氨制冷系統安全培訓教材

前言

第一章　涉氨制冷安全生產法律法規(guī)1

第一節(jié)　概述1

一、涉氨制冷企業(yè)安全生產的重要性1

二、安全生產方針2

第二節(jié)　涉氨的法律法規(guī)標準3

一、法律4

二、行政法規(guī)4

三、部門規(guī)章4

四、安全技術規(guī)范5

五、技術標準6

第三節(jié)　涉氨特種設備管轄范圍7

第四節(jié)　涉氨企業(yè)事故案例8

第二章　氨的基礎知識11

第一節(jié)　氨的制備11

一、合成液氨的原則流程11

二、合成氨工藝條件的選擇14

三、液氨廢氣回收15

第二節(jié)　氨的性質15

第三節(jié)　氨對人的危害16

一、制冷作業(yè)安全生產特點16

二、制冷作業(yè)常見事故風險17

第三章　氨的儲運充裝及其安全19

第一節(jié)　氨的貯存19

第二節(jié)　氨的運輸25

第三節(jié)　氨的充裝26

一、充氨站及充氨操作26

二、高壓調節(jié)站的操作27

三、熱氨融霜的操作27

四、放空氣操作28

·Ⅴ

氨制冷系統安全培訓教材

第四章　氨制冷裝置及基本原理30

第一節(jié)　制冷系統的基本原理30

第二節(jié)　制冷壓縮機30

一、活塞式制冷壓縮機30

二、螺桿式制冷壓縮機34

第三節(jié)　氨制冷輔助設備40

一、氨油分離器40

二、冷凝器40

三、貯氨器42

四、中間冷卻器42

五、立式低壓循環(huán)貯液器42

六、氨液分離器43

七、排液桶43

八、集油器43

九、緊急泄氨器44

十、空氣分離器44

十一、屏蔽電泵45

十二、虹吸罐45

十三、經濟器45

第五章　氨制冷工藝流程及其參數47

第一節(jié)　氨制冷工藝流程簡介47

第二節(jié)　典型氨制冷系統的工藝流程及參數51

一、活塞式單級壓縮制冷系統工藝流程及參數(冷凍制冰)51

二、活塞式雙級壓縮循環(huán)系統工藝流程及參數(冷凍冷藏、凍結)52

三、螺桿式單級壓縮氨制冷系統工藝流程及參數(冷凍鹽水)54

四、帶經濟器螺桿式壓縮氨制冷系統工藝流程及參數(單級壓縮二次吸氣)54

五、螺桿式壓縮單機雙級壓縮制冷系統工藝流程及參數(帶中冷)55

第六章　氨制冷系統的安裝改造驗收57

第一節(jié)　材料及管部件驗收57

一、管材管件57

二、焊材58

三、閥門及其他58

第二節(jié)　焊接59

第三節(jié)　無損檢測61

第四節(jié)　吹掃、強度試驗、氣密性試驗、真空度試驗62

·Ⅵ

一、吹掃62

二、強度試驗62

三、氣密性試驗63

四、抽真空試驗63

五、充氨試驗63

第七章　氨制冷系統的運行和維護保養(yǎng)65

第一節(jié)　氨制冷系統的運行操作規(guī)程65

一、單級活塞式壓縮機操作規(guī)程65

二、雙級活塞式壓縮機操作規(guī)程67

三、螺桿式制冷壓縮機組操作規(guī)程69

四、中間冷卻器操作規(guī)程72

五、氨油分離器操作規(guī)程72

六、貯氨器操作規(guī)程72

七、低壓循環(huán)桶操作規(guī)程73

八、集油器操作規(guī)程73

九、排液桶操作規(guī)程73

十、立式水冷式冷凝器操作規(guī)程74

十一、蒸發(fā)式冷凝器操作規(guī)程74

十二、放空氣器操作規(guī)程75

十三、氨泵操作規(guī)程75

十四、制冷系統加氨操作規(guī)程76

十五、冷庫氨系統融霜操作規(guī)程76

第二節(jié)　氨制冷系統的維護與保養(yǎng)79

一、壓縮機潤滑系統引起的故障及預防措施79

二、壓縮機的裝配間隙引起的故障及預防措施80

三、壓縮機的其他故障80

四、螺桿式制冷壓縮機組常見故障現象、原因分析及排除方法81

五、氨制冷系統的保養(yǎng)83

第八章　氨制冷系統事故教訓及應急預案要點88

第一節(jié)　氨制冷系統的事故教訓88

一、急性氨中毒實例及案例分析88

二、上海翁牌冷藏實業(yè)有限公司“8·31”重大氨泄漏事故案例分析89

三、阜陽市液氨壓力管道泄漏事故案例分析91

四、乳山市合和食品有限公司“11·28”液氨泄漏較大中毒窒息事故

調查分析95

第二節(jié)　氨制冷系統應急預案97

·Ⅶ

氨制冷系統安全培訓教材

一、氨的理化性質97

二、對人體生理的影響98

三、應急組織和應急人員98

四、預警及信息報送101

五、應急響應102

六、預防措施103

七、常見事故及應急處理

104

第九章　氨制冷系統的檢驗重點109

第一節(jié)　氨制冷系統安裝改造的控制點109

一、壓力容器的安裝過程109

二、壓力管道的安裝過程110

第二節(jié)　氨制冷系統的定期檢驗重點112

一、定期檢驗項目113

二月度檢查項目113

三、年度檢查項目114

四、在線檢驗115

五、不停機的全面檢驗116

六、檢驗中難檢驗項目分析和檢驗方法119

第十章　單凍機安全控制要點127

第一節(jié)　單凍機概況127

一、單凍機熱氨融霜逐漸成為氨制冷系統事故的頭號“殺手127

二、單凍機的定義127

三、融霜的目的和方式128

第二節(jié)　單凍機熱氨融霜優(yōu)缺點及存在的問題129

一、單凍機熱氨融霜優(yōu)缺點129

二、單凍機熱氨融霜存在的問題130

第三節(jié)　熱氨融霜事故的影響因素130

一、熱氨融霜事故的機理分析131

二、管帽結構型式和焊接缺陷對管道極限載荷的影響134

三、氨液剩余填充量和熱氨進口流速增大加速度對失效的影響135

四、回氣總管長度對液錘的影響140

五、材料低溫沖擊韌性試驗研究141

六、影響因素的綜合分析144

第四節(jié)　單凍機熱氨融霜事故的預防146

一、設計中參數、材料的選用及結構優(yōu)化146

二、使用中安全操作控制要點147

參考文獻149 2100433B

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，速凍水產、肉類食品的消費快速發(fā)展，對冷鏈物流的要求進一步日益提高，冷凍企業(yè)的速凍機數量也隨之大幅增加。而氨制冷系統的工作溫度越來越低，并且為了提高生產效率系統普遍帶有熱氨融霜系統。但氨制冷系統的設計要求、材料選擇、操作要求卻并沒有相應提高，且系統主要失效模式由原來的泄漏、閥門破裂轉變?yōu)榈蜏卮嘈詳嗔眩煌瑫r，液錘導致低溫脆斷事故頻發(fā)。本書根據國務院安委會辦公室《關于督促涉氨制冷企業(yè)重大事故隱患整改加強安全監(jiān)管工作的通知》而編寫。內容包括：涉氨制冷安全生產的法律法規(guī)、氨的基礎知識、氨的儲運充裝及其安全、氨制冷裝置及基本原理、氨制冷工藝流程及其參數、氨制冷系統的安裝改造驗收、氨制冷系統的運行和維護保養(yǎng)、氨制冷系統事故教訓及應急預案要點、氨制冷系統的檢驗重點、單凍機安全控制要點共10章

高壓系統可分為三部分：壓縮部分、冷凝部分和調節(jié)部分。

氨制冷系統壓縮部分

壓縮部分由壓縮機、吸排氣管、雙級系統的中間冷卻器等組成。

1.單級壓縮

僅有一個蒸發(fā)回路時，壓縮部分配連比較簡單，把吸、排氣管和壓縮機連接即可。用于切斷機器與系統連接的閥門常為兩排，下排為機器自帶的吸、排氣閥，上排為設計時加的，其作用是便于更換壓縮機、修理單向閥。在設置反向運轉裝置的機器上則是必需的。

制冷系統有兩個或多個蒸發(fā)回路時，各自回路的機器首先要滿足能對各自系統降溫，在此基礎上，尚應考慮在特殊情況下也可以承擔其他蒸發(fā)回路的降溫任務。即在不設備用機器的前提下，通過增設少量的管道、閥門使各系統之間配連靈活。這樣，提高了制冷裝置的可靠性，也增加了機器調度的靈活性。但應注意，不要過多地增設過橋閥和連接管，以免使系統復雜化，既浪費了材料，又增大了阻力，實際使用價值也不大。

2.雙級壓縮

如前所述，雙級壓縮是把兩臺或多臺壓縮機（或一臺壓縮機的高、低壓缸）串聯運行，再設置中間冷卻器用以降低高壓級壓縮機吸入氣體的溫度，從而降低了高壓級壓縮機排氣溫度、改善了運行狀況。有的中間冷卻器還可起到分油和對高壓液體制冷劑進行過冷的作用。雙級壓縮有配組雙級和單機雙級兩種型式。

兩臺低壓級壓縮機一臺高壓級壓縮機配組構成的雙級壓縮系統，正常工作時做雙級壓縮。為了提高運行的靈活性，可在其中一臺低壓級壓縮機排氣管上增設一段連接管和閥件，這樣可把任一臺低壓級壓縮機改成單級機運行。此時注意電動機應能滿足大功率的要求。

單機雙級壓縮是集高壓氣缸、低壓氣缸為一體的壓縮機，稱為單機雙級壓縮機。用一臺單機雙級機就能完成雙級壓縮。低壓氣缸吸入低壓氣體加壓至中壓排入中間冷卻器，再被高壓缸吸入壓縮至冷凝壓力排至排氣管。

配組雙級、單機雙級壓縮各有特點，其中配組雙級可通過搭配選型取得較理想的理論排氣量的比值，從而使其實際工況接近最佳工況，又可改為單級運行，調度靈活性強。單機雙級機則在初次投資、機器占地面積、單位功率制冷量和操作管理方面具有優(yōu)勢，其配連靈活性只能在兩個不同蒸發(fā)回路之間考慮。

3.綜合系統

既有單級壓縮、又有雙級壓縮的制冷系統在實際制冷裝置中是很常見的，其機器、管道配置方案，除了要滿足各自回路的需要，還可考慮在不同蒸發(fā)回路之間能互相切換，靈活應用。

反向運轉裝置的設置：反向運轉就是通過壓縮機吸、排氣管的調換，將高壓系統的制冷劑氣體輸入低壓系統，把高壓系統抽成真空狀態(tài)，以便于檢修等使用。由于該裝置的不常用性，整個制冷系統設一個即可，且最好設在單級機上。

氨制冷系統冷凝部分

冷凝部分由油分離器、冷凝器、貯液器及相關的閥件、管道構成。

壓縮機排出的高壓過熱蒸氣先經排氣管進入油分離器，分離出來的氨氣進入冷凝器被冷卻介質冷卻液化，氨液再經下液管流入貯液器。這部分管道配置和冷凝器、油分離器等設備的型式有關。但無論何種配置，都必須保證制冷劑氣體能冷凝成液體并在系統中順利循環(huán)。

1.油分離器的配置

根據油分離器的型式不同有以下幾種

①填料式油分離器的配置。填料式油分離器是利用過濾作用來分離油滴的，分離效果較好，但阻力較大。它的管路配置簡單，但不同廠家生產的結構不一樣，連接時注意分清進、出氣口的位置。

②洗滌式油分離器的配置。洗滌式油分離器是氨系統專用設備，在底部保持一定液位，主要利用氨液洗滌、冷卻等作用使油滴分離。因此，油分離器下部設有一個供液接口，與冷凝器下液管連接，以保證對油分離器的供液。

③離心式油分離器的配置。離心式油分離器利用氣流呈螺旋形流動時的離心力使油滴分離，適用于大型機器。

當系統有幾臺油分離器時應采用并聯連接，并注意進氣量的均勻。油分離器分離下來的油一般經放油管進入集油器。

2.冷凝器的配置

氨系統常用立式、臥式和蒸發(fā)式冷凝器，冷凝器的管接口，除了進氣、出液口，考慮到安全及經濟運行等方面的因素，實際又增加了均壓、放空氣、放油等接口，這些接口與相對應設備之間應正確連接。

對于蒸發(fā)式冷凝器的連接，由于制冷劑通過冷凝器時產生的阻力損失較大，所以在管道連接時有別于立式、臥式冷凝器，應采取一些具體措施。

3.貯液器的配置

在制冷裝置中，制冷系統經常處在變負荷下工作，冷凝液直接通過節(jié)流閥供給蒸發(fā)器很難準確控制。當蒸發(fā)量小于冷凝量時，會有一部分液體積存于冷凝器中而占去一定的冷凝面積；當蒸發(fā)量大于冷凝量時，又將會有高壓氣體進入蒸發(fā)器而導致制冷系統紊亂。所以，在冷凝器后設貯液器就成了必要。貯液器的主要功能是：貯存冷凝液，調節(jié)和平衡熱負荷與制冷劑之間的需求關系；在制冷裝置高低壓系統之間起著液封作用，防止高壓氣體進入供液管中；容納冷凝器下流液體，防止冷凝液占冷凝面積而使冷凝壓力上升；在設備維修時貯存制冷劑等。

貯液器的配置有通過式和漲縮式兩種方案，其中通過式制冷系統的總循環(huán)量都從貯液器通過，是廣泛采用的方式。當蒸發(fā)量與冷凝量相等時，冷凝液不經貯液器直接送往節(jié)流閥。只有蒸發(fā)量與冷凝量不平衡時，貯液器才起調節(jié)作用。該方案的特點是：當環(huán)境溫度高于冷凝溫度時，可保持冷凝液的過冷度，且對冷凝器和貯液器的安裝高差要求較小，常用于高度受限、機艙溫度較高的船用制冷裝置。但容易將液體中的油帶入低壓系統，對習慣于操作通過式布置的人來說，需注意操作上的區(qū)別。

4.空氣分離器的配置

空氣分離器用于排除制冷系統中不凝性氣體（主要是空氣）?，F在國內使用的有臥式套管式、立式盤管式和自動式空氣分離器三種型式。前兩種的管道配置其連接要求是：

①供液管可從總調節(jié)站或空氣分離器附近的高壓液管接出，節(jié)流后作為空氣分離器的冷源。

②回氣管應接在蒸發(fā)溫度較低、制冷工況穩(wěn)定、經常工作的蒸發(fā)回路的回氣管道上，不得直接與吸氣管連接，以免供液多時發(fā)生濕行程。

③混合氣體管應接自貯液器和冷凝器。由于貯液器的液封作用，使進入制冷系統的不凝性氣體積聚在冷凝器和貯液器中，故應從這兩個設備接出混合氣管至空氣分離器。有的立式冷凝器有上、下兩個放空氣接頭。這是因為在一定壓力下，溫度低處空氣含量大，立式冷凝器工作時，出液口附近溫度最低，由此處放空氣是合適的。在停止工作時，則可從上部的出口放空氣。

④放空氣管用管道接入水中。

⑤對于被冷凝下來的液體的處理，臥式是內部循環(huán)使用，立式可接到空氣分離器供液管上循環(huán)使用，也可利用高差進入貯液器。

5.集油器的配置

在氨制冷系統中，潤滑油隨制冷劑進入冷凝器、蒸發(fā)器等換熱設備中是很不利的。為了減少油對換熱設備的影響，凡有可能積油的設備都設有放油接口并通過放油管與集油器接通，由集油器實施放油。集油器上部的減壓管用于降低集油器內的壓力，使油氨混合物中的氨液在低壓下吸熱氣化而使油、氨分離，氨氣被抽走，油則留在集油器內而后放出。較大的制冷系統可設兩個集油器，將高、低壓設備分開使用。

對多臺冷凝器、油分離器、貯液器的配置，應采用并聯連接，并在貯液器上加設液相、氣相均壓管。

氨制冷系統調節(jié)部分

調節(jié)部分主要指總調節(jié)站的設置。在制冷系統中，把能控制高壓液體分配的閥門集中起來，再配備一些顯示儀表構成總調節(jié)站?？傉{節(jié)站的結構型式因供液方式、壓縮級數等不同而異。

1.單級壓縮總調節(jié)站

單級壓縮總調節(jié)站，直接膨脹供液常把節(jié)流閥設在調節(jié)站上，由此控制、節(jié)流、降壓；液泵、重力供液一般在低壓循環(huán)桶、氨液分離器上采用浮球閥或自動供液，調節(jié)站上不設節(jié)流閥，之用截止閥控制。為了維修方便，可在經常檢修的節(jié)流閥前后加設截止閥。但隨之帶來的是閥件數的增加、阻力的增大和系統的復雜化，所以，應適當設置。

2.雙級壓縮總調節(jié)站

雙機壓縮時總調節(jié)站分高、低溫兩部分，中間用過橋閥溝通。高溫部分液體來源有高壓貯液器、加氨站等；去向為高蒸發(fā)溫度供液、中間冷卻器供液和蛇形盤管供液等。低溫部分液體來源為中間冷卻器蛇形盤管過冷液體、排液桶排液等；去向為低蒸發(fā)溫度供液。

對于比較簡單的制冷系統，也可不設總調節(jié)站。

低壓系統因制冷系統供液方式不同而有很大差異。

根據向蒸發(fā)器供液的動力，直接冷卻系統分直接膨脹供液、重力供液、液泵供液和氣泵供液等四種。

氨制冷系統直接膨脹供液

利用冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之差，將節(jié)流后的制冷劑直接送入蒸發(fā)器的供液方式，稱為直接膨脹供液。在制冷裝置中，它是應用最早和最簡單的供液方式。該方式的特點是 ：

①制冷設備少，系統簡單，制冷劑充注量少，工程費用低。

②節(jié)流生成的閃發(fā)氣體進入蒸發(fā)器，使制冷效率降低。

③無氣液分離設備，容易發(fā)生濕行程。

④操作調節(jié)困難。隨冷凝壓力、蒸發(fā)壓力、負荷大小的變化，應及時調整節(jié)流閥的開啟度，這對使用手動節(jié)流閥、靠人工調節(jié)的制冷裝置來講是不容易做到恰到好處的。同時，由于閃發(fā)氣體的存在，對并聯蒸發(fā)器的供液不容易均勻分配，使供液多的易濕行程，供液少的則出現過熱現象。

氨制冷系統重力供液

重力供液主要用于氨制冷裝置。

1.工作原理

在節(jié)流閥和蒸發(fā)器、蒸發(fā)器和壓縮機之間增設氨液分離器，并將其設在高于蒸發(fā)器的地方。節(jié)流后的兩相制冷劑先進入氨液分離器被分離，分離下來的液體利用氨液分離器內保持的液面和蒸發(fā)器之間高差形成的靜壓向蒸發(fā)器供液，故稱之為重力供液。

2.供液高差的確定

氨液分離器內正常液面和蒸發(fā)器之間的高差取決于流動阻力的大小，供液高差過小，不足以克服阻力，供液不通暢；供液高差過大，液柱靜壓對蒸發(fā)溫度的影響加大。因此，為了保證既能向蒸發(fā)器正常供液，又不至于嚴重影響蒸發(fā)溫度，原則上講，該高差形成的靜壓在克服了總阻力之后，剩余壓差對蒸發(fā)溫度的影響不超過1℃。如不同蒸發(fā)回路所要求的剩余壓差值分別為 ：

-33℃回路：≯5KPa

-28℃回路：≯6KPa

-15℃回路：≯12KPa

實際計劃中氨液分離器正常液面可高于蒸發(fā)器最長層管子0.5~2m，常取1.5m。

3.機房氨液分離器的設置

重力供液的回氣系統屬下列情況之一時，應在氨壓縮機房內增設氨液分離器：①兩層及兩層以上的庫房；②設有兩個或兩個以上的制冰池；③庫房氨液分離器與氨壓縮機房的水平距離大于50m時。

也就是說，為了提高壓縮機運行的安全性，必要時設機房氨液分離器，對庫房氨液分離器不承擔向蒸發(fā)器供液的任務，不必保持一定液面。

4.氨液分離器的數量

按庫房、機房氨液分離器分別確定。

①機房氨液分離器的數量取決于蒸發(fā)回路數、冷間數及層數。不同蒸發(fā)回路應分別設置；多層庫房應分層設置；同一蒸發(fā)回路的多個冷間可以合用一個，也可以分別設置。

②機房氨液分離器的數量主要取決于蒸發(fā)回路數，需要設置時，在滿足氣液分離的條件下，一個蒸發(fā)回路設一個即可。

5.分調節(jié)站的設置

一個氨液分離器對多個冷間或多組蒸發(fā)器供液時，為便于操作管理，設置分調節(jié)站。分調節(jié)站按制冷劑流過時的相態(tài)分液體分調節(jié)站、氣體分調節(jié)站；按融霜功能分帶熱氨融霜和不帶熱氨融霜的分調節(jié)站。兩種型式的調節(jié)站均由總管、支管、截止閥、壓力表等組成，其中支管的數量由冷間和蒸發(fā)器的數量而定。原則上一間一根供液一根回氣；對于采用不同型式蒸發(fā)器的冷間，可分別供液并聯回氣，或分別供液分別回氣。

簡化設計的分調節(jié)站，閥門少，結構簡單。但任何一個蒸發(fā)器融霜時，同一蒸發(fā)回路的其他蒸發(fā)器都不能降溫，且需要有另一個蒸發(fā)回路存在，以提供熱源。對于不需要經常融霜的冷間可以考慮選用，如凍結物冷藏間。

6.排液桶、低壓貯液桶的連接

排液桶、低壓貯液桶的構造相同，用途稍有不同。排液桶主要用于容納沖霜排液，低壓貯液桶則是收集個容器分離下來的液體。早些年建的冷庫中，有這兩種都設的。后來，為簡化系統采取了一桶兩用的設計方式。

7.蒸發(fā)器制冷劑流向

由于重力供液的供液壓力不是很大，蒸發(fā)器制冷劑流向必須采用下進上出，即液體從蒸發(fā)器底部進入，回氣從頂部接出。

8.特點

重力供液有以下特點 ：

①改善了直接膨脹供液的不足。

②液柱靜壓對蒸發(fā)溫度有影響。

③蒸發(fā)器內制冷劑流速慢，放熱系數較低，且其中的積油不易被沖出來。

④氨液分離器、分調節(jié)站布置較分散，不便于集中管理。

⑤需加建閣樓或占穿堂等使用面積放置氨液分離器，土建費用增加。

1 總則

2 制冷設備的安裝

3 閥門、自控元件及儀表安裝

4 氨制冷系統管道的安裝

5 氨制冷系統是奧運年

7 制冷設備和管道防腐及保冷

8 氨制冷系統灌氨

9 氨制冷系統試運轉

10 工程驗收

附：條文說明