在用小型氨制冷系统定期检验相关问题分析

王伟

甘肃省特种设备检验检测研究院 甘肃兰州 730050

氨具有比较好的制冷性能，但是在实际应用中，也存在一定的安全风险。做好定期检验工作是保证制冷系统安全运行的关键。

1 小型氨制冷系统概述

1.1 氨制冷剂

氨是一种天然制冷剂，在制冷技术发展中发挥着巨大的作用，因为氨的制取比较容易，而且价格低廉，具有非常好的热力学性能，很早就作为制冷剂使用。氨是一种自然工质，消耗臭氧潜能值为零，全球变暖潜能值也接近于零，而且相比其他自然工质具有非常好的热物性，所以在很多冷库中都得到了应用[1]。使用氨制冷剂具有较高的密度，但是汽化潜比较高；由于氨的临界温度比较高，因此氨制冷剂可以在冷库等制冷系统中使用；系统运转时，氨制冷剂的声速较高，气体的内部阻力比较小，不容易出现冰堵，适合在小型制冷系统中使用。

氨的性能优良，但是也具有易燃易爆炸的特点，而且还具有一定的毒性，有很多人对氨过敏，甚至在短时间内就会导致易过敏人群的死亡。如果空气中氨的浓度达到15%～28%，明火就会导致爆炸，所以氨气体也被视为重大危险源。

1.2 小型氨制冷装置

小型氨制冷装置是冷库的主要制冷设备，其中贮氨器的容积在5立方米以内，制冷容器的总容积一般不大于10立方米，装置中包括冷凝器、液氨分离器、中间冷却器、油分离器、集油器、低温循环筒等等。小型氨制冷设备的危害远低于大型氨制冷设备，所以小型氨制冷装置可以在不停机的情况下检验。近年来，小型氨制冷装置经常出现氨泄露事件，导致人员伤亡[2]。很多个体经营的小型冷库的制冷装置可能并没有经过正规安装，设备管道焊接方面也存在先天缺陷，所以必须对装置进行全面的评估，分析装置的安全性，以便发现系统隐患。

2 小型氨制冷系统常见损伤

2.1 压力管道的损伤

2.1.1 管道壁厚减薄

在室外布置的压力管道，在运行过程中，长期处在空气、氨介质、盐水等的环境中，导致管道长期受到腐蚀，长周期使用后可能会出现壁厚的减薄，以及出现蚀坑问题。如果氨冷凝器立管内壁水侧腐蚀比较严重，会有非常快的腐蚀速度，有些管道甚至在投入使用短短几年时间内，厚度就从原来的4毫米减少到1毫米，管道的强度急剧下降。厚度降低会导致管道焊缝位置最下方出现泄露，所以工作人员需要严格检查焊缝位置的情况[3]。

2.1.2 压力管道出现局部变形

压力管道经过长期使用，设备受到严重的腐蚀，管材的强度会逐渐改变；高强度的负荷作用使管道经过长期使用后容易疲劳，管道接口等部位可能会因为疲劳出现变形，导致管道受到严重的破坏，影响管道的正常使用。

2.1.3 压力管道存在裂纹

压力管道的裂纹一般在压力管道焊缝位置出现，或者出现在管道焊缝的周边。裂纹的产生可能是由于管道自身的质量问题，比如材质问题；也有可能是由于管道的局部出现腐蚀和变形，导致管道焊缝应力集中，产生裂纹；大多时候，管道焊缝的裂纹是由于焊接过程中产生的各种焊接缺陷引起的。裂纹会严重影响整个系统的安全运行[4]，所以裂纹必须消除。

2.2 氨制冷系统压力容器的损伤

2.2.1 钢制压力容器被氨腐蚀

氧气、二氧化碳、氮气都会促使液氨腐蚀罐壁，无论是气相还是液相，氧气、氮气、氨和碳钢都组成了应力腐蚀环境。在反应中，含有液氨中的氧气将会被钢吸附到表面，形成一层氧化膜，并保持正电值点位，在材料受到拉应力的作用后，氧化膜会受到破坏，且有新鲜的表面暴露出来，与有氧化膜的金属表面构成微电池，并快速溶解[5]。如果没有其他杂质存在，氧气能在裸露金属表现面上再次形成氧化膜，可以抑制腐蚀的出现；如果液氨的溶液中含有氮气，氮气和氧气在滑移阶上会产生竞争吸附，可以防止裸露的滑移阶再钝化，但是会导致钢的应力腐蚀断裂敏感性增加，钢材表面钝化膜会在滑移阶上产生破裂，最后会发展为阳极性腐蚀裂纹。

2.2.2 带保温层容器

中间冷却器、低压循环贮液桶等容器也都会专门增加保温层，但是保温层的作用和其容器的保温层有所不同，这类保温层不仅会发挥保温作用，也有一定的防潮作用[6]。所以，如果外部保温层完好无损，不仅能减少热量散失，保温层也能避免水分对容器的腐蚀作用；在保温层破损后，破损位置就会导致容器失去防护，受到腐蚀并生锈。

3 小型液氨系统定期检验内容

3.1 外观检验

压力管道、压力容器受到腐蚀作用后，表面会产生明显的缺陷，能够直接通过肉眼识别，比如可以通过外观检验确定腐蚀凹坑深度、轴向长度、咬边情况等内容，着重观察焊缝位置，避免在焊缝位置出现腐蚀泄漏情况。管道的阀门、法兰也是管道系统性能的关键，很多管道的阀门和法兰经过长期使用之后可能会受到严重腐蚀，会产生比较严重的泄漏情况，对系统的性能和安全性会造成不良影响。

3.2 管道壁厚测定

测量管道壁厚可以确定管道的安全风险，确定管道的性能。对压力管道中的弯头和三通等管件进行壁厚测定，确定管道的厚度，可以分析管道是否存在安全风险。如果发现某处管道壁厚明显减薄，证明该位置受到了比较严重的腐蚀。需要进一步观察制冷系统运行过程中的工况，分析是否存在使用错误或者安装问题，分析管道受到腐蚀的原因。

3.3 分析压力管道的具体强度

氨制冷系统压力管道运行过程中，需要对元件进行应力分析，从而完成强度校核以及对管道的安全评价工作。系统运行期间，由于管道的压力、自重力可能会导致管道的应力集中，所以可以针对压力管道进行有限元应力计算[7]。分析过程中可以研究管道操作温度，以及管道薄膜受到管道弯曲的影响，分析弯曲位置的应力变化，全面分析管道所受到的应力。所有的检测工作都需要根据管道壁厚的测量结果进行，根据计算机技术的应用，合理使用各类软件，保证结果的合理性。

3.4 冷凝器检验

冷凝器在管板的外部，管道立管内壁介质是冷却水，除了要进行必要的常规结构检测，检查冷管板、管端焊缝，以及冷凝器壳体外壁的冷凝情况。

3.5 外表面无损检测抽查

针对压力容器的焊接接头位置、补焊区、变形部位、应力集中部位、电弧损伤位置等容易出现裂纹的位置要进行无损检测抽查，可以使用磁粉检测对焊缝位置进行局部无损检测。焊缝表面如果出现成型差，以及有气孔、咬边，或者存在错边等问题，应进行相应的处理，尤其要注意的是，对于低温容器而言，不允许存在咬边。贮氨器的液氨并不能全部排尽，导致使用X射线照片比较困难。但是在对单个罐体进行检测时，可以将液体排放到最低液位，并使用双臂透照方法满足检测要求。

3.6 酚酞试纸检测

使用酚酞试纸可以检测在工作状态下压力容器的焊缝、接管是否存在泄露情况，检测工作中，应该着重检测人孔、接管、几何形状复杂的位置，包括应力集中位置和容易导致腐蚀的位置。

3.7 检测氨液的成分

无水液氨对钢产生的腐蚀相对比较轻微，并且腐蚀也比较均匀，所以冷凝系统最初的腐蚀风险比较低。但是经过压缩机冷凝之后，液氨中就会带有一定的动油进入到容器中，并吸附于内壁，最终形成的油膜能对材料产生保护作用。在液氨容器中，充装、排料等工作都会受到空气污染，碳钢对液氨的应力腐蚀也比较敏感，使得液氨的纯度、钢的化学成分、容器的强度都会影响腐蚀效果。液氨对钢制容器的应力腐蚀情况和液氨的工作温度也有密切的关系，一般在-5℃到-30℃都会有比较敏感的应力腐蚀。如果液氨中含有微量的氧气，也会促进容器腐蚀破裂，但是如果其中含有少量的机油和水分，则可以防止出现腐蚀破裂问题。一般而言，含碳量越高的容器，其破裂敏感性就越强，所以必须严格检查氨液的成分记录，以及控制氨液中的水分和油量，减少应力腐蚀[8]。

4 定期检验要求

4.1 检验重点的选择

氨制冷装置的定期检验工作，最好在停车状态下进行。如果压力容器有保温层，则应先拆除保温，并重点检查阀门、法兰、接管等部位是否有泄漏，并对焊缝进行一定比例的抽检，同时应检查系统的安全附件是否在有效期内。压力管道的检验，应先进行宏观检查，如果发现存在保温层破裂的情况，或者发现管道存在异常结霜，则需要拆除保温层进行重点检查。若存在严重腐蚀，需扩大检测比例。

4.2 合理使用抽样检查

为了保证检验质量和设备的安全运行，在定期检验中，应该针对一些常见损伤模式，采取有针对性的检验方法，更加全面细致的对设备进行检测，以确保检验质量和设备安全。比如重点检查保温层破损位置是否出现腐蚀情况，低压侧剩余壁厚的测定，埋藏缺陷检测等等，都应该使用抽样检查的方式，尤其要重点检查风险大、作业负荷大的管道。

4.3 配备专业人员

为确保检验工作的精度和效率，在对氨制冷系统检验时应该配备专业人员，由专业人员进行压力管道的日常巡查工作，以及采取合理的措施进行管道保养，确保阀门、法兰等部件的可靠性。人员需要在发现泄漏现象后，可以对管道进行及时修理，如果不能通过修理解决问题，应该及时更换部件。对于氨制冷系统的压力管道，在缺陷比较严重时应该停用或者报废处理，使用单位应该确保管道的安全，及时转移介质，保证管道内部压力的及时释放。

4.4 失效风险评价工作

风险评价使用数据资料，使用风险量化方法分析管道出现泄漏等问题的安全风险，可以确定小型氨制冷系统出现风险较高的位置，从而合理地使用管理资源、人力资源，采用最恰当的措施，达到控制风险的目的。风险评估工作中，应该根据小型氨制冷装置的特点使用半定量法进行装置失效可能性和风险的评估，以及做好区域划分工作，确定风险评估模型。之后根据关闭厚度、材料裂化情况、设备机械损伤状况、工作环境等等进行失效可能性评价，通过分析小型氨制冷装置的设计、制造、使用、管理情况，分析设备失效的可能性。然后还需要对失效后果展开评价工作，比如事故出现之后导致的经济损失、人员伤亡，再根据失效后果评价制定管理方法。

5 结语

氨制冷剂具有较好的性能，而且污染较少，所以具有比较好的应用前景，但是由于易燃易爆炸的性质，以及容易引起中毒，所以必须做好对制冷装置的检测工作。针对小型氨制冷装的检测，应该结合制冷装置的工况、特点，确定检验工作的重点，根据相关要求确定检验周期，开展全面的检验，以及做好风险评估。保证能了解小型氨制冷系统的工作状况，分析安全水平，及时进行修复工作和做好防护。