氨制冷系统安全培训教材

前言

第一章　涉氨制冷安全生产法律法规1

第一节　概述1

一、涉氨制冷企业安全生产的重要性1

二、安全生产方针2

第二节　涉氨的法律法规标准3

一、法律4

二、行政法规4

三、部门规章4

四、安全技术规范5

五、技术标准6

第三节　涉氨特种设备管辖范围7

第四节　涉氨企业事故案例8

第二章　氨的基础知识11

第一节　氨的制备11

一、合成液氨的原则流程11

二、合成氨工艺条件的选择14

三、液氨废气回收15

第二节　氨的性质15

第三节　氨对人的危害16

一、制冷作业安全生产特点16

二、制冷作业常见事故风险17

第三章　氨的储运充装及其安全19

第一节　氨的贮存19

第二节　氨的运输25

第三节　氨的充装26

一、充氨站及充氨操作26

二、高压调节站的操作27

三、热氨融霜的操作27

四、放空气操作28

·Ⅴ

氨制冷系统安全培训教材

第四章　氨制冷装置及基本原理30

第一节　制冷系统的基本原理30

第二节　制冷压缩机30

一、活塞式制冷压缩机30

二、螺杆式制冷压缩机34

第三节　氨制冷辅助设备40

一、氨油分离器40

二、冷凝器40

三、贮氨器42

四、中间冷却器42

五、立式低压循环贮液器42

六、氨液分离器43

七、排液桶43

八、集油器43

九、紧急泄氨器44

十、空气分离器44

十一、屏蔽电泵45

十二、虹吸罐45

十三、经济器45

第五章　氨制冷工艺流程及其参数47

第一节　氨制冷工艺流程简介47

第二节　典型氨制冷系统的工艺流程及参数51

一、活塞式单级压缩制冷系统工艺流程及参数(冷冻制冰)51

二、活塞式双级压缩循环系统工艺流程及参数(冷冻冷藏、冻结)52

三、螺杆式单级压缩氨制冷系统工艺流程及参数(冷冻盐水)54

四、带经济器螺杆式压缩氨制冷系统工艺流程及参数(单级压缩二次吸气)54

五、螺杆式压缩单机双级压缩制冷系统工艺流程及参数(带中冷)55

第六章　氨制冷系统的安装改造验收57

第一节　材料及管部件验收57

一、管材管件57

二、焊材58

三、阀门及其他58

第二节　焊接59

第三节　无损检测61

第四节　吹扫、强度试验、气密性试验、真空度试验62

·Ⅵ

一、吹扫62

二、强度试验62

三、气密性试验63

四、抽真空试验63

五、充氨试验63

第七章　氨制冷系统的运行和维护保养65

第一节　氨制冷系统的运行操作规程65

一、单级活塞式压缩机操作规程65

二、双级活塞式压缩机操作规程67

三、螺杆式制冷压缩机组操作规程69

四、中间冷却器操作规程72

五、氨油分离器操作规程72

六、贮氨器操作规程72

七、低压循环桶操作规程73

八、集油器操作规程73

九、排液桶操作规程73

十、立式水冷式冷凝器操作规程74

十一、蒸发式冷凝器操作规程74

十二、放空气器操作规程75

十三、氨泵操作规程75

十四、制冷系统加氨操作规程76

十五、冷库氨系统融霜操作规程76

第二节　氨制冷系统的维护与保养79

一、压缩机润滑系统引起的故障及预防措施79

二、压缩机的装配间隙引起的故障及预防措施80

三、压缩机的其他故障80

四、螺杆式制冷压缩机组常见故障现象、原因分析及排除方法81

五、氨制冷系统的保养83

第八章　氨制冷系统事故教训及应急预案要点88

第一节　氨制冷系统的事故教训88

一、急性氨中毒实例及案例分析88

二、上海翁牌冷藏实业有限公司“8·31”重大氨泄漏事故案例分析89

三、阜阳市液氨压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”液氨泄漏较大中毒窒息事故

调查分析95

第二节　氨制冷系统应急预案97

·Ⅶ

氨制冷系统安全培训教材

一、氨的理化性质97

二、对人体生理的影响98

三、应急组织和应急人员98

四、预警及信息报送101

五、应急响应102

六、预防措施103

七、常见事故及应急处理

104

第九章　氨制冷系统的检验重点109

第一节　氨制冷系统安装改造的控制点109

一、压力容器的安装过程109

二、压力管道的安装过程110

第二节　氨制冷系统的定期检验重点112

一、定期检验项目113

二月度检查项目113

三、年度检查项目114

四、在线检验115

五、不停机的全面检验116

六、检验中难检验项目分析和检验方法119

第十章　单冻机安全控制要点127

第一节　单冻机概况127

一、单冻机热氨融霜逐渐成为氨制冷系统事故的头号“杀手127

二、单冻机的定义127

三、融霜的目的和方式128

第二节　单冻机热氨融霜优缺点及存在的问题129

一、单冻机热氨融霜优缺点129

二、单冻机热氨融霜存在的问题130

第三节　热氨融霜事故的影响因素130

一、热氨融霜事故的机理分析131

二、管帽结构型式和焊接缺陷对管道极限载荷的影响134

三、氨液剩余填充量和热氨进口流速增大加速度对失效的影响135

四、回气总管长度对液锤的影响140

五、材料低温冲击韧性试验研究141

六、影响因素的综合分析144

第四节　单冻机热氨融霜事故的预防146

一、设计中参数、材料的选用及结构优化146

二、使用中安全操作控制要点147

参考文献149 2100433B

近年来，随着人们生活水平的不断提高，速冻水产、肉类食品的消费快速发展，对冷链物流的要求进一步日益提高，冷冻企业的速冻机数量也随之大幅增加。而氨制冷系统的工作温度越来越低，并且为了提高生产效率系统普遍带有热氨融霜系统。但氨制冷系统的设计要求、材料选择、操作要求却并没有相应提高，且系统主要失效模式由原来的泄漏、阀门破裂转变为低温脆性断裂；同时，液锤导致低温脆断事故频发。本书根据国务院安委会办公室《关于督促涉氨制冷企业重大事故隐患整改加强安全监管工作的通知》而编写。内容包括：涉氨制冷安全生产的法律法规、氨的基础知识、氨的储运充装及其安全、氨制冷装置及基本原理、氨制冷工艺流程及其参数、氨制冷系统的安装改造验收、氨制冷系统的运行和维护保养、氨制冷系统事故教训及应急预案要点、氨制冷系统的检验重点、单冻机安全控制要点共10章

高压系统可分为三部分：压缩部分、冷凝部分和调节部分。

氨制冷系统压缩部分

压缩部分由压缩机、吸排气管、双级系统的中间冷却器等组成。

1.单级压缩

仅有一个蒸发回路时，压缩部分配连比较简单，把吸、排气管和压缩机连接即可。用于切断机器与系统连接的阀门常为两排，下排为机器自带的吸、排气阀，上排为设计时加的，其作用是便于更换压缩机、修理单向阀。在设置反向运转装置的机器上则是必需的。

制冷系统有两个或多个蒸发回路时，各自回路的机器首先要满足能对各自系统降温，在此基础上，尚应考虑在特殊情况下也可以承担其他蒸发回路的降温任务。即在不设备用机器的前提下，通过增设少量的管道、阀门使各系统之间配连灵活。这样，提高了制冷装置的可靠性，也增加了机器调度的灵活性。但应注意，不要过多地增设过桥阀和连接管，以免使系统复杂化，既浪费了材料，又增大了阻力，实际使用价值也不大。

2.双级压缩

如前所述，双级压缩是把两台或多台压缩机（或一台压缩机的高、低压缸）串联运行，再设置中间冷却器用以降低高压级压缩机吸入气体的温度，从而降低了高压级压缩机排气温度、改善了运行状况。有的中间冷却器还可起到分油和对高压液体制冷剂进行过冷的作用。双级压缩有配组双级和单机双级两种型式。

两台低压级压缩机一台高压级压缩机配组构成的双级压缩系统，正常工作时做双级压缩。为了提高运行的灵活性，可在其中一台低压级压缩机排气管上增设一段连接管和阀件，这样可把任一台低压级压缩机改成单级机运行。此时注意电动机应能满足大功率的要求。

单机双级压缩是集高压气缸、低压气缸为一体的压缩机，称为单机双级压缩机。用一台单机双级机就能完成双级压缩。低压气缸吸入低压气体加压至中压排入中间冷却器，再被高压缸吸入压缩至冷凝压力排至排气管。

配组双级、单机双级压缩各有特点，其中配组双级可通过搭配选型取得较理想的理论排气量的比值，从而使其实际工况接近最佳工况，又可改为单级运行，调度灵活性强。单机双级机则在初次投资、机器占地面积、单位功率制冷量和操作管理方面具有优势，其配连灵活性只能在两个不同蒸发回路之间考虑。

3.综合系统

既有单级压缩、又有双级压缩的制冷系统在实际制冷装置中是很常见的，其机器、管道配置方案，除了要满足各自回路的需要，还可考虑在不同蒸发回路之间能互相切换，灵活应用。

反向运转装置的设置：反向运转就是通过压缩机吸、排气管的调换，将高压系统的制冷剂气体输入低压系统，把高压系统抽成真空状态，以便于检修等使用。由于该装置的不常用性，整个制冷系统设一个即可，且最好设在单级机上。

氨制冷系统冷凝部分

冷凝部分由油分离器、冷凝器、贮液器及相关的阀件、管道构成。

压缩机排出的高压过热蒸气先经排气管进入油分离器，分离出来的氨气进入冷凝器被冷却介质冷却液化，氨液再经下液管流入贮液器。这部分管道配置和冷凝器、油分离器等设备的型式有关。但无论何种配置，都必须保证制冷剂气体能冷凝成液体并在系统中顺利循环。

1.油分离器的配置

根据油分离器的型式不同有以下几种

①填料式油分离器的配置。填料式油分离器是利用过滤作用来分离油滴的，分离效果较好，但阻力较大。它的管路配置简单，但不同厂家生产的结构不一样，连接时注意分清进、出气口的位置。

②洗涤式油分离器的配置。洗涤式油分离器是氨系统专用设备，在底部保持一定液位，主要利用氨液洗涤、冷却等作用使油滴分离。因此，油分离器下部设有一个供液接口，与冷凝器下液管连接，以保证对油分离器的供液。

③离心式油分离器的配置。离心式油分离器利用气流呈螺旋形流动时的离心力使油滴分离，适用于大型机器。

当系统有几台油分离器时应采用并联连接，并注意进气量的均匀。油分离器分离下来的油一般经放油管进入集油器。

2.冷凝器的配置

氨系统常用立式、卧式和蒸发式冷凝器，冷凝器的管接口，除了进气、出液口，考虑到安全及经济运行等方面的因素，实际又增加了均压、放空气、放油等接口，这些接口与相对应设备之间应正确连接。

对于蒸发式冷凝器的连接，由于制冷剂通过冷凝器时产生的阻力损失较大，所以在管道连接时有别于立式、卧式冷凝器，应采取一些具体措施。

3.贮液器的配置

在制冷装置中，制冷系统经常处在变负荷下工作，冷凝液直接通过节流阀供给蒸发器很难准确控制。当蒸发量小于冷凝量时，会有一部分液体积存于冷凝器中而占去一定的冷凝面积；当蒸发量大于冷凝量时，又将会有高压气体进入蒸发器而导致制冷系统紊乱。所以，在冷凝器后设贮液器就成了必要。贮液器的主要功能是：贮存冷凝液，调节和平衡热负荷与制冷剂之间的需求关系；在制冷装置高低压系统之间起着液封作用，防止高压气体进入供液管中；容纳冷凝器下流液体，防止冷凝液占冷凝面积而使冷凝压力上升；在设备维修时贮存制冷剂等。

贮液器的配置有通过式和涨缩式两种方案，其中通过式制冷系统的总循环量都从贮液器通过，是广泛采用的方式。当蒸发量与冷凝量相等时，冷凝液不经贮液器直接送往节流阀。只有蒸发量与冷凝量不平衡时，贮液器才起调节作用。该方案的特点是：当环境温度高于冷凝温度时，可保持冷凝液的过冷度，且对冷凝器和贮液器的安装高差要求较小，常用于高度受限、机舱温度较高的船用制冷装置。但容易将液体中的油带入低压系统，对习惯于操作通过式布置的人来说，需注意操作上的区别。

4.空气分离器的配置

空气分离器用于排除制冷系统中不凝性气体（主要是空气）。现在国内使用的有卧式套管式、立式盘管式和自动式空气分离器三种型式。前两种的管道配置其连接要求是：

①供液管可从总调节站或空气分离器附近的高压液管接出，节流后作为空气分离器的冷源。

②回气管应接在蒸发温度较低、制冷工况稳定、经常工作的蒸发回路的回气管道上，不得直接与吸气管连接，以免供液多时发生湿行程。

③混合气体管应接自贮液器和冷凝器。由于贮液器的液封作用，使进入制冷系统的不凝性气体积聚在冷凝器和贮液器中，故应从这两个设备接出混合气管至空气分离器。有的立式冷凝器有上、下两个放空气接头。这是因为在一定压力下，温度低处空气含量大，立式冷凝器工作时，出液口附近温度最低，由此处放空气是合适的。在停止工作时，则可从上部的出口放空气。

④放空气管用管道接入水中。

⑤对于被冷凝下来的液体的处理，卧式是内部循环使用，立式可接到空气分离器供液管上循环使用，也可利用高差进入贮液器。

5.集油器的配置

在氨制冷系统中，润滑油随制冷剂进入冷凝器、蒸发器等换热设备中是很不利的。为了减少油对换热设备的影响，凡有可能积油的设备都设有放油接口并通过放油管与集油器接通，由集油器实施放油。集油器上部的减压管用于降低集油器内的压力，使油氨混合物中的氨液在低压下吸热气化而使油、氨分离，氨气被抽走，油则留在集油器内而后放出。较大的制冷系统可设两个集油器，将高、低压设备分开使用。

对多台冷凝器、油分离器、贮液器的配置，应采用并联连接，并在贮液器上加设液相、气相均压管。

氨制冷系统调节部分

调节部分主要指总调节站的设置。在制冷系统中，把能控制高压液体分配的阀门集中起来，再配备一些显示仪表构成总调节站。总调节站的结构型式因供液方式、压缩级数等不同而异。

1.单级压缩总调节站

单级压缩总调节站，直接膨胀供液常把节流阀设在调节站上，由此控制、节流、降压；液泵、重力供液一般在低压循环桶、氨液分离器上采用浮球阀或自动供液，调节站上不设节流阀，之用截止阀控制。为了维修方便，可在经常检修的节流阀前后加设截止阀。但随之带来的是阀件数的增加、阻力的增大和系统的复杂化，所以，应适当设置。

2.双级压缩总调节站

双机压缩时总调节站分高、低温两部分，中间用过桥阀沟通。高温部分液体来源有高压贮液器、加氨站等；去向为高蒸发温度供液、中间冷却器供液和蛇形盘管供液等。低温部分液体来源为中间冷却器蛇形盘管过冷液体、排液桶排液等；去向为低蒸发温度供液。

对于比较简单的制冷系统，也可不设总调节站。

低压系统因制冷系统供液方式不同而有很大差异。

根据向蒸发器供液的动力，直接冷却系统分直接膨胀供液、重力供液、液泵供液和气泵供液等四种。

氨制冷系统直接膨胀供液

利用冷凝压力和蒸发压力之差，将节流后的制冷剂直接送入蒸发器的供液方式，称为直接膨胀供液。在制冷装置中，它是应用最早和最简单的供液方式。该方式的特点是 ：

①制冷设备少，系统简单，制冷剂充注量少，工程费用低。

②节流生成的闪发气体进入蒸发器，使制冷效率降低。

③无气液分离设备，容易发生湿行程。

④操作调节困难。随冷凝压力、蒸发压力、负荷大小的变化，应及时调整节流阀的开启度，这对使用手动节流阀、靠人工调节的制冷装置来讲是不容易做到恰到好处的。同时，由于闪发气体的存在，对并联蒸发器的供液不容易均匀分配，使供液多的易湿行程，供液少的则出现过热现象。

氨制冷系统重力供液

重力供液主要用于氨制冷装置。

1.工作原理

在节流阀和蒸发器、蒸发器和压缩机之间增设氨液分离器，并将其设在高于蒸发器的地方。节流后的两相制冷剂先进入氨液分离器被分离，分离下来的液体利用氨液分离器内保持的液面和蒸发器之间高差形成的静压向蒸发器供液，故称之为重力供液。

2.供液高差的确定

氨液分离器内正常液面和蒸发器之间的高差取决于流动阻力的大小，供液高差过小，不足以克服阻力，供液不通畅；供液高差过大，液柱静压对蒸发温度的影响加大。因此，为了保证既能向蒸发器正常供液，又不至于严重影响蒸发温度，原则上讲，该高差形成的静压在克服了总阻力之后，剩余压差对蒸发温度的影响不超过1℃。如不同蒸发回路所要求的剩余压差值分别为 ：

-33℃回路：≯5KPa

-28℃回路：≯6KPa

-15℃回路：≯12KPa

实际计划中氨液分离器正常液面可高于蒸发器最长层管子0.5~2m，常取1.5m。

3.机房氨液分离器的设置

重力供液的回气系统属下列情况之一时，应在氨压缩机房内增设氨液分离器：①两层及两层以上的库房；②设有两个或两个以上的制冰池；③库房氨液分离器与氨压缩机房的水平距离大于50m时。

也就是说，为了提高压缩机运行的安全性，必要时设机房氨液分离器，对库房氨液分离器不承担向蒸发器供液的任务，不必保持一定液面。

4.氨液分离器的数量

按库房、机房氨液分离器分别确定。

①机房氨液分离器的数量取决于蒸发回路数、冷间数及层数。不同蒸发回路应分别设置；多层库房应分层设置；同一蒸发回路的多个冷间可以合用一个，也可以分别设置。

②机房氨液分离器的数量主要取决于蒸发回路数，需要设置时，在满足气液分离的条件下，一个蒸发回路设一个即可。

5.分调节站的设置

一个氨液分离器对多个冷间或多组蒸发器供液时，为便于操作管理，设置分调节站。分调节站按制冷剂流过时的相态分液体分调节站、气体分调节站；按融霜功能分带热氨融霜和不带热氨融霜的分调节站。两种型式的调节站均由总管、支管、截止阀、压力表等组成，其中支管的数量由冷间和蒸发器的数量而定。原则上一间一根供液一根回气；对于采用不同型式蒸发器的冷间，可分别供液并联回气，或分别供液分别回气。

简化设计的分调节站，阀门少，结构简单。但任何一个蒸发器融霜时，同一蒸发回路的其他蒸发器都不能降温，且需要有另一个蒸发回路存在，以提供热源。对于不需要经常融霜的冷间可以考虑选用，如冻结物冷藏间。

6.排液桶、低压贮液桶的连接

排液桶、低压贮液桶的构造相同，用途稍有不同。排液桶主要用于容纳冲霜排液，低压贮液桶则是收集个容器分离下来的液体。早些年建的冷库中，有这两种都设的。后来，为简化系统采取了一桶两用的设计方式。

7.蒸发器制冷剂流向

由于重力供液的供液压力不是很大，蒸发器制冷剂流向必须采用下进上出，即液体从蒸发器底部进入，回气从顶部接出。

8.特点

重力供液有以下特点 ：

①改善了直接膨胀供液的不足。

②液柱静压对蒸发温度有影响。

③蒸发器内制冷剂流速慢，放热系数较低，且其中的积油不易被冲出来。

④氨液分离器、分调节站布置较分散，不便于集中管理。

⑤需加建阁楼或占穿堂等使用面积放置氨液分离器，土建费用增加。

1 总则

2 制冷设备的安装

3 阀门、自控元件及仪表安装

4 氨制冷系统管道的安装

5 氨制冷系统是奥运年

7 制冷设备和管道防腐及保冷

8 氨制冷系统灌氨

9 氨制冷系统试运转

10 工程验收

附：条文说明