按TSG 21—2016 规程中的要求执行。但鉴于该设备具有特殊性，可以在系统不停机的情况下进行检查。检验项目包括系统资料审查、设备宏观检验、介质成分检查、主要受压部件壁厚测量、高压侧压力容器外表面无损检测。必要时，可增加声发射试验、埋藏缺陷检测、材料分析、强度校核、压力试验等检验项目。

1.1.3 资料审查

检验前，需要审查设计资料、制造资料、安装竣工资料、重大维修改造资料以及使用管理资料。 除常规资料审查之外， 应当审查氨液充装时间及氨液成分检验记录，确保其符合NB/T 47012—2010《制冷装置用压力容器》的要求。

1.1.4 宏观检验

宏观检验主要采用目视检查方法（必要时可采用相应辅助设备）检验压力容器设备本体结构、外形几何尺寸、设备表面状态情况，确保焊缝外观质量、隔热层、保冷层完好。

1.1.5 无损检测

（1） 表面无损检测

表面无损检测应根据NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》标准要求，采用磁粉检测或者渗透检测。对于小型制冷设备主要应对以下情况进行检测：

a）高压侧压力容器；

b）使用达到设计使用年限（未规定设计使用年限，但使用超过20 a 的视为达到设计使用年限）的低压侧压力容器；

c）氨液成分分析不符合NB/T 47012—2010 标准要求的压力容器。

（2）埋藏缺陷检测

埋藏缺陷检测即设备内部缺陷检测，应采用射线检测或者超声检测。当符合下列条件之一的，应当采用相应检测方法进行埋藏缺陷检测，必要时应进行设备本体内部开罐检验：

a）检验时发现存在表面缺陷的压力容器，认为需要进行焊缝埋藏缺陷检测的；

b）系统内高压侧设备中的液氨成分未分析或者分析结果不符合NB/T 47012—2010 标准要求的；

c）按照《金属压力容器声发射检测及结果评价方法》，需要对声发射源进行复验的；

d）使用过程中补焊过的部位。

1.1.6 材料分析

主要受压元件材质不明的，应按照TSG 21—2016 规程要求进行分析。对于低压侧压力容器，未能查明材质的，也可以参照Q235A 进行强度校核。

1.1.7 检验周期

安全状况等级为1，2，3 级的，检验结论为符合要求，可以继续使用，一般每3 年进行1 次定期检验；安全状况等级为4，5 级的，检验周期应按TSG 21—2016 规程要求执行。

2 小型制冷设备损伤模式识别

2.1 介质

目前常用的制冷剂多达80 余种，并还在不断发展，但用于食品工业和空调制冷的制冷剂仅有十几种。小型制冷压力容器主要涉及的介质包括氨、氟利昂等新型制冷剂。

氨作为一种制冷剂广泛应用于食品储藏行业，是一种化学性质稳定的中压中温制冷剂。其冷冻温度为-77.7 ℃，标准蒸发温度为-33.3 ℃，室温冷凝压力一般为1.1～1.3 MPa。在正常条件下，氨对碳钢和低合金钢没有腐蚀作用，但当氨溶液中有少量水时，氨水具有一定的腐蚀性。因此，氨制冷装置中主要设备选材时应避免使用铜及铜合金材料，氨水的含水量（质量分数）不应超过0.2%。

氟利昂是一种新型的中温制冷剂，目前已广泛应用于建筑空调系统中。氟里昂是卤代烷烃，常温下无色、无味、低毒，不易燃也不易爆，只有当空气中其体积分数超过80%时，才会使人窒息；其化学性质稳定，只有当温度高于400 ℃时，有害气体才能分解，其能与任何比例的润滑油互溶，也能溶解各种有机物。因此，小型氟利昂制冷机组没有配备油分离器，而配备了烘干机。同时规定氟利昂的含水量不大于NB/T 47012—2010 标准要求的相应指标。由于有机溶剂具有互溶性，故系统中不应使用普通天然橡胶作密封垫，而应使用专门的丁腈橡胶或氯乙醇等人造橡胶，否则，密封垫膨胀会导致制冷剂泄漏。

2.2 损伤模式及检验策略

小型制冷压力容器的使用环境特点为潮湿、阴冷，其主要放置地点多为地下室、天台及露天平台等。

2.2.1 腐蚀减薄

根据小型制冷压力容器使用环境以及特点，总结其主要涉及的腐蚀减薄模式为二氧化碳腐蚀、大气腐蚀、冷却水腐蚀和微生物腐蚀。小型制冷压力容器的常用材料为Q235B，10#，20#等碳素钢材料以及Q345R 等低合金钢材料。小型制冷压力容器的使用环境多为潮湿、阴暗的地下室或者常年外风吹日晒的天台楼顶。同时部分小型制冷设备（中央空调系统内压力容器）存在周期性使用的问题。

2.2.2 环境开裂（氨应力腐蚀开裂）

应力腐蚀三要素为敏感金属材料，特定的腐蚀介质环境以及相应的应力水平。小型制冷压力容器主要承压部件材质为普通碳素钢和低合金钢；主要涉及介质为氨和其他制冷剂 （R22，R134 等）；同时存在应力集中部位（结构不连续处）。

碳钢和低合金钢在无水液氨或铜合金氨溶液中易产生应力腐蚀开裂。碳钢在无水液氨中的腐蚀程度较低，但在充装和维护过程中会受到污染，同时空气中的氧气和二氧化碳会加剧其腐蚀程度。

2.2.3 机械损伤（机械疲劳和振动疲劳）

大多数小型制冷设备系统都有机泵设备。在循环机械载荷作用下，材料、零部件在一处或多处产生局部永久性累积损伤，从而产生裂纹。经过一定周期的多次循环后，裂纹很容易继续扩展，从而导致零部件突然断裂。与泵设备相连的小直径管道和相关设备上的各种小喷嘴容易发生裂纹，换热器接管与管板之间也容易发生断裂。

3 针对性检验策略

针对这些腐蚀问题，常用的检测方法有目视检测，保温层损坏部位测厚检测，接管角焊缝部位表面无损检测，易积液积水的位置宏观检查等，必要时应加强重点部位的测厚检测。

环境开裂主要发生在换热器的铜锌合金管束或者氨制冷装置中储氨器等设备。其针对性检验策略包括加强对换热管束的检测，储氨设备外壁的超声检测和内壁的磁粉检测，连接管道的焊缝表面检测。

机械振动与机械疲劳的检验策略主要为定期检查管道支架和各类支吊架， 查找设备振动、管道振动的部位，连接管道的焊缝表面检测。

4 结论

在监管、监察日趋严格的形势下，小型制冷压力容器的排查与摸排工作在不断推进。一大批未注册、未领证及长期未检验的设备陆续被排查出来。 这类设备主要存在以下几个问题：使用单位管理不当，无特种设备相关安全意识；设备本体问题（存在多年未检验，相关安全附件缺失、失灵、失效等情况）；设备相关资料、铭牌缺失问题；以及超设计寿命使用问题。从保障本质安全的角度出发，只有做好检验，确保检验手段合理有效，才是解决小型制冷压力容器安全问题的最终出路。