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    氨工業制冷機組系統與氟工業冷水機組系統比較
    來源:諾冰制冷   發布時間:2013/3/19

    氨制冷系統與氟制冷系統比較

    ㈠、制冷劑

        氨工業冷水機組和氟工業制冷機組(針對R22)都是中溫制冷劑,在常溫下的冷凝壓力和單位容積制冷量相差不大,但為提高制冷量,制冷劑在節流以前一般均需要過冷,實驗表明,當冷凝溫度tk=30, 蒸發溫度to=-15℃時,每過冷1℃制冷系數R22增加0.85%,而R7170.46%.

    氨對人體有毒,氨蒸氣無色,具有強烈的刺激性臭味。一旦泄漏將污染空氣、食品,并刺激人的眼睛、呼吸器官。氨液接觸皮膚會引起“凍傷”。如果空氣中氨的容積濃度達到0.50.6%時,人在其中停留半個小時即可中毒,濃度達到1114%時即可點燃,當濃度達到1625%會引起爆炸(系統中氨所分離的游離氫積累到一定的程度,遇空氣引起強烈爆炸),江浙和福建等地曾多次發生氨壓縮機或制冷系統爆炸事故,導致設備毀壞和人員傷亡的慘重損失。而且,我國已明確規定在人口稠密的場合,不能使用易燃、易爆的有毒制冷劑。

    氨在潤滑油中的溶解度很小,因此氨制冷劑管道及換熱器的表面會積有油膜,影響傳熱效果。氨液的比重比潤滑油小,在貯液器和蒸發器中,油會沉積在下部,需要定期放出。

    因此,從安全、方便、衛生等方面考慮,特別是對工藝冷卻、0℃以下制冷系統氨機不理想。

    氟里昂是一種常用的高、中、低溫制冷劑。它無色,無味,不燃燒,不爆炸,化學性能穩定。基本無毒(我國國家標準GB7778-87綜合考慮制冷劑的燃燒性、爆炸性、對人體的直接侵害三個方面的因素,對制冷劑進行安全分類,R22被列為第一安全類,而R717被列為第二安全類),又可適用于高溫、中溫、和低溫制冷機,以適應不同制冷溫度的要求,能制取的最低蒸發溫度為-120℃。

    氟里昂能不同程度的溶解潤滑油,不易在系統中形成油膜,對傳熱影響很小。同時,氟里昂制冷機組在設計時還考慮到了工質的替代問題,即在使用新工質時,無須對系統進行改動。

    ()工業冷水機組制冷系統

    氨制冷壓縮機本身的特點,蒸發溫度低于-28℃時要采用雙級壓縮,且氨機需提供泵供液系統及復雜的回油機構,致使系統龐大、輔機多、管路復雜,閥門多,施工安裝程序復雜,施工周期長。同時會帶來故障隱患的增加(江浙和兩廣等地,氨系統曾發生多起蒸發管道和加氨管道、閥門破裂、脫開等引起跑氨事故,氨閥閥芯脫落,陷入閥體內卡死的事故更是頻繁發生)。由于氨具有較大的毒性,機房向外開啟的門不允許同向生產性廠房, 氨制冷系統的設備間不宜布置在其它廠房的共同建筑之內。而且氨機運行時噪音大,振動較大,產生的動載荷大,對設備的運行影響不可忽略。因此必須單獨設置機房。且氨系統中閥門均為開啟式閥門,制冷劑的微量泄漏是無法避免的。

    氟里昂的特性決定了氟系統管路較氨系統簡單的多。氟里昂機組的配置已經非常完備,只需簡單的接管即能投入運行。且氟機組體積小,占地少,不需單獨設機房,大大節省了空間,機組噪音低,所有閥件為全封閉閥件,無工質泄漏等問題。

    (三)控制系統

    氨系統無法完全實現自動控制。其開、停機及供液調節等工作必須由人工操作完成,需設專業人員對氨機進行24小時管理,且保護裝置不完備。

    氟系統可實現完全自動控制,無需專人看管。保護裝置完備,機組配有電壓保護、溫度保護、電流保護、壓力保護等完備的保護措施,并可實現計算機控制,能量調節范圍廣。

    四)經濟性

    1、設備投資比較:

    對于相同的制冷量、相同的溫度范圍,不同的制冷機初期投資是不同的。大型工程從設備投資來看,氨制冷系統的整體設備投資比氟里昂低。

    氨系統包括的設備較多,主要有壓縮機、冷風機、冷凝器、油分離器、高低壓貯液桶、中間冷卻器、再冷卻器、氨液分離器、低壓循環桶、緊急泄氨器、放空氣器、集油器、氨泵及相應的閥件和旁通閥等。氨對鋼鐵不起腐蝕作用,但當含有水分時,腐蝕鋅、銅、青銅及其銅合金,只有磷青銅不被腐蝕。一般氨系統管路不用銅和銅合金材料而采用無縫鋼管,只有連桿襯套、密封環等零件才允許使用高錫磷青銅,無縫鋼管比銅管造價要低,但其傳熱性能要比銅管差。

    氟機包括的主要設備有壓縮機、冷風機、冷凝器、油分離器、氣液分離器、集油器、貯液器及相應的閥件等,一般氟系統采用銅管,而且氟系統旁通管少,管路用量要比氨系統的少。

    總之,從大型項目設備投資來看,氨系統要比氟系統低。

    2、安裝施工投資比較:

    由于氨工業制冷機組系統結構復雜,安裝施工工程量比較大,因而,工程的安裝施工投資也是不可忽略的,顯然,氨系統的安裝施工投資要比氟系統的大。

    氨系統設備較多,管路及旁通閥連接較復雜,因此,安裝施工必須有專業人員現場指導,所需人力物力較多,相應的安裝施工費用也多。

    氟設備比較簡單,系統管路、旁通閥件及輔助制冷設備較少,因此安裝施工方便。

    4、安裝調試比較

    氨系統閥件較多,安裝調試較困難,安裝調試人員必須對于氨系統相當熟悉,調試中對各閥件進行認真調節,直到系統運行穩定為止。

    氟系統的安裝調試比起氨系統要簡單的多,只要對于氟工業制冷機組系統比較了解,有一定現場經驗的施工人員即可進行系統的調試。

    5、運行費用比較:

    對于制冷量大,全年運行時間長的制冷裝置,顯然運行管理費的高低極其重要,甚至比初期投資更加重要。因而,我們應該針對實際工程做出比較全面的考慮,從而選擇合適的制冷機。

    氨系統由于很難實現自動控制,因而,不能達到最佳運行工況調節,導致制冷效率低,能量損失較多。

    氟系統可以完全實現自動控制,包括最佳運行工況的調節、蒸發器供液量調節、冷間溫度及蒸發溫度的調節、自動融霜、冷凝壓力自動調節、制冷機自動啟停及能量調節、制冷輔助設備的自動控制等,這就使的氟機可以根據實際情況進行能量的調節和機組啟停的自動化控制管理,這大大提高了制冷效率,同時也使運行費用降低。

    系統無效制冷消耗比較:氨系統設置在常溫環境的低溫設備較多,主要有中間冷卻器、再冷卻器、氨液分離器、低壓循環桶、集油器、氨泵及相應的閥件和旁通閥、供液、回汽管路;氟系統設置在常溫環境的只有回汽管路、分液器,且氟系統為完全蒸發,氨系統為不完全蒸發,同樣大小的系統,氨系統管路比氟系統管路通徑大45倍,分液器容積氨系統比氟系統大50倍以上。

    同時由于氨的毒性特性,一旦泄漏時,會危及人身安全或使食品受損,所以氨制冷系統不能采用直接冷卻方式,只能采用間接冷卻方式,間接冷卻方式是冷間的空氣不直接與制冷劑進行熱交換,而是與冷卻設備中的載冷劑進行熱交換,然后,帶有一定熱量的載冷劑再與制冷劑進行熱交換的冷卻方式。間接冷卻系統常用的冷媒是鹽水、水。間接冷卻方式的裝置較多,費用高;且鹽水對金屬有腐蝕作用。由于存在二次傳熱溫差,即制冷劑冷卻載冷劑,載冷劑再冷卻庫房內的空氣或貨物,熱交換效率較低,能量損失大。使經濟性下降,因此只有在特定情況下,不宜直接使用制冷劑的地方(如鹽水制冰、空調系統中)使用。

    直接冷卻方式是指冷卻設備在庫房內,制冷劑在冷卻設備中直接吸收庫內熱量而蒸發,從而使庫溫下降的冷卻方式。直接冷卻方式的特點是:!制冷劑在蒸發器內直接蒸發吸熱,發生相態變化,傳熱溫差只有一次,能量損耗小;"與間接冷卻方式比較,系統簡單,操作管理方便,投資及運行費用都較低。

    工業冷水機組系統操作維護管理費用比較:不同的制冷機,它們的操作調節和日常維護的方便性也各不相同。顯然,應該盡可能選擇操作維護方便的制冷裝置,以減少操作維護管理的人員和工作量。

    氨系統的很多操作管理都必須靠人工實現,因而,現場必須有專業操作人員進行24小時值班,這使得現場的操作維護管理人員和工作量增加,相應的操作維護管理費用也增加。

    氟機由于可以實現完全自動化控制,因而,使得現場的操作維護管理人員和工作量減少,可以實現24小時無需專人監控,而機組能夠安全可靠的運行。同時隨著自動控制程度的提高,控制精度提高,制冷的產品質量提高,產品成本將得到控制并降低。

    在制冷裝置的設計中,控制方式的選擇是一個重要課題。從節能的角度,自動控制的水平越高,制冷裝置節能降耗的水平越高。自動控制的最大節電效果達44%。同時,隨著自動控制程度的提高,控制精度提高,制冷的產品質量提高,產品成本降低。另一方面,自動控制可以明顯防止事故發生,保障操作人員人身安全。自動控制使操作調節的勞動強度和工作量大大減少,可以減少操作人員,因此有條件時可以選用較高程度的自動控制方式。

    維修費用比較:對于大型工程,設備的維修費用也是不可忽略的一部分。

    氨系統閥件及輔助設備較多,易漏點也就增多,這就無疑增加了系統的維修管理費用。氨系統設備的檢修周期為一年(更換易損零部件),大修周期一般為三年(對整個設備進行維修)。設備的檢修和維修的工作量和時間較長。這樣長的維修期,一方面會增加支出,另一方面也可能影響正常的生產。

    氟系統壓縮機的使用壽命一般為10-15年,無易損件,在使用期間,除日常的維護保養,不需要進行大的維修,這樣就節省了大量的維修費和管理費。

    運行的可靠性比較:根據制冷對象的不同,對制冷過程的可靠性要求也不同。對于制冷降溫過程不允許中斷的重要場合,顯然應選擇可靠性高的制冷機,防止由于維修等原因造成重大經濟損失。

    氨系統輔助設備較多,管路比較復雜,因而,易損件也多,一旦某個部件出現故障,將會影響整個氨系統的制冷效果,嚴重時甚至會導致整個制冷系統的癱瘓。

    氟系統比起氨系統要簡單的多,易損件也少,因而,氟機并聯機組運行可靠,即使某個部件或一臺壓縮機出現故障,也不會影響到整個制冷系統,其維修期較短。

    配套項目投資比較:

    配電要求:氨壓縮機單機裝機功率大,啟動電流大,配電要求高;氟壓縮機單機裝機功率小,啟動電流小,配電要求低。

    制冷機房配置:因氨為劇毒、易燃、易爆工質,氨機房防震等級為10級;氟機房標準無要求,室內室外均可。因氨系統附屬設備大且多,設備占地面積比氟機大510倍。

    從很多實際工程來比較,大型工程從設備投資來看,氨制冷系統的整體設備投資比氟里昂略低。但從附屬設施投資及長期使用及維修、管理費用來看,氨制冷系統的投資并不低于氟里昂制冷系統的投資。而中小型工程的投資氨系統則明顯高于氟里昂系統

    氨制冷系統和氟利昂制冷系統經濟性分析

    氨工業冷水機組制冷系統是使用歷史最長的制冷劑,它具有良好的熱力性質,循環過程中高、低壓力適中,具有較大的單位容積制冷量和較高的制冷系數,在我國曾得到廣泛的應用,但是,氨易爆、有毒和強烈的刺激氣味,設備體積較大,附屬設備多、系統復雜、操作維護難度較大、不易實現操作自動化控制,隨著我國經濟的發展及對生產工藝要求的提高,氨制冷系統逐漸被氟利昂制冷系統所取代。以下為氨制冷系統與氟利昂制冷系統各項技術指標的舉例對比:

    一、運行成本:

    耗電量

    為實現本項目制冷設計要求,采用氟利昂制冷系統,比采用氨工質的制冷系統功率低15%。

    操作管理成本

    氨制冷系統由制冷機組、氨油分離器、高壓儲液器、冷凝器、低壓循環儲液桶、集油器、氨泵和冷風機等組成,管路復雜,操作管理難度大,對操作人員的專業水平要求很高,同時由于難于實現自動化,系統需要有操作人員24小時值班操作管理,按每班3人技術大約需要12名操作人員(43倒):而氟利昂制冷系統管路簡單,閥門等可操作較少,自動化程度高,只需13人就可進行操作管理,每年可節省人工費20萬元左右。

    維修成本

    氨制冷系統平均每運轉3000小時(約3個月)需對機組配件進行檢修、更換,同時更換很多潤滑油:氨制冷劑雖然價格便宜,但是由于氨制冷壓縮機多開啟式,易泄漏,每年需要補充大量的制冷劑:

    二、初投資

    土建投資:氨制冷系統附件較多,需要分別設置機房和設備間,占地面積大。氨制冷系統裝機容量約增加15%。

    三 、其他

    1、氨和潤滑油不互溶,氨系統在運行一段時間后,冷凝器等換熱設備底部會沉積大量油污,使得換熱器熱效率降低。所以需要定期人工清理。

    2、當空氣中氨濃度達到一定值時,遇明火易爆炸,要求機房有良好的通風,這樣,機房和設備間只能設置在一角或單獨設置,造成系統管路較長,冷量損失較大。

    3、由于氨毒性較大,一旦泄漏,尤其是庫內部分泄漏,造成污染,影響生產環境。

    4、由于氨制冷系統自動化程度較低,系統運行的可靠性、經濟性基本上由人員決定,物品質量也由操作人員決定,這就使操作人員要經過培訓才能掌握操作技能在;而氟利昂制冷系統為自動化運行,系統的可靠性基本上不受人為因素影響。

    綜上所述,氨工業冷水機組制冷系統雖然一次性投資較氟利昂系統便宜15%。但是每年的運行管理費用要比氟利昂工業制冷機組系統多出10%,僅23年就要高出氟利昂系統。所以采用氟利昂系統更經濟實惠。目前新建項目95%以上采用氟利昂制冷系統,且大多數老舊的氨制冷系統改造基本上被氟利昂制冷系統所取代。

     
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