氨制冷系统中阀门内漏的原因及解决范文

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氨制冷系统中阀门内漏的原因及解决

摘要：阀门是氨制冷系统中不可缺少的设备，其密封性能关系到系统的高效和安全运行。根据现场检验案例，分析氨制冷系统阀门内漏的原因和危害，提出可行的解决措施。

关键词：氨制冷系统；阀门内漏；应对措施

0引言

在氨制冷系统中最常见的阀门就是截止阀，它安装在制冷设备和管道上，起着开启和关闭氨通道的作用，关系到整套制冷系统的正常运转和安全。对于截止阀来说，内漏是不允许的，因为这会影响设备在停机和检修状态时的安全。

1氨制冷剂的主要特点

1.1氨制冷剂的优点

（1）氨制冷剂具有很好的环境和热力学性能特点。氨消耗臭氧电势值ODP（OzoneDepletionPotential）和温室效应值GWP（GlobalWarmingPotential，全球变暖潜势）均为0，是一种环保制冷剂。

（2）氨的临界温度和临界压力分别为132.3℃和132.3MPa，高于氟里昂R22（96.2℃，4.99MPa）和氟里昂R410A（70.2℃，4.79MPa），可以在高温热源和冷源温度下实现亚临界制冷循环。氨标准低沸点为33.4℃，在蒸发器中压力适中，具有蒸发潜热大（15kJ/mol）（是R410A的5.5倍）、节流损失小、制冷系数高等特点。在相同温度和制冷量条件下，与R22制冷系统相比，其压缩机和热交换器的大小可以更小，可以节省材料。

（3）氨很容易溶于水，当出现大量渗漏的紧急情况时可以快速排除。氨含水量低于0.2%时，即使有少量的水析出，也不会出现氟利昂类制冷剂的“冰塞”现象。所以，氨制冷系统和管道系统的干燥要求并不像氟利昂那么严格。

（4）氨的来源广泛、便宜，灌装量相同的情况下充电成本仅为R22的1/10，比R410A便宜。

1.2氨制冷剂的缺点

（1）氨的热绝缘指数大（k=1.40）。为了确保润滑油的润滑性能，当蒸发温度较低时，压缩机的温度较高；而当冷凝温度较高时，压缩机的温度也较高。因此，应该采取一些冷却措施。

（2）氨气与矿物基油和PAO（PolyAlphaOlefin，聚α-烯烃）润滑剂不相容。由于氨的密度比润滑油的小，在管道制冷系统底部的润滑油通常采用液体型蒸发器和氨泵的液体形式，再加上使用的设备，如机油分离器和机油设备等，采用手动控制和自动控制的方法，实现了回流压缩机的油性安全。

（3）钢、铝等金属材料与氨相遇是无毒的，但水、锌、铜和含氨的铜合金（磷青铜除外）与氨相遇具有一定腐蚀性，因此相关设备、管道、仪器、氨制冷系统中的阀门是需要有“避铜”的要求。

（4）氨有刺激性气味，有一定的毒性和易燃性，属于B2类制冷剂。当它的浓度在空间积累达到一定极限时，会对人体产生伤害；氨和空气混和物体积浓度达16%~25%时遇到火焰可能引起爆炸，因此，电气设备设计中以及规范中应当标注爆炸和火灾的危险因素。总之，对建筑物防火设计规范为乙类的规定，氨具有最低水平的爆炸危险。这限制了其的应用，因此不得在空调冷源系统的土建施工中使用。

2氨制冷系统的弊端

2.1在理论上理解和关注不足

氨制冷压缩机对我国的工业生产至关重要，特别是在食品制冷剂方面发挥了重要作用。但是在应用中，尤其是关于热交换器的规模、氨气含量、结构形式以及其他辅助设备与氨的合成要求发展甚微。目前在理论上主要是对氟利昂系列进行研究，国内仍在从国外公司采购氯氟烃作为代用品，如R123和R407C等。不过，一些学者要求在新形势下对氨的应用进行新的研究和扩展。很多专家也正在研究如何利用吸收冷藏的废热以及溴化锂吸收冷藏技术进行替代，但是都处于研究阶段。

2.2设计和操作中存在不足

在我国氨制冷技术的应用没有中断过。在食品冷藏行业，氟利昂的应用于1970年从日本开始由日本引进3组500t的R22制冷系统的装配式冷库，然后逐渐在小型冷藏系统中使用氟利昂，积累了大量的氨制冷系统和设备应用经验，还缺乏理论的氨制冷系统和全面的研究。随着时间的推移，氨的毒性和可燃性被过于夸大。这是2个因素所致：①氨的气味十分浓烈，有极强的刺激性；②曾经发生过因为氨的泄漏导致的爆炸事故。可以从3个方面避免这一问题的产生，包括设计、安装和实际操作。首先，部分事故产生的原因是相关技术人员缺乏相应的知识（没有经过系统的培训就上岗作业）、专业知识技能水平较低、不严格按照相关技术规定操作等因素导致的（大多数是操作处理不当）。其次，非专业技术人员系统、非正规安装的单位工程以及相关设备的质量问题同样也会导致事故的产生。因此，相关管理部门要加强国家标准的立项工作。

2.3防护措施相对较弱

根据氨的特性，必须保持其防护措施，在以往的氨制冷系统设计中考虑得较为周全，但是其安全措施也一直在完善，除了特定的防护措施之外，应在其他方面也加强其安全措施。在我国氨制冷系统中，相对薄弱的安全防护措施还有待改进。在以前的设计中，设置了紧急放电装置，比如安全阀门的使用、控制压力器承受的压力超过规定范围引起报警停机、液位超过控制器的正常范围就会报警停机、当前氨制冷系统在施工过程中加强规范管路焊接和气密性的标准等。我国与美国的氨气制冷系统有所不同，制冷协会组织经研究后，专家得出结论：美国的氨气制冷系统的容量配备着与其相配的控制系统，但是发生紧急意外时，有其维护措施，比如氨泵附近的低压力循环、以及低压循环桶，或者是用于保护人类的安全，设置一些洗手盆和洗手液或消除细菌的香皂等。机房顶棚设置了一些自动喷水装置，如果发生泄漏，在保证人员的安全前提下，通过供水系统来处理泄漏问题。因此，机房顶棚要设置独立的供水系统，通过氨泄漏检测仪对泄漏的氨气进行监测控制，保证氨制冷设备的安全性。

3氨制冷系统中的阀门内漏危害

在蒸发温度>-35℃时，氨的热力性质是所有制冷剂中最好的，所以氨制冷剂在我国制冷行业中应用时间较长。但是氨的毒性较大，有强烈刺激性气味。在空气中，氨含量达到0.5%~0.8%（体积分数）时，会引起人体严重不适，含量达到6%~25%时可引起爆炸。因此，氨制冷系统运行过程中氨的泄漏问题不容忽视。目前，阀门外漏的监测手段和技术比较成熟，而且氨具有刺激性气味，一旦泄漏也能及时发现并进行处理。但是，阀门内漏在运行过程中很难发现，人们往往不够重视。氨制冷系统在工作过程中，会频繁地开停机，阀门泄漏严重时会引发恶性事故。例如，有些火灾和中毒事故就是由阀门泄漏引起的。

4氨制冷系统阀门泄漏原因分析

管道内介质通过阀门中阀芯和阀座表面的密封从而实现内部隔断。但是，在实际使用过程中，阀门会发生以下变化：两密封处的平面度引起的磨损会造成允许偏差增大，荷载作用下硬粒子会产生冲蚀；泡点状态下液体介质形成气泡会产生汽蚀，耐蚀材料保护膜被破坏；金属材料在腐蚀环境下被腐蚀等。这样因素均可能导致阀芯、阀座密封失效，导致阀门产生内部泄漏。阀门内漏的原因，大致可以分为3个：①阀门自身的制造缺陷，导致密封不严密；②阀门在安装过程中的错用和损伤；③阀门在运行过程中介质的磨损或操作不规范。针对在某冷冻厂进行的氨制冷管道检验，分析其阀门内漏的原因主要有3个。（1）结构不合理：①阀门流道留有死角，造成氨液中的杂质堆积在此处；②密封支承面的端面是平面结构，介质流经阀门流道时直接折流，不能带走留在死角处的杂质。（2）阀门的阀颈太短，阀杆自由伸缩的行程太小，该阀门全开状态下流道面积只有通道面积的1/3。（3）阀杆的中心轴线与圆锥密封面的中心轴线不同轴，两者之间存在一定的夹角，造成阀门关闭时圆锥密封面与阀体密封面不能完全密封。

5阀门内漏的应对措施

解决阀门内漏问题，首先要把好阀门自身的质量关，然后按照国家规范安装，并在运行过程中严格按照操作规程进行。此外，操作人员还需熟练掌握阀门的原理、性能和操作方法等，做好阀门的日常保养，使其在最佳状态下工作。根据现场检验发现的问题，提出避免阀门内漏的可行性解决措施：①将阀门密封支承面的端面改成圆弧形凹面，使介质流经阀门时形成紊流，从而带走死角积存的杂质；②将阀颈加长20mm左右，增加阀杆的自由行程从而增大流道面积，减小死角。

6结束语

氨制冷系统中，阀门内漏量的多少均是不安全因素。阀门内漏的原因有很多，但是，从最初的设计、制造到安装、施工，乃至到最后的操作，均应采取针对性的措施，尽量减少阀门的泄漏，以使生产更加安全、高效。