引言

随着经济的发展，冷冻冷藏行业迅速崛起，冷冻冷藏设备的社会需求量增大。而冷冻冷藏设备离不开制冷剂，传统制冷剂多为CFC、HCFC系列制冷剂，CFC制冷剂对环境危害最大，已于2000年停用；HCFC制冷剂对臭氧层也有破坏，规定2030年前全部停用。除此之外，CO2作为天然制冷剂也有良好的环境友好性，但CO2大量的使用排放，会造成温室效应，同时其蒸发温度大于-25℃，导致制冷效率低下，跨临界循环压力过高，使用过程中存在安全隐患，因此不能广泛应用于制冷行业。氨（Ammonia，NH3）是一种常见的化合物，同时也是一种天然制冷剂（代号：R717），具有良好的热力学性能，绿色环保，对臭氧层无任何破坏，亦不会造成温室效应。是一种性能较好的制冷剂。全世界范围内约80%的大型冷库均用氨作为制冷剂。但由于氨具有毒性、刺激性、且极易挥发，与空气混合易形成爆炸性混合物，爆炸极限为16%~25%，遇明火、高热可发生爆炸。同时泄漏的氨还会毒害脑神经，引起眼睛、皮肤灼伤，引起组织溶解坏死。

基于氨一次制冷系统存在的巨大危险性，结合我国冷库大量的沿用氨作为制冷剂的实际情况，本文提出了一种冰河冷媒载冷剂技术（间接制冷）以解决氨一次制冷系统存在的问题，最终实现氨制冷系统安全稳定运行，最大程度的保证生命财产安全，避免氨泄漏所造成的人身伤亡事故，同时给企业减小经济损失，冰河冷媒载冷剂技术的发展，具有极大的经济效益与社会效益。

1、氨制冷剂的特性

1.1热力学性能

氨凝固点-77.7℃，沸点-33.5℃，临界温度为132.25℃，临界压力为11.333MPa，具有良好的热力学性能，循环制冷过程中，压力适中，具有极大的单位容积制冷量和较高的制冷系数，同时还具有导热系数大，蒸发潜热大的优点，其在-15℃下的蒸发潜热是R22制冷剂的6.4倍，是R410A制冷剂的5.5倍，节流损失较小，制冷效率高，在相同冷量条件下，氨压缩机和换热器的尺寸可以做的更小，其制冷能力强，

1.2经济性与环保性

氨是一种天然制冷剂，消耗臭氧潜能值ODP=0，其对臭氧层无任何破坏。全球变暖潜能值GWP=0，不会造成温室效应，对环境无污染，属绿色环保型制冷剂。作为一种无机化工产品，氨来源广泛、价格低廉，使用方便，因此被广泛用于一次制冷冷库。

1.3氨制冷剂的缺点

（1）氨具有刺激性气味和毒性，对人体的黏膜组织有强烈的刺激，一旦发生泄漏，极易造成人身伤害。

（2）易燃易爆性，当空气中氨的含量达到16%~25%时，遇明火即可引起爆炸，同时氨密度小于空气，一旦泄漏，极易扩散。

（3）腐蚀性，当氨中含有少量水分时，对铜、铜合金、锌等金属具有强烈的腐蚀性，易造成设备的泄漏，因此在使用过程中，氨制冷系统所有部件均不能用铜及铜合金制造。

（4）绝热指数大，压缩终温高，使润滑油的润滑性变差，需安装相应的冷却设备，同时氨与润滑油相容性差，需定期加、放油。

（5）一次制冷液氨管路系统需要承受高压，密封性要求严格，同时氨系统使用寿命短，易损件较多，其中某一环节出现故障，将影响整个制冷系统。

（6）氨制冷系统难以实现自动化，无法进行自动控制，需专人操作管理，加大了运行成本。

2、我国氨冷库现状

我国于1951年前后开始自主研发氨制冷压缩机，起步较晚，现今氨制冷系统在冷冻冷藏领域多为氨一次制冷方式（直接制冷），随着经济的发展和现代化建设的进程，各地区新建冷库如雨后春笋般崛起，冷库新增容量也急剧增加，多为大型冷库，由于氨制冷剂价格低廉、来源广泛、使用方便，新建冷库绝大多数采用氨一次制冷方式，但发展的同时，针对冷库安全问题也提出了更大的考验，安全问题主要表现为以下几点：

（1）事故频发，

近几年，我国出现了多起氨冷库火灾爆炸事故，2013年6月3日，吉林省德惠市宝源禽业有限公司氨制冷设备和氨管道发生爆炸，造成121人死亡，76人受伤，直接经济达损失1.8亿元以上；2013年8月31日，上海翁牌冷藏实业有限公司发生液氨泄漏事故，造成15人死亡，25人受伤；2013年11月28日，山东省乳山合和食品有限公司发生液氨泄漏事故，造成7人死亡，5人受伤，2014年11月16日，寿光市龙源食品有限公司一胡萝卜包装车间发生氨泄漏，导致火灾，造成18人死亡，13人受伤。
多起氨泄漏的事故给人们敲响了，各级安监部门高度重视冷库安全管理工作，要求全国冷库进行整改，确保冷库运行的安全性，并且达到安全、环保、节能的要求。

（2）区位的特殊性

经济的发展，城市化进程的加快，大量的冷库建在了城镇的中心处，往往具有人口密集的特点，一旦发生大量泄漏，其危险程度难以想象，处置难度极大，人员疏散困难，造成的损失不可估量。
冷库对冷冻冷藏等行业发挥着巨大作用，不可替代，因此必须采取有效措施，解决氨一次制冷系统泄漏的潜在危害，众多案例和潜在的危险表面，氨一次制冷系统安全改造问题势在必行，这同时也是推进我国冷冻冷藏行业发展，推动经济进步的重要措施。

3、氨一次制冷系统的改进方法

氨一次制冷系统安全问题的根源在于，氨在冷库、车间内循环，循环管路承受高压，一旦维护管理不当，极易出现泄漏、爆炸事故，针对这一问题，目前行业内普遍存在两种改造方案：一种方法是用HFC系列氟制冷剂或用HC系列烃类制冷剂代替氨制冷剂；另一种方法是在原有冷却系统基础上引入二次冷却系统，增加缓冲罐，利用载冷剂代替制冷剂循环完成冷却过程。

3.1HFC氟系列制冷剂代替氨制冷剂

由于氨一次制冷方式的危险性，有方案提出，从制冷剂角度入手，用氟类制冷剂代替氨制冷剂，进行一次制冷。氟系列制冷剂有它的优点，例如，不易燃、不易爆、对人体无毒害，氟制冷系统易于控制，且系统管路简单，压缩机多为进口的世界一流品牌，运行可靠，便于安装。但是，氟系列制冷剂也有它的缺点，限制了其大规模替换氨制冷剂，其缺点主要表现在以下几个方面：

（1）运行压力高，改造难度大

氟系制冷剂与氨制冷剂相比，运行压力增大，不能简单进行制冷剂的更换，一旦更换制冷剂，整个系统均需重新设计制做。

（2）长期使用稳定性差

由于氟系制冷剂多为二元、三元甚至多元混合物，随着使用温度的不断变化，混合物各组分物理性质的差异，挥发程度不一致，导致制冷剂组成的改变，会严重影响制冷效果，需定期更换制冷剂。

（3）价格昂贵

与氨制冷剂相比，氟系制冷剂价格会高出十倍以上，甚至更高，大量使用造成成本的提高，同时氟机多为进口，价格较高。

（4）环保性差

传统的氟利昂制冷剂由于严重破坏臭氧层，已被禁止使用，新型氟系制冷剂虽然不会对臭氧层进行破坏，但GWP值（全球变暖潜能值）普遍较大，会造成温室效应，从可持续发展角度讲，不环保。

3.2冰河冷媒载冷剂技术引入氨制冷系统

冰河冷媒载冷剂技术，也就间接制冷技术，在制冷系统管路增加二次冷却液缓冲罐，使制冷剂可以在一个局部小的范围内，将冷量传递给载冷剂，然后再通过泵在常压下将载冷剂的冷量传递给需要的地方。此改造方法的优点有以下几方面：

（1）安全性好

引入二次冷却系统后，人员操作间，冷冻冷藏间的管路系统中，均是载冷剂在运行提供冷量，与制冷剂氨实现了分离，载冷剂无毒无害，挥发性小，且载冷剂是常压下流动，即使泄漏，也不会造成人身伤害，大大提高了使用安全性。

（2）绿色环保

与氟系统比较，载冷剂均选用绿色环保型介质，挥发性小，不会造成环境污染，不破坏臭氧层，不会造成温室效应。

（3）操作性强，运行效率高

传统氨一次制冷系统需要按照压力容器设计、制造、安装、维护，需安装安全阀、压力报警开关等，需安装喷淋装置等。引入二次冷却系统后，简化了该过程，降低成本的同时，使设备运转更加容易，可操控性更强，操作与管理人员减少，大大提高了运行效率。

（4）节能

氨一次制冷系统管路需要定期及时除霜，如除霜不及时，覆盖过厚，会导致制冷效果不理想，达不到预期温度，压缩机一直工作，会造成大量能源的浪费。二次冷却系统的加入，由于安装了缓冲罐，在罐区保温良好的条件下，载冷剂具有很大的储冷能力，冷量不会散失，同时除霜要求不如一次制冷系统严格，总体来讲，二次冷却系统的引入，节约了能源。

4、结论

目前，国内外大中型冷库，采用氨一次制冷仍然是主流。我国氨系统冷库发展已有60年历史，随着经济的发展，其地位越来越明显。采用氨一次制冷方式的冷冻冷藏系统需要解决的关键因素就是安全问题，保障生命财产安全，是工作的首要任务。当今，氨冷库常用改造的方法有两种，氨制冷剂用氟系制冷剂代替，其缺点是不环保，同时改造难度大；另一种方法是引入二次冷却系统的二次冷却技术，此方法安全、环保、高效、节能、对促进我国冷冻冷藏业的发展具有重大意义，对提高我国经济发展水平、人们生活水平具有重要的实际意义，冰河冷媒载冷剂技术的应用，具有巨大的经济效益和社会效益，是构建和谐社会的需要。