混合冷剂制冷

混合冷剂制冷（精选十篇）

混合冷剂制冷 篇1

1课题初始条件

本课题的目标气源组份见表1,是石油伴生气中比较典型的一种组份,处理量为10 × 104Nm3/ d, 原料气经过净化工艺,脱除水分、CO2等杂质后进入液化系统,在此基础上针对小型液化装置进行工艺设计,并对液化工艺进行分析。

2石油伴生气液化工艺分析

天然气液化的主要工艺有双级氮膨胀液化循环、氮甲烷膨胀液化循环和单级混合制冷剂液化循环[5],根据石油伴生气所处的地理环境和对液化系统的要求,需要对这几种常用的液化流程进行比较。 前两种由于液化工艺及设备配置简单,虽然能耗要高40% 左右[6],但在小型液化装置中还是常被采用。单级混合制冷液化循环能耗虽然最低,但需要配置乙烯、丙烷和异戊烷制冷剂的储罐[7],增加了占地面积,制冷剂的外购和装卸也比较麻烦,导致这种方案的 可操作性 较差,是不被采 用的主要 原因[8]。

分析本课题的目标气源,里面含有较多的乙烷、 丙烷、丁烷和戊烷[9],可以在石油伴生气中设置脱乙烷塔和轻油分离塔来提取上述各种制冷剂成份, 如果采用其中的组分来配比混合制冷剂,就可以解决上面提到的单级混合制冷剂循环工艺的主要问题。图1为带分离塔的混合冷剂制冷工艺流程。

C1 - 原料气压缩机; C2 - 制冷剂压缩机; U1 - 净化系统; T1 - 冷吸收塔; T2 - 脱乙烷塔; T3 - 轻油分离塔; V1 - LPG 储罐; V2 - 轻油储罐; V3 - 重烃分离器; V4 - LNG 储罐; E1 - 板翅换热器; JT - 冷剂节流阀

乙烷与甲烷的性质较接近,分离也较困难,如果为了分离出乙烷就需要在脱甲烷塔的塔底设置再沸器,在脱乙烷塔的塔顶设置冷凝器。由于冷凝温度较低,需要引入一股制冷剂,同时为了分离丙烷、丁烷和戊烷成分,至少需要再设置3个分离塔[10],这样会使得系统太过复杂,不适合应用在这种小型液化装置上。

混合制冷剂本身就是几种物质的混合,根据这一特点,可以不必将各种制冷剂提纯。在上面提到的产品方案中设置的脱乙烷塔顶的混合气中主要成份是甲烷( 33% ) 、乙烷( 34% ) 、丙烷( 16. 4% ) ,塔底的主要成分则是液化石油气( LPG) ,绝大部分组份为丙烷和丁烷,戊烷和己烷含量很少,完全可以作为制冷剂。轻油中含有较多的己烷,在低温下容易冻堵换热器,不能用作制冷剂。

因此基于减少制冷剂的储存种类的考虑,针对石油伴生气自身的组份中含有的烃类工质,本课题开发了另外两种液化工艺来尽可能减少制冷剂的外购和储存: 一种是制冷剂全部采用系统的副产品作为混合制冷剂; 另一种是采用系统的副产品再配以某一种纯组分作为混合制冷剂。将这几种混合制冷剂液化工艺利用优化后的流程参数进行模拟计算, 得出不同种类的制冷剂配比对制冷压缩机轴功率的影响,综合比较后选择出合适的制冷剂配比和流程参数。

3混合制冷剂制冷工艺方案比较

通过上述分析,根据混合制冷剂制取及配比的不同,本课题设计了四套制冷剂配比方案:

方案一: 采用的是纯工质进行配比,但是需要设置异戊烷、丙烷和乙烯三种纯工质的储存系统。

方案二: 采用脱乙烷塔顶部气体、底部液体LPG和氮气混配制冷剂,全部利用石油伴生气中的产品作为制冷剂,不需要外购和储存制冷剂。

方案三: 采用脱乙烷塔底部液体LPG、净化天然气、纯乙烯和氮气作为制冷剂,只需要外购和储存乙烯。

方案四: 采用脱乙烷塔顶部气体、异戊烷、LPG和氮气作为制冷剂,只需外购和储存异戊烷。

表2中列出了对四种制冷剂配比方案的比较, 其中压缩机的漏率是按照循环量的0. 1% 计算,用以进行工质消耗的比较。制冷剂压缩机的轴功率按等熵效率值为0. 79进行计算,实际压缩机的功耗会有差别。制冷剂中的甲烷取自净化后的天然气,氮气取自公用工程,因此补充量中不予考虑。

方案一按常规混合制冷剂循环工艺设计,能耗最低,以此为比功耗的基数。这种设计避免不了制冷剂的采购、存储以及配比问题,成为推广应用的瓶颈。

方案二采用脱乙烷塔顶部气体、LPG和氮气混配制冷剂,脱乙烷塔顶气体成分复杂,乙烷气体含量仅为34% ,使得混合制冷剂中的乙烷含量较设计值低,只能通过加大甲烷的含量来补充,使得系统偏离优化的混合制冷剂组成,制冷功耗增加较多。

方案三中混合制冷剂是由脱重烃后的天然气、 纯乙烯、LPG和氮气组成,LPG中的正丁烷和异丁烷作为混合制冷剂中的重组分,代替了原设计中的异戊烷,脱戊烷塔的塔顶产品是LPG,塔底为轻油,通过控制塔顶的冷凝器的冷却负荷和塔底再沸器负荷,使得塔顶的己烷含量可以降到很低,所以方案三的可靠 性高,制冷压缩 机轴功率 比方案二 小11. 3% 。

方案四与方案三类似,由补充乙烯改为补充异戊烷,需要用脱乙烷塔顶产品气,由于LPG中已含有重组份,所以需要更多地补充氮气2,轴功率和异戊烷的补充量均超过方案三。

如果选用方案三,同样的处理量,经过优化设计后,混合制冷 剂循环的 制冷压缩 机轴功率 为1 047 k W; 氮甲烷循环次之,为1 382 k W; 氮膨胀循环的功耗最高,为1 592 k W。单级混合制冷剂循环在制冷系统能耗方面具有明显的优势,比双级氮膨胀节省52% ,比氮甲烷节省32% ,即使采用上述方案二,利用天然气本身的副产品进行配比,也要分别节省37% 和19% 。

综合以上比较,方案三最为合理,整套系统最多只需外购一种制冷剂,通过将制冷剂压缩机前缓冲罐作为混配系统的混配罐后,制冷剂的混配系统也可以省略掉,不用设置各种制冷剂的储罐,降低了混合工质液化循环的复杂程度,使得更加符合偏远地区小型石油伴生气液化装置的需要。氮膨胀循环虽然比混合工质循环更加简单,但在石油伴生气的处理中,由于重组分的含量增加,液化过程中需要的高温区的冷量更多,使得氮气膨胀制冷循环相对于单级混合制冷剂循环的冷剂循环量增加的更多,相应能耗也增加了很多,所以在石油伴生气的液化装置中采用优化后的单级混合工质液化工艺有着极大的优势。

4结论

本课题针对石油伴生气气源自身就可以生产制冷剂特点,对选定的混合制冷剂的来源和配比进行了分析,得到如下的结论:

( 1) 改进后的混合制冷剂液化工艺明显优于双级氮膨胀液化循环和氮甲烷膨胀液化循环;

( 2) 改进后的混合制冷剂液化工艺虽然能耗略有升高,但复杂程度大大降低,更适用于在偏远地区的石油伴生气源处建设液化装置;

( 3) 利用石油伴生气自身的组分可以有效解决天然气液化装置中混合制冷剂的外购和贮存的难题,为混合冷剂液化工艺在类似气源条件下的应用提供了新的思路和方法。

摘要：小型天然气液化装置的制冷循环以带膨胀机的制冷循环和单级混合制冷剂循环为主,目前随着单级混合制冷剂流程研究的深入和使用的增多,装置越来越简单,投资越来越少,相对于膨胀循环流程的劣势很小,而能耗比膨胀循环更是要低40%左右,可有效降低系统的运行费用。石油伴生气的组份特点使得烃类制冷剂容易获得,应该优先采用单级混合制冷剂循环。在液化系统中设置分离塔,利用混合制冷剂本身就是混合物质的特点,不需要将各种冷剂提纯,就可以组合成多种冷剂配制方法,还可以根据不同的气源条件进行优化设计,解决了以往采用混合冷剂制冷循环的冷剂配比、采购、储运问题。

常用制冷剂简介 篇2

制冷剂又称制冷工质，是制冷循环的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，既制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结时放热。当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟里昂类、水和少数碳氢化合物等。

1987年9月在加拿大的蒙特利尔室召开了专门性的国际会议，并签署了《关于消耗臭氧层的蒙特利尔协议书》，于1989年1月1日起生效，对氟里昂在的R11、R12、R113、R114、R115、R502及R22等CFC类的生产进行限制。1990年6月在伦敦召开了该议定书缔约国的第二次会议，增加了对全部CFC、四氯化碳（CCL4）和甲基氯仿（C2H3CL3）生产的限制，要求缔约国中的发达国家在2000年完全停止生产以上物质，发展中国家可推迟到2010年。另外对过渡性物质HCFC提出了2020年后的控制日程表。HCFC中的R123和R134a是R12和R22的替代品。

热力学的要求

1在大气压力下，制冷剂的蒸发温度(沸点)ts要低。这是一个很重要的性能指标。ts愈低，则不仅可以制取较低的温度，而且还可以在一定的蒸发温度to下，使其蒸发压力Po高于大气压力。以避免空气进入制冷系统，发生泄漏时较容易发现。要求制冷剂在常温下的冷凝压力Pc应尽量低些，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。并且，冷凝压力过高也有导致制冷剂向外渗漏的可能和引起消耗功的增大。对于大型活塞式压缩机来说，制冷剂的单位容积制冷量qv要求尽可能大，这样可以缩小压缩机尺寸和减少制冷工质的循环量；而对于小型或微型压缩机，单位容积制冷量可小一些；对于小型离心式压缩机亦要求制冷剂qv要小，以扩大离心式压缩机的使用范围，并避免小尺寸叶轮制造之困难。制冷剂的临界温度要高些、冷凝温度要低些。临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化。凝固温度是制冷剂使用范围的下限，冷凝温度越低制冷剂的适用范围愈大。

制冷剂 分子式 分子量u 正常蒸发温度ts(℃)凝固点tf(℃)临界温度 tkp(℃)临界压力PKP绝对压力 绝热指数K

水（R718）H2O 18.02 +100 ±0 +374.1 225.6 1.33

氨（R717）NH3 17.03-33.4-77.7 +132.4 115.2 1.31

R11 CFCL3 137.39 +23.7-111 +198 44.6 1.17

R12 CF2CL2 120.92-29.8-155 +111.5 40.86 1.15

R13 CF3CL 104.47-81.5-180 +28.8 39.4-

R22 CHF2CL 88.48-40.8-180 +96 50.3 1.19

R115 C2F5CL 154.48-38-106 +80 33 1

物理化学的要求制冷剂的粘度应尽可能小，以减少管道流动阻力、提换热设备的传热强度。制冷剂的导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积。制冷剂与油的互溶性质：制冷剂溶解于润滑油的性质应从两个方面来分析。如果制冷剂与润滑油能任意互溶，其优点是润滑油能与制冷剂一起渗到压缩机的各个部件，为机体润滑创造良好条件；且在蒸发器和冷凝器的热换热面上不易形成油膜阻碍传热。其缺点是从压缩机带出的油量过多，并且能使蒸发器中的蒸发温度升高。部分或微溶于油的制冷剂，其优点是从压缩机带出的油量少，故蒸发器中蒸发温度较稳定。其缺点是在蒸发器和冷凝器换热面上形成很难清除的油膜，影响了传热。

类别 溶解性 制冷剂 产生的影响难溶 NH3、CO2、R13、R14、R15、SO2 无微溶（在压缩机曲轴箱和冷凝器内相互溶解，在蒸发器内分解）

R22、R114、R152、R502 溶解时降低润滑油的沾度完全溶解 R11、R12、R21、R113、烃类、CH3CI、R500

降低润滑油的沾度和凝固点，并使油中石蜡下沉，蒸发温度升高应具有一定的吸水性，这样就不致在制冷系统中形成“冰塞”，影响正常运行。应具有化学稳定性：不燃烧、不爆炸，使用中不分解，不变质。同时制冷剂本身或与油、水等相混时，对金属不应有显著的腐蚀作用，对密封材料的溶胀作用应小。

安全性的要求由于制冷剂在运行中可能泄漏，故要求工质对人身健康无损害、无毒性、无刺激作用。

制冷剂的分类在压缩式制冷剂中广泛使用的制冷剂是氨、氟里昂和烃类。按照化学成分，制冷剂可分为五类：无机化合物制冷剂、氟里昂、饱和碳氢化合物制冷剂、不饱和碳氢化合物制冷剂和共沸混合物制冷剂。根据冷凝压力，制冷剂可分为三类：高温（低压）制冷剂、中温（中压）制冷剂和低温（高压）制冷剂。无机化合物制冷剂：这类制冷剂使用得比较早，如氨（NH3）、水（H2O）、空气、二氧化碳（CO2）和二氧化硫（SO2）等。对于无机化合物制冷剂，国际上规定的代号为R及后面的三位数字，其中第一位为“7”后两位数字为分子量。如水R718...等。氟里昂（卤碳化合物制冷剂）：氟里昂是饱和碳氢化合物中全部或部分氢元素（CL）、氟（F）和溴（Br）代替后衍生物的总称。国际规定用“R”作为这类制冷剂的代号，如R22...等。饱和碳氢化合物：这类制冷剂中主要有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和环状有机化合物等。代号与氟里昂一样采用“R”，这类制冷剂易燃易爆，安全性很差。如R50、R170、R290...等。不饱和碳氢化合物制冷剂：这类制冷剂中主要是乙烯（C2H4）、丙烯（C3H6）和它们的卤族元素衍生物，它们的R后的数字多为“1”，如R113、R1150...等。共沸混合物制冷剂：这类制冷剂是由两种以上不同制冷剂以一定比例混合而成的共沸混合物，这类制冷剂在一定压力下能保持一定的蒸发温度，其气相或液相始终保持组成比例不变，但它们的热力性质却不同于混合前的物质，利用共沸混合物可以改善制冷剂的特性。如R500、R502...等。高温、中温及低温制冷剂：是按制冷剂的标准蒸发温度和常温下冷凝压力来分的。

制冷剂 使用温度范围 压缩机类型 用途 备注

R717（氨）中、低温 活塞式、离心式 冷藏、制冰 在普通制冷领域R11 高温 离心式 空调

R12 高、中、低温 活塞式、回转式、离心式 冷藏、空调 高温为：10-0℃R13 超低温 活塞式、回转式 超低温

R22 高、中、低温 活塞式、回转式、离心式 空调、冷藏、低温 中温为：0--20℃R114 高温 活塞式 特殊空调 低温为：-20--60℃

R500 高、中温 活塞式、回转式、离心式 空调、冷藏 超低温为：-60--120℃R502 高、中、低温 活塞式、回转式 空调、冷藏、低温

氨（R717）的特性氨（R717、NH3）是中温制冷剂之一，其蒸发温度ts为-33.4℃，使用范围是+5℃到-70℃，当冷却水温度

达高30℃时，冷凝器中的工作压力一般不超过1.5MPa。氨的临界温度较高（tkr=132℃）。氨是汽化潜热大，在大气压力下为1164KJ/Kg，单位容积制冷量也大，氨压缩机之尺寸可以较小。纯氨对润滑油无不良影响，但有水分时，会降低冷冻油的润滑作用。纯氨对钢铁无腐蚀作用，但当氨中含有水分时将腐蚀铜和铜合金（磷青铜除外），故在氨制冷系统中对管道及阀件均不采用铜和铜合金。氨的蒸气无色，有强烈的刺激臭味。氨对人体有较大的毒性，当氨液飞溅到皮肤上时会引起冻伤。当空气中氨蒸气的容积达到0.5-0.6%时可引起爆炸。故机房内空气中氨的浓度不得超过0.02mg/L。氨在常温下不易燃烧，但加热至350℃时，则分解为氮和氢气，氢气于空气中的氧气混合后会发生爆炸。

如何选用制冷剂 篇3

关键词：制冷剂 选择 分析

0 引言

由于家用冰箱、空调及冷柜都用到氟里昂制冷剂，为人们普遍认知。因而制冷空调行业成了破坏臭氧层和制造温室效应的众矢之的。但人们很少知道，氟里昂大部分排放是由于化工工业生产过程造成的，空调制冷剂的泄漏只是一小部分。工业上如灭火、发泡等是一次性使用，大量的氟里昂物质排放到大气中，而空调制冷剂是密封在机组的循环系统中，只是存在机组泄漏的可能。

1 常用制冷剂

首先了解氟里昂的定义，氟里昂是饱和烃类（碳氢化合物）的卤族衍生物的总称，是本世纪三十年代随着化学工业的发展而出现的一类制冷剂，它的出现解决了制冷空调界对制冷剂的寻求。从氟里昂的定义可以看出，现在人们所说的非氟里昂的R134a、R410A及R407C等其实都是氟里昂。

氟里昂能够破坏臭氧层是因为制冷剂中有CL元素的存在，而且随着CL原子数量的增加，对臭氧层破坏能力增加，随着H元素含量的增加对臭氧层破坏能力降低；造成温室效应主要是因为制冷剂在缓慢氧化分解过程中，生成大量的温室气体，如CO2等。根据氟里昂制冷剂的分子结构，大致可以分为以下3类：

1.1 氯氟烃类：简称CFC，主要包括R11、R12、R113、R114、R115、R500、R502等，由于对臭氧层的破坏作用以及最大，被《蒙特利尔议定书》列为一类受控物质。此类物质目前已禁止使用，在制造聚氨酯海绵的过程中，R11已由R141b作为过渡性替代品。

1.2 氢氯氟烃：简称HCFC，主要包括R22、R123、R141b、R142b等，臭氧层破坏系数仅仅是R11的百分之几，因此，目前HCFC类物质被视为CFC类物质的最重要的过渡性替代物质。在《蒙特利尔议定书》中R22被限定2020年淘汰，R123被限定2030年，发展中国家可以推迟10年。

1.3 氢氟烃类：简称HFC，主要包括R134a，R125，R32，R407C，R410A、R152等，臭氧层破坏系数为0，但是气候变暖潜能值很高。在《蒙特利尔议定书》没有规定其使用期限，在《联合国气候变化框架公约》京都议定书中定性为温室气体。

2 常用制冷剂性能比较

目前，在空调制冷行业中，除了汽车空调行业外，其他领域的制冷设备如：家用冰箱、空调、食品冷冻冷藏柜、运输冷藏设备、速冻机、中央空调等基本上还是以过渡性冷媒R22为主要的产品。评价一种制冷剂的好坏，我认为应当综合考虑下列因素：

2.1 臭氧层破坏潜能值（Ozeme Depletion Potential），简称ODP值；

2.2 全球变暖潜能值（Global Warming Potential），简称GWP值；

2.3 理想循环状况下的制冷系数（Coefficient of Performance），简称COP值；

2.4 经济性。下面列举几种制冷剂的物理性质的对比。

几种制冷剂的物理性质

制冷剂R22R123R134aR407CR410A

分子量86.48152.91102.0386.272.56

大气压下沸点(℃) -40.827.6-26.1-36.6-52.7

临界温度(℃)96.0184101.187.372.5等

应用广泛应用于家庭、商业、工业空调、冷冻离心式冷水机组 螺杆式、离心式冷水机组理论上同R22但许多实际技术尚未解决 家用空调、冰箱。

从上表不难看出，虽然R134a、R407C及R410A对臭氧层破坏力为0，但其温室效应指数却是R123的十几倍；从其寿命上看，R22及R134a比R123的寿命长十倍，寿命越长，大气中积存的R22、R134a越多，温室效应隐患越来越大，长时间的积累就形成“消化不良”的病态。

目前空调制冷行业普遍R22，其主要原因是R22在空调温区内具有优越的物理特性和制冷性能，而且性能稳定，技术成熟，价格低廉。HFC类物质由于对臭氧层无破坏作用，被认为是将来替代HCFC的首选物质。用来替代R22的主要物质有R134a、R407C及R410A，但是这些HFC类物质由于物理特性的限制，很多技术问题尚悬而未决，均不是R22最理想的替代物。

2.4.1 R22与R123的比较：①R22与R123同属氢氯氟烃，但R22的臭氧层破坏力是R123的2.5倍，温室效应指数是R123的17倍。②R123是低压制冷剂，工作时蒸发器为负压，冷凝器为0.04Mpa，停机时机内为－0.004Mpa，因此，即便机组泄漏也只存在外界空气进入机组的可能。③R22临界压力比R123高1300kPa，机组内部提高，泄漏几率提高。

2.4.2 R22与R134a的比较：①R134a的比容是R22的1.47倍，且蒸发潜热小，因此就同排气体积的压缩机而言，R134a机组的冷冻能力仅为R22机组的60%。②R134a的热传导率比R22下降10%，因此换热器的换热面积增大。③R134a的吸水性很强，是R22的20倍，因此对R134a机组系统中干燥器的要求较高，以避免系统的冰堵现象。④R134a对铜的腐蚀性较强，使用过程中会发生“镀铜现象”因此系统中必须增加添加剂。⑤R134a对橡胶类物质的膨润作用较强，在实际使用过程中，冷媒泄漏率高。⑥R134a系统需要专用的压缩机及专用的脂类润滑油，脂类润滑油由于具有高吸水性、高起泡性及高扩散性，在系统性能的稳定性上劣于R22系统所使用的矿物油。⑦目前，HFC类冷媒及其专用脂类油的价格高于R22，设备的运行成本将上升。

2.4.3 R22与R407C的比较 R407C在热工特性上与R22最为接近，除了在制冷性能、效率上略差以及上述HFC类物质所具有的技术问题之外，还由于这类物质属于非共沸混合物，其成分浓度随温度、压力的变化而变化，这对空调系统的生产、调试及维修都带来一定的困难，对系统热传导性能也会产生一定的影响。特别是当R407C泄漏时，系统制冷剂在一般情况下均需要全部置换，以保证各混合组分的比例，达到最佳制冷效果。

3 小结

3.1 制冷剂的选择与设备生产厂商的技术及设计思路密切相关。与采用的压缩机型式、热力循环效率、制冷工况、对材料的腐蚀性、与润滑油的相溶性、以及经济性、安全性等有很大关系，可以理解为厂商的“个性”。

3.2 有的制冷机组厂家声称采用无氟的制冷剂或如何环保的制冷剂，把冷水机组的销售变成制冷剂选用的无谓的“舌战”，给不太了解氟里昂制冷剂的用户造成困惑，恰恰忽劣了机组本身的性能。

3.3 有些制冷剂生产厂宣传自己生产的制冷剂是无氟的，据有关权威机构化验，其大部分组成成分为R22，这种做法说的利害一些是商业炒作行为。更有甚者有些媒体也宣称要告别“用氟时代”，其充当的脚色是为愚弄人者摇旗呐喊，更为这些现代的无知感到悲哀。

混合冷剂制冷 篇4

天然气液化是一个低温过程, 原料气经预处理后, 进入换热器进行低温冷冻循环, 冷却至-162℃左右就会液化。目前世界上已成熟的天然气液化工艺有:节流制冷循环、膨胀机制冷循环、阶式制冷循环、混合冷剂制冷循环、带预冷的混合制冷循环等工艺。下面简单介绍几种制冷循环工艺。

1.1 膨胀机制冷循环

膨胀制冷工艺是小型液化天然气工厂常采用的技术路线, 通常采用的是氮气膨胀制冷, 其原理就是利用高压氮气膨胀降温提供液化天然气所需的冷量。其核心设备是透平膨胀机。

1.2 阶式制冷循环

阶式制冷工艺是由多个单独的循环制冷剂组成, 经典的阶式循环是由丙烷、乙烯、甲烷串联而成3个温度水平 (丙烷段-38℃, 乙烯段-85℃, 甲烷段-160℃) 。为了使各段制冷温度尽可能与原料的冷却曲线接近, 又出现了采用3种冷剂、9个温度水平的阶式循环冷却曲线。

1.3 混合冷剂制冷循环

混合冷剂制冷循环 (Mixed Refrigerant Cycle, 简称MRC) 是美国空气产品和化学品公司予20世纪60年代末开发成功的一项专利技术。混合冷剂由氮气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷组成, 利用混合物各组分不同沸点, 部分冷凝的特点, 进行逐级的冷凝、蒸发、节流膨胀得到不同温度水平的制冷量, 以达到逐步冷却和液化天然气的目的。混合冷剂液化工艺既达到类似阶式液化流程的目的, 又克服了其系统复杂的缺点。

1.4 带预冷的混合冷剂制冷循环

在MRC工艺基础上经过改进, 增加预冷方式, 采用最多的是丙烷预冷的MRC工艺, 其原理是分两段供给冷量。

2 混合冷剂制冷工艺

混合冷剂制冷工艺是目前最具活力和生命力的天然气制冷工艺。其特点是混合制冷剂的不同组分在冷箱的不同温度段与天然气换热, 二者间的温差可以保持在一个较低的水平, 类似于阶式循环制冷工艺设计无数个单独的循环系统串联, 但又避免了阶式系统设备繁多、操作复杂等缺点。

2.1 混合冷剂制冷工艺分类

混合冷剂制冷工艺大体可分为全混合冷剂制冷工艺 (FMR) 和带预冷的混合冷剂制冷工艺两种。在此基础上, 有多家公司开发出多种多样, 各具特色的混合冷剂制冷工艺。其中有中国寰球的双循环混合冷剂制冷工艺 (陕西安塞、山东泰安LNG项目应用此工艺) 、中原绿能的三段混合冷剂制冷工艺 (河南中原油田LNG项目应用此工艺、美国B&V Prico混合制冷工艺 (新疆广汇、内蒙鄂尔多斯LNG项目应用此工艺、及我公司的单循环双节流混合冷剂制冷工艺 (巴彦淖尔磴口、新疆博瑞LNG项目应用此工艺) 等。

2.2 混合冷剂制冷工艺流程

混合冷剂按照一定比例配比混合后, 经过压缩、冷却、节流获得低温, 通过热交换使天然气冷凝液化。

2.3 混合冷剂介绍

目前世界上已有的混合制冷剂超过上百种, 主要由N2、C1~C5自由组合配比而成。一般混合冷剂中各组分的摩尔分数为:CH40.2~0.32, C2H6 0.34~0.44, C3H8 0.12~0.20, C4H10 0.08~0.15, C5H12 0.03~0.08, N2 0~0.03。

2.4 核心设备介绍

混合冷剂制冷工艺中最核心的设备是冷剂压缩机和冷箱。冷剂压缩机通常采用离心式电机驱动压缩机, 冷箱采用铝制板翅式换热器。应用成熟、可靠的厂家为国外的西门子冷剂压缩机和查特冷箱。随着国内技术的不断提高, 国产化设备的应用也越来越多。例如沈阳鼓风机厂和陕西鼓风机厂生产的压缩机、四川空分冷箱和杭州中泰冷箱, 已在多个LNG工厂中投产应用。

2.4.1 冷剂压缩机

冷剂压缩机用于加工大循环量冷剂, 设备密封性要求高, 与往复式压缩机比较, 离心式压缩机在密封性方面的优势明显。且同等条件下离心式压缩机体积小、运行稳定、易损件少、检修周期长, 故不用备机。

2.4.2 冷箱

冷箱由板翅式换热器和外壳两部分组成。与传统换热器比较, 板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高、冷损失小、适应性强、现场安装快捷、占地面积小、运行稳定可靠等优点。板翅具有扩展的二次表面, 使得它的换热表面积比可达到1000 m2/m3;另外翅片对流体的扰动使边界层不断破裂, 因而具有较大的换热系数;同时由于隔板、翅片很薄, 具有高导热性, 所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率;而且对于气-气、气-液、液-液、各种流体之间的换热以及发生相态变化的相变换热均可适用, 特别适合多股流体同时换热的天然气液化装置。

3 在LNG工厂中的应用

性能指标是考核混合冷剂制冷工艺在LNG工厂中广泛应用的重要指标。热力学分析表明, 在液化天然气装置上使用混合冷剂制冷工艺, 改善了能量的利用, 不仅效率高、能耗低、而且易于控制和实现整体工艺操作。

混合冷剂制冷工艺其有效能损失主要发生在冷剂压缩、换热、经节流阀及在管道和设备产生降压、组成或温度不同的冷剂混合4个过程。冷量损失小, 换热效率高, 大大提高液化率。

针对在天然气液化过程中, 经常出现的原料气波动现象, 在冷剂压缩机上设置防喘振线和流量调节, 或者电机设置成变频调节, 用来降低能耗。

混合冷剂制冷工艺在LNG工厂中的广泛应用, 证明了我国LNG工业正逐渐的走向成熟, 逐步摆脱美国对我国LNG技术的垄断。同时这种制冷技术也是十分适合我国目前发展中小型LNG工厂的国情的。

4 结束语

LNG作为一种新兴能源目前已成为继石油之后的世界第2大能源, 国内LNG需求进入爆炸式增长阶段。随着空气质量越来越恶劣, 人们需求清洁, 环保, 安全的LNG能源越来越多。因此应用天然气液化工艺越来越广泛, 而混合冷剂制冷工艺无论在技术上还是在经济上都是最佳选择。但我们不应局限于此, 我们还应大力研发、创新, 为生产LNG提供更高效、更节能、更方便、更安全的混合冷剂制冷技术。

摘要：混合冷剂制冷工艺在LNG工厂中的应用技术, 就是在工厂中天然气的液化技术。混合冷剂制冷工艺是目前最具活力和生命力的天然气制冷工艺, 其形式多种多样、各具特色, 具有效率高, 能耗低, 投资少, 操作方便等特点。随着LNG需求量爆炸式增长, 生产LNG的混合冷剂制冷工艺应用越来越多。

关键词：天然气液化工艺,混合冷剂制冷,冷剂压缩机,冷箱

参考文献

[1]顾安忠, 鲁雪生.液化天然气技术手册[M].北京机械工业出版社.2010

混合冷剂制冷 篇5

关键词：环境危机；制冷剂的替代品；碳氢制冷剂HCR，-22应用分析

中图分类号：TB64文献标识码：A文章编号：1006-8937(2011)06-0011-03

随着全球经济的迅猛发展，人类的生存环境遭到了巨大的破坏，其结果是我们赖以生存的地球气温年年攀升。“节能与环保”这个现代社会永恒的话题，一直是人类为之奋斗的目标。所谓环保是指人类有意识地保护自然资源并使其得到合理的利用，防止自然环境受到污染和破坏；同时，对受到污染和破坏的环境则必须做好综合治理，以创造出适合于人类生活、工作的环境。环保为人类解决现实的或潜在的环境问题，协调人类与环境的关系，保障经济社会的可持续发展提供了一定的保障。为可持续发展选择适当的冷媒，使它即节能又能与环境相容，这也是各大空调用户最为关注的问题。文章所谈及的碳氢制冷剂HCR-22是一种适用于以前使用HCFC R22或CFC R502的空调系统与低温冷冻的天然有机溶液。

1碳氢制冷剂HCR－22节能环保的原理

在烈日炎炎的天气，一座大厦的空调要消耗巨大的能量，按空调厂家常规匹配220W/m²,对于2000m²的恒温恒湿类空调使用房，需配螺杆式水冷冷水机组120匹中央空调或配风冷式冷水机组150匹中央空调，以此类推。可见，每年各大企业仅用于空调类的能量损耗就很可观。

若更换为HCR-22碳氢制冷剂后，能显著减少能耗用于空调系统的磨损。文章随东莞常峰机电设备安装工程有限公司的人员在数家空调用户厂进行替换测试，得到了第一手HCR-22使用效果报告。从实测数据可了解这种新型制冷剂的真实性能，以便加快高新科技全新节能环保雪种的建设步伐，顺应现代化的发展。

①HCR-22雪种，系新型环保碳氢制冷剂，采用精制高纯度丙烷、丁烷等混合烷烃，通过一定重量比调和而得的，深度净化，精密配制，不损害臭氧层，无温室效应，完全环保。按重量计，HCR-22雪种的用量只是R22、R502的40％～55％，因此更为经济实惠。

②HCR-22是一种直接替代品，它不需要更新部件或设备，即不用更换压缩机，管道和冷冻油；充注了HCR-22的空调或制冷系统要比充注氟利昂制冷剂(即普通雪种R22，R502)节约多达10％。这是因为碳氢制冷剂具有更高的效率，它能在更短的时间内使室内温度达到设定的恒温值。HCR-22的单位制冷量大，凝固点低、汽化潜热值是普通雪种的1.84倍(详见表1)，因此制冷速度极快，空调会提前达到设定温度而停机，单位制冷量完全能满足且更优于普通制冷剂。

③碳氢制冷剂HCR-22的压缩比小，分子量是R22的45％，流动性快，所以等熵压缩比功小，这样就减轻了压缩机负荷，使压缩机工作更轻松，延长压缩机的使用寿命，降低了压缩机的运行功率(详见表2)。

④对保护地球环境有利的冷媒应符合下列条件：向大气释放时不会对大气造成负面影响(ODP、GWP)；必须远远高于临界温度利用的温度条件；压力不能过高，最低压力必须在大气压力以上；相当于压缩机排气容积的制冷能力必须很大，压缩机排气温度必须低；化学稳定性高，无可燃性、无毒性，价格便宜。

从HCR-22碳氢制冷剂与R22／R502普通制冷剂的性能比较来看，前者更为符合。以下表3、表4列举了各制冷剂的性能，可以说明这一点。

⑤我们知道，对于一台空调，能效比越高，说明越节能。能效比(EER)等于名义制冷量(制热量)与压缩机运行功率之比。HCR-22名义制冷量大，压缩机运行功率小，因此能效比高，达到节能效果。经过大量的HCR-22更换数据表明：普通空调更换HCR-22之后，节能率在10％～20％之间。

由图1可知中央空调耗电主要在压缩机组及空调箱，所以在单位制冷量不变的前提下，减轻了压缩机组的负荷，就能达到节能的目的。

诚然，一种良好的空调制冷剂替代品，必须从其环保性、节能性、可靠性以及替代现有制冷剂的方便性等多种角度去考虑。因此，我们作了以下的替换测试。

2碳氢制冷剂HCR-22替换测试效果

2.1概述

测试具体配制设备及材料如表5所示。大金CUWD5Y120冷水机组为双压缩机、双回路系统，在此，我们作一项对比测试，即将1#压缩机使用HCR-22冷媒，2#压缩机使用原R22冷媒。本项测试的目的是通过制冷剂的替代，测试空调机组在正常使用工况下的节电效果。测试仪器主要有：三相电表(互感器为30倍150；5)钳表、万用表、红外线电子测温仪等。注意：替换过程对原系统设备未做任何改变。

2.2数据记录与分析

1#、2#机组对比测试各项参数值如表6所示，本次测试是在现场同等负荷条件及同等环境下，分别对使用HCR-22制冷剂的1#压缩机和使用R22制冷剂的2#压缩机在同一台机组的两个回路系统进行比对测试。根据比对测试得到的运行参数计算节电效果。即从两种不同的机组运行负荷工况下，可以看出：机组运行负荷工况越饱满，节电效果越好。

3替换碳氢制冷剂I-ICR-22与替换普通环保雪种优势比较

①目前，已经投入商业化量产的是R410a，尽管在许多性能方面，尤其是环保方面，它都是取代R22的最佳替代品，但由表7可以看出，它需要更换压缩机及冷冻油，并进行局部调整，节能方面却无优势可言。

②机组使用HCR-22碳氢制冷剂油混率高，它与所有常用冷冻润滑油(矿物润滑油，合成润滑油)兼容，无毒，对金属和橡胶均无腐蚀性。而许多制冷剂需要专门配套的制冷剂润滑油，如使用不当，就会出现问题。使用碳氢制冷剂可防止出现制冷剂和制冷剂润滑油不兼容造成的问题。目前市场上使用较多的R134a制冷剂具有腐蚀性，对制冷系统的橡胶材料要求极高，与常用润滑油不兼容。因此，原灌注R12制冷剂汽车空调换用P134a制冷剂时必须进行改装，否则压缩机会受到损害，而且花费昂贵。而在大多数情况下，不论什么类型的汽车空调或其他制冷设备，换用HCR-22雪种，无需进行改装。

③HCR-22碳氢制冷剂可降低压缩机运行负荷，对压缩机百益而无一害，即可降低设备维修率，延长压缩机的使用寿命。这主要是得益于该制冷剂分子量小，流动性好，输送压力更低。

发展问题已是当今时代的主题，而科技进步却是经济发展的决定因素。二十一世纪环保与节能将成为经济发展和社会进步的重要课题，必须大力倡导和推广绿色产业、节能产品和高科技产品的发展。“制冷剂”这个在空调中起着举足轻重作用的空调血液，备受人们的关注。虽然在实际测试中，HCR-22还有许多不尽人意的地方，然而，环保的潮流是不可逆的，在环保的迫切需求下，新冷媒中央空调对臭氧层起到的保护作用将具备更加深远的意义。尽管人们在不断地试图寻找一种既具有良好的热力性质，又对环境不造成威胁，还要高度安全的物质来作为制冷剂，但经过多年的努力，至今仍未找到这种理想的制冷剂，我们期待着冷媒替代技术的研发得到进一步的深入发展。

参考文献：

[1]余中海，为可持续发展选择适当的冷媒[J]，制冷,2008,(12).

[2]马一太，碳氢制冷剂应用的可行性分析[J]，暖通空调,2005，(10).

混合冷剂制冷 篇6

霍尼韦尔研制的HFO混合制冷剂 (SolsticeTML41) 是业内最新的环保冷媒, 不仅在制冷性能和安全性方面表现突出, 更是一种基于新一代低全球变暖潜值分子减少二氧化碳排放的先进产品, 帮助中国践行节能减排的国际承诺。同时SolsticeTML41制冷剂可适用于现有的空调硬件系统, 避免业内突出的冷媒改进对空调系统产生的更新难题, 将加快整个行业向制造环保型空调的升级换代。

作为新一代环保冷媒的典型, SolsticeTML41无臭氧层破坏效应, 其全球变暖潜值低于500, 仅为目前广为采用的冷媒如R410A的1/4。相比于其他可燃制冷剂, SolsticeTML41所需的点火能量更高, 燃烧速率更低, 因此安全性更高。

“我们看到, 目前各国政府在制冷剂技术的发展方向上都在开展立法工作淘汰消耗臭氧层物质, 而且在可以预见的中长期也会越来越关注如何降低制冷剂的全球变暖潜值。”霍尼韦尔氟化学品亚太区总经理莫浩城先生说, “霍尼韦尔和海尔联合开发的使用HFO混合制冷剂的空调将满足各国政府不断严格的环保及排放标准, 帮助减缓全球变暖趋势。”

当前全球面临着环境恶化和能源紧缺两大问题, 如何在实现最佳制冷效果的同时, 降低过程能耗以及减少环境危害, 是当下制冷行业面临的最大挑战。作为全球氟化学品的领先供应商, 霍尼韦尔在制冷剂、发泡剂等环保材料方面都掌握着尖端技术, 并力求通过开发低全球变暖潜值的创新产品来实现进一步性能优化。

制冷空调行业制冷剂现状和发展趋势 篇7

1.1 制冷剂的发展经历了三个阶段

第一阶段:从1830年至1930年,主要采用NH3、HC、CO2,空气等作为制冷剂,存在有毒,可燃,效率低的缺点,约用了100年之久。

第二阶段:从1930年至1990年,主要用CFC和HCFC制冷剂。使用了60年后,逐渐发现这些制冷剂破坏臭氧层,基于环保的需要,新的制冷剂开始出现。

第三阶段:从1990年至今,进入以HFC制冷剂为主的时期。

1.2 氧层破坏、温室效应与制冷剂发展的背景

1.2.1 臭氧(O3)是一种在地球大气中发现的气体,当强烈的太阳紫外线造成氧分子破烈时,就生成了氧原子氧原子再与氧分子反应生成臭氧。

臭氧存在于离地面15-60KM高度的大气平流层。臭氧的分布区域就叫做臭氧层。臭阳能吸收大气中的任何其他气体不能吸收的太阳辐射中波长在300mm以下的紫外线。减少太多的紫外辐射对人类的不利影响。这些不良影响有:(1)使患皮肤癌的几率增加。(2)使患白内障的几率增加。(3)破坏人体免疫系统。(4)降低农作物产量和使质量劣化。(5)对浮游植物的生长产生不利的影响。

臭氧层破坏是当今危害人类生存环境的全球性的主要环境之一,引起了世界各国的广泛关注和重视。为此,国际社会于1987年在加拿大签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,限定了对臭氧层破坏的CFCs制冷剂的使用,旨在通过控制对臭氧层有破化作用的物质的生产和消费,以保护关系到全人类未来生存与发展的大气层。至2009年9月,全世界196个国家已经全部成为议定书的缔约方,标志着《蒙特利尔议定书》成为联合国数百个条约中唯一一个实现全球普遍参与的条约。

1.2.2 温室效应致全球变暖是当今全球面临的有一主要环境问题,人类活动产生的温室气体致使全球气温升高,同时了,气候异常事件频发。

近一个世纪以来,大气中CO2的浓度提到了近100ppm,地球表面温度提高了约1度,1997年12月在日本京都举行的《联合国气候变化框架公约》第3次缔约方大会上通过了《京都议定书》,鼓励各个国家减排温室气体,并规定了2008年至2012年,主要工业发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。

《蒙特利尔议定书》和《京都议定书》的双重作用对制冷剂发展的走向将产生巨大的作用。

2 制冷空调行业制冷剂发展现状

为了保护臭氧层的需要,近10年来制冷空调行业已作出了积极的响应,采取了许多的措施和行动。发达国家在1996已经全面淘汰了CFCs的生产和消费,HCFCs也随着时间的推移在加速淘汰。2007年9月,《蒙特利尔议定书》第19次缔约方会议通过了加速淘汰HCFCs的调整方案。方案规定发达国家2010年削减75%,2015年削减90%,2020-2030年允许保留0.5%;发展中国家2015年要完成削减基线水平10%的任务,2020年削减35%,2020年削减67.5%,到2030-2040年也仅允许保留2.5%的维修用量。

目前,发达国家采取HFCs。对HCFCs的淘汰已经在计划实施中。而发展中国家也在完成了对CFCs的生产与消费的淘汰以后也在逐步采用HFCs来替代HCFCs。

作为替代工质的科学评估应包括以下几个方面:(1)工质的毒性;(2)工质的热力学性质;(3)工质的能耗;(4)工质的热物理性和其他物理性质;(5)工质对系统部什的化学作用与冷冻润滑汕的亲合性,可燃性等。应用较广泛的制冷剂有以下两类:

2.1 合成制冷剂

(1)R134a(ODP=0,GWP=420)不可燃,无毒,无味,使用安全,其热物性质与R12十分接近,可用来替代R12,用于汽车空调和家用冰箱等领域。但使用R134a,会使能耗增大,且与CFC-12用的润滑油不相溶,与材料的兼容性方面也不同CFC-12。另外它还是一种温室效应气体,所以仍然存在一定的缺陷。

(2)R152a(ODP=,用R152a替代R12后能耗可降低3%~7%,但其在空气中含量达4.8%~16.8%时具有可燃性,因此推广受到一定的限制。

(3)R410A,R410A是近共沸混合制冷剂,是由质量分数为50%R32和50%R125组成现在普遍认为R410制冷剂ODP值为零,不会对大气臭氧层造成破坏,从此不会因为氟里昂泄漏而威胁人类健康。所以目前很多厂商普遍采用R410新冷媒替代R22,并将其产品统称为”无氟空调“真正原因。410A单位容积制冷量较大,传热性能及流动性能较好,但同温度下压力值比R22高约60%。

(4)R407C。R407C是非共沸混合制冷剂,是由质量分数为23%的R32、25%的R125和51%的R134a组成,ODP=0,单位容积制冷量大,但传热性能较差。[R410A是近共沸混合制冷剂,是由质量分数为50%R32和50%R125组成。ODP=0,主要用来替代R22,单位容积制冷量较大,传热性能及流动性能较好,但同温度下压力值比R22高约60%。

2.2 天然制冷剂

(1)碳氢化合物。目前作为制冷剂应用的碳氢化合物主要是丙烷(R290)、丁烷(R600)和异丁烷(R600a)等,其中R600a已在欧洲和一些发展中国家广泛用于冰箱中,并且它符合《京都议定书》的要求,ODP=0,GWP=15,环保性能好,成本低,运行压力低,噪声小,但其易燃,易爆。其中丙烷有着和R22(HCFC)同样水平的性能,而一种碳氢化合物制冷剂的异丁烷已经被采用于冰箱中。但是丙烷是一种高度可燃性质的物质,如果泄漏至大气中会有火灾的危险。如果将它用作空调器的制冷剂,必须大大减少其容积。空调器中使用的丙烷的容积比冰箱约大10倍,但如果丙烷的容积增加10倍。此外,空调的管道是安装在现场的,然而至今尚未建立安全保证的技术。目前,围绕着丙烷的使用尚有几个问题需要解决。此外R29o和R6OOa组成的混合制冷剂也有一定的发展使用。[4]

(2)氨(R717)。氨已被使用达120年之久而至今仍在使用。其ODP=0、GWP=0,具有优良的热力性质,价格廉且容易检漏。不过氨有毒性而且可燃,应当引起注意,不过一百多年的使用记录表明,氨的事故率是很低的,今后必须找到更好的安全办法,如减少充灌量,采用螺杆式压缩机,引入板式换热器等等。

(3)二氧化碳(R744)。CO2:是自然界天然存在的物质,ODP=0,GWP=1。来源广泛、成本低廉,CO2安全无毒,不可燃,适应各种润滑油常用机械零部件材料,即便在高温下也不分解产生有害气体。CO2的蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当高,故压缩机及部件尺寸较小;绝热指数较高K=1.30,压缩机压比约为2.5~3.0,比其他制冷系统低,容积效率相对较大,接近于最佳经济水平,有很大的发展潜力。它在加热水的应用中具有和常规制冷剂同一等级的效率水平,所以在日本它被用于热泵热水器中。但是在空调应用中,CO2的效率是低的,因而当包括耗电量等所有因素都考虑进去时,则关于其减少全球温室气体排放就仍是一个问题。此外,根据(欧洲的HVAC展览会上一家制造商的介绍,已经有采用CO2的变制冷剂流量机组(VRE)开发成功。

3 制冷空调行业制冷剂发展趋势

何种制冷剂在未来占据主要地位还不能确定。制冷剂的性能是必需满足要求的,同时使用制冷剂的系统开发技术和减少使用制冷剂量的基本技术也是必不可少的。除了考虑环境的因素,即候选物质和目前在用制冷剂基于全球变暖影响总当量TEWI、生命周期管理LCA和寿命期气候性能LCCP评估的比较,以及考虑安全的因素,即公害和暴露的评估加上风险、利益的分析,还要考虑市场大小、管理法规、国际关系和资金援助等政治和经济因素。此外,由于法律的遵守问题和建筑特性引起的复杂问题,制冷剂的发展方向可能还会变动。例如:在“2010国际制冷技术交流会”上多位与会专家学者表示,R410A只不过一种过渡产品,仍将面临二次淘汰,因为R410A具有非常高的温室效应。R410A的GWP数值(约为2612)比R22(约为1662)高出许多。在解决全球气温变暖的危机下,需找较低GWP制冷剂的任务是必然的。目前的世界主要国家中,大家对制冷剂的替代要求还是不一样的,而且随着世界外围市场的开拓,相信会有更优良的,更安全的制冷剂被开发。

各企业以至整个行业在实现替代物的转轨工作中,必须面临一种选择。应该根据自身特点和条件,符合实际需要,全面权衡安全、环境、能效、投入等诸多方面,从技术与经济上作出折衷考虑,以达到优化平衡,利于发展。一方面可以在减少投入的条件下,达到保护环境的需要,另一方面要争取主动,给自身留有足够的时间和余地,观察国际上替代物的发展趋向,以作出合适的决策。

摘要：本文简要介绍制冷剂的发展历史,在以“蒙特利尔协议书”的规定为基础,介绍了“蒙特利尔协议书”的要求,从而分析世界各国制冷空调行业制冷剂发展的现状和趋势,同时介绍了世界各国所形成的不同的观点以及现阶段的主要应对方案。

关键词：制冷空调行业,制冷剂,现状,发展趋势

参考文献

[1]曹德胜,史琳.制冷剂使用手册[M]北京:冶金出版社,2003.

[2]卢士勋.制冷与空气调节技术-理论基础及工程应用[M].上海:上海科学普及出版社,2001.

常见制冷剂的性能分析 篇8

制冷剂的性能可以从以下几方面评价。环保性(ODP值、GWP值)、安全属性、热力学方面性质(临界温度、标准沸点、汽化潜热、凝固温度、黏度等)、其他性质(与金属的相溶型、与非金属材料的相容性、与有机材料相溶性、与水的相溶性等)。

1 无机物制冷剂

1.1 水

水的环保性能优良,安全性最好,容易得到,而且汽化潜热最大。水的标准沸点为100 ℃,冰点是0 ℃。属于高温制冷剂。水蒸气比体积大,蒸发压力低,是系统处于高真空状态。故适合在吸收式和蒸汽喷射式冷水机组中作为制冷剂[2]。

1.2 氨

氨属于中温制冷剂。沸点为-33.3 ℃,凝固点为-77.9 ℃。氨具有较好的热力性质和热物理性质。压力适中,单位容积制冷量大,粘度小,流动阻力小,密度小,传热性、能好。氨对钢铁不起腐蚀作用,但当含有水分时将会腐蚀锌、青铜及其他铜合金(除磷青铜外)。目前氨应用于蒸发温度在-65 ℃以上的大型或中型单级、双级往复活塞式及螺杆式制冷机中,也有用于大容量离心式制冷机中[3]。

1.3 二氧化碳

自19世纪80年代至20世纪30年代,二氧化碳作为制冷工质被广泛地应,用于制冷空调系统中。卤代烃类制冷工质被广泛应用后,二氧化碳迅速被取代[4]。

二氧化碳作为制冷剂,其优点:

(1)安全无毒,不可燃,适用范围广。

(2)具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质,单位容积制冷量相当高,运动粘度低。

(3)具有优良的流动和传热特性,显著减小压缩机与系统尺寸,使整个系统紧凑,而且运行维护也比较简单,具有良好的经济性能。

(4)其制冷循环的压缩比要比常规工质制冷循环低,压缩机的容积效率可以维持在较高的水平。

(5)其跨临界循环比常规工质亚临界循环更适合于系统的动态容量调节特性。

目前二氧化碳作为制冷剂的研究主要集中于汽车空调、热泵以及复叠式循环等领域。

2 氟利昂类制冷剂

这类制冷剂从20世纪30年代出现,广泛应用于制冷系统中。20世纪80年代发现其对臭氧层有着不同程度的破坏作用后,才逐渐禁止或限制使用。

氟利昂类制冷剂的共性:

(1)相对分子质量大、密度大、流动性差。

(2)传热性能较差。

(3)等熵指数小,压缩终了温度比较低。

(4)对金属材料的腐蚀性很小,但对一些非金属材料有腐蚀性。

(5)溶水性极差。

(6)在有明火情况下,它会分解出对人类有毒害的氯化氢、氟化氢或光气等。

(7)价格昂贵,已商品化的产品仍然高于其他无机化合物或碳氢化合物制冷剂。

(8)无味,渗透性强,使用时极易泄漏,而且不易被察觉[5]。

2.1 R134a

R134a(四氟乙烷),其ODP=0,GWP≈0.27。R134a的标准蒸发温度为-26.5 ℃,凝固点为-101 ℃,属于中温制冷剂。R134a 的化学稳定性很好。其分子直径较小,更容易泄漏。必须采用专门适合于R134a的检漏仪。目前生产R134a的原料贵,产量小,故其价格昂贵。

2.2 R123

R123(三氟二氯乙烷)的标准蒸发温度为27.9 ℃,凝固温度为-107 ℃,属于高温制冷剂。其ODP=0.02,GWP=0.02,R123对橡胶材料具有较大的腐蚀性,故制冷系统的密封材料必须采用与R123相溶的材料。R123与润滑油相溶,具有一定的毒性,传热系数较小[6]。

3 碳氢化合物制冷剂

其ODP=0,GWP值几乎可以忽略,一般认为对环境是无害的。碳氢化合物制冷剂应用于常规制冷空调领域(-50~10 ℃的范围)的所有场合,是目前最有应用前景的自然制冷剂。碳氢化合物具有良好的热物理特性,其共同特点是:凝固点低,与水不起化学反应,不腐蚀金属,溶水性好。目前常用的碳氢化合物制冷剂有烷烃类和烯烃类,它们都不溶于水,易溶于有机溶剂中。

3.1 R290

R290(丙烷)是较多采用的碳氢化合物,它的标准蒸发温度为-42.2 ℃,凝固点为-187.1 ℃,属于中温制冷剂。它与R22的热物理性质很相近,密度是R22密度的50%,饱和液体的比热容却是R22的两倍多,动力粘度比R22要低42%以上,热导率比R22的要大,因此,使用R290作为制冷剂有很大的优势。但是,R290的可燃性使其在制冷空调中很难发挥其优势,在空气中的体积分数达到2.1%~9.5%、燃点达到470 ℃时即可发生爆炸。

3.2 R600a

R600a(异丁烷)在20世纪30年代左右作为小型制冷装置的制冷剂。它的沸点为-11.73 ℃,凝固点为-160 ℃,现被作为R12的永久替代制冷剂。它的临界压力比R12的低,临界温度及临界比体积均比R12高,标准沸点高于R12约18 ℃。一般R600a的压比要高于R12,且容积制冷量要小于R12,但它的排气温度比R12低,这对压缩机工作更有利。

3.3 R50

R50(甲烷)的沸点为-165.6 ℃,它与乙烯、丙烯组成三元复叠式制冷系统,可以获得-150 ℃左右的低温,应用于天然气液化装置。

4 共沸制冷剂

共沸制冷剂是由两种或两种以上不同制冷剂按一定比例相互溶解而成的一种混合制冷剂。在一定的压力下能保持恒定的蒸发温度,而且气相和液相诗中具有相同的成分。

4.1 共沸制冷剂的一般特点

(1)在一定的蒸发压力下蒸发时,具有几乎不变的蒸发温度,且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。

(2)在一定的蒸发温度下,共沸制冷剂的单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的单位容积制冷量要大。

(3)共沸制冷剂的化学稳定性较组成它的单一制冷工质好。

(4)在全封闭和半封闭压缩机中,采用共沸制冷工质可使电动机得到更好的冷却,电动机绕组温升减小。

由于上述特点,在一定的情况下,采用共沸制冷工质可使能耗减小[7]。

4.2 R507

R507是由R125(质量分数为40.1%)和R143a(质量分数为50%)混合而成的,是一种新的制冷剂。它的沸点为-46.7 ℃,与R502沸点相近。在相同工况下,R507的制冷系数比R502略小,容积制冷量比R502略大,压缩机排气温度比R502略低,冷凝压力比R502略高,压比略高于R502.它不溶于润滑油,但能溶于聚酯类润滑油。

5 非共沸制冷剂

非共沸制冷剂是由两制冷种或多种不同制冷剂按任意比例混合而成。它没有共沸点,在等压下蒸发或凝结时,气相和液相的成分不同,温度也在不断变化。

使用非共沸制冷剂的麻烦是当制冷装置发生制冷剂泄露时,剩余在系统内的混合物的含量就会改变,因此需要向系统中补充制冷剂使其达到原来的数量和含量。这需通过计算来确定两种制冷剂的冲注量。这一缺点在一定程度上限制了非共沸制冷剂的应用[8]。

5.1 R407C

R407C为非共沸化合物,是由R32、R125和R134a质量比23:25:52组成的,其ODP为0,GWP为1700。在标准状态下,其沸点约为-44 ℃(±3.5 ℃),R407C的滑移温度为7.08 ℃。R407C的安全属性为A1,对金属无腐蚀作用,与水不相溶,要用XH-10或XH-11分子筛干燥剂,其工作压力比R22还高10%,故部件管路耐压要提高;与矿物油不相溶,需要用POE酯类油[9]。

制冷机中使用非共沸混合物制冷剂后,一旦发生制冷机泄露,系统内剩余的混合物的质量比就会发生变化,从而影响制冷机的性能。要想通过向系统内补充制冷机,使其达到原有的质量比是相当困难的。对小型制冷机,可将剩余制冷剂全部回收后抽空再重新充注。

5.2 R-410A

R-410A是一种两元混合制冷工质,它的抛、露点温差仅为0.2 ℃,是近共沸制冷工质。R-410A也不能与矿物润滑油互溶,但能溶解于聚酯类合成润滑油。在一定的温度下,它的饱-22和蒸汽压比R-22和R-407C均要高一些,但它的其他性能比R-407C要优越。它具有与共沸制冷工质类似的优点,在低温工况时,它的单位容积制冷量比R-22还要高60%,制冷系数也比R-22高约5%[10]。

6 结 语

从以上可以看出各种制冷剂在某些方面有优势,在另外一些方面又有不足。在具体选用时,要按制冷机的特性和使用要求,在首先满足环保和安全的前提下,综合比较各方面的性能,做出选择,才能获得最好的制冷效果。

摘要：随着科技进步、生产发展和人们生活水平的提高,制冷技术已广泛应用于国民经济各部门、科研机构、生产企业、公共场合及民用住宅等。制冷方法有许多种,应用最广、技术最成熟的是蒸气压缩式制冷方法,而制冷剂则是蒸气压缩式制冷设备中必不可少的工质。文章就常见制冷剂的性能作了简要的分析与概括。

关键词：制冷剂,温度,工质,性能,系统

参考文献

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[9]朱明善,史琳.ODS替代制冷剂的发展状态和我国的对策建议[J].中国环保产业,2005(2):16-18.

混合冷剂制冷 篇9

1 比较制冷剂的物性参数

通过科学调查发现: (一) R600a、R744以及R290作为环保制冷剂, 对臭氧层不会产生任何破坏作用, 且温室效应指数较低, 且临界温度与临界压力都能够达到系统的正常运行要求。 (二) 和R134a相比, R600a以及R290的潜热较大, 也就是指在单位质量内, 碳氢制冷剂的蒸发吸热要比R134a更大, 从而减少了整个制冷系统的充注量。 (三) 碳氢制冷剂具有可燃性特征, 在设计与制造产品的过程中需要采取有效的防爆处理措施, 因为R600a的单位容积制冷量比较小, 相对于制冷量相同的压缩机而言, 具有较大的体积, 所以R600a只能在小冷量的压缩机中使用。R290制冷剂的单位容积制冷量较大, 从而弥补了R600a的单位容积制冷量偏小的这一缺陷, 使得碳氢制冷剂的应用从小冷量朝着大冷量产品方向发展。然而由于R290制冷剂的工作效率比R600a的要低, 因此在R600a压缩机能够覆盖的范围内, 并不使用R290制冷剂。通常情况下, R290制冷剂只用在制冷需求量较大的产品中。

2 比较R290和R134a制冷系统的性能

(一) 管道件的耐压测试。一般利用R290、R134a、R600a这三种制冷剂, 其在系统中的运行压力大小顺序为:R600a>R134a>R290, 所以必须要对系统的焊接点是否能够承受住R290高压系统进行充分的考虑。经过耐压测试后, 现用系统一般都会使用尺寸、相关焊接点以及蒸发器尺寸等都能够达到GB4706.13的耐压要求的冷凝器。

(二) 相同产品的性能对比测试。试验证明, 在相同测试情况下, R290系统的能源消耗能够降低大约30%。这主要是由于R290压缩机的工作效率更高, 也就是能够获得更高的COP值。R290制冷系统能够满足更低的储藏温度。这是因为R290的标准沸点比R600a更低, 所以能够达到更低的蒸发温度。R290系统的灌注量R134a系统的要少。这是因为R290系统单位质量的制冷量比R134a的更大。

通过对R290系统的分析研究, 可以对制冷系统中的相关制冷部件进行相应的调整。其一, 在蒸发面积上, R134a蒸发器在性能上能够更好地满足满足R290的蒸发面积需求。冷凝面积上, 原先R134a系统的冷凝器在性能方面能够满足R290的冷凝面积需求, 可以采取冷凝器的发散热方式, 并选择使用风冷冷凝器。其二, R290制冷系统的单位质量制冷量较大, 在制冷量相同的条件下, 系统循环流量较大, 通常情况下, R134a以及R290以及系统能够采用相同规格的毛细管。

3 R290制冷剂的应用情况

3.1 R290制冷剂的应用特性

R290制冷剂和其他制冷系统存在着一定的差异。所以在实际的设计过程中需要充分注意以下四个方面的内容。 (一) 工作压力。在-25℃蒸发过程中, R290的工作压力大约是R134a制冷系统的190%左右;在50℃蒸发过程中, R290系统工作压力大约是R134a制冷系统的130%左右。 (二) R290制冷器的充注量。对于原R134a制冷系统而言, 假设冷凝器与蒸发器未发生改变, R290制冷剂的充注量则是原R134a制冷剂的49%左右。 (三) 防爆设计。如表1所示, R290在浓度范围内均具备了可燃性, 所以需要进行一定的防爆设计。在设计冷柜的过程中, 需尽量减少制冷剂的泄露;管路一定要达到实际耐压要求;在需要使用到开关的场所, 可选择使用易操控的半导体开关, 以此避免电火花的出现。此外, 在防爆设计过程中需要保证温度控制器、化霜定时器、开关以及压缩机的热保护器、继电器、启动器开关具备良好的密封性能, 以此防止丙烷泄露而发生爆炸。 (四) 防泄露设计:在安装风机、压缩机等重要部件的过程中, 需要在底部布置较多的通风孔, 以此防止丙烷的泄露。

3.2 R290制冷剂的应用情况

现阶段, 在国内外市场上, 多数压缩机厂家能够批量生产R290压缩机, 其中部分R290产品通过了检测并上市投入使用。在今后的工作中, 相关工作人员需要加大研究力度, 有关部门需要增加投资, 以此推动R290制冷剂朝着更为广阔的国际市场发展。此外, R290制冷剂作为一种环保、自然的制冷剂, 已经在国际范围内得到了大力的推广。例如我国海信科龙成功研发和使用R290制冷剂的商用冷柜。

结语

综上所述, 利用R290制冷系统取代R134a制冷系统具有安全有效的优势, 同时, R290制冷系统在性能方面存在着一定的优势。因此, 设计人员可以在R134a制冷系统的基础上进行一定程度的技术调整, 以此达到R290制冷剂的具体运行要求。

摘要：本文从比较制冷剂的物性参数入手, 针对R290和R134a这两种制冷系统性能进行比较研究, 分析了系统制冷罐注量影响因素与R290制冷剂的应用情况。

关键词：R290制冷剂,商用制冷柜,物性参数,应用情况

参考文献

[1]祁彦科, 邹远勤, 刘文丽.R290制冷剂在商用冷柜上的应用研究[J].财贸经济, 2012, 01 (05) :130-135.

第四代制冷剂HFO-1234yf 篇10

2,3,3,3-四氟丙烯(2,3,3,3-tetrafluoropropene,简称HFO-1234yf),ODP为零,GWP值为4,大气寿命仅为11天,具有优良的物化性能,被认为是HFC-134a的“直接替代”的经济型方案,已成为第四代制冷剂[4]。本文将对HFO-1234yf的各种性能进行简单介绍,以期能为我国新一代制冷剂替代品的开发及应用提供帮助。

1 物理性质

HFO-1234yf,分子式CF3CF=CH2,分子量114,无色无味气体,表1对HFC-134a和HFO-1234yf的物理性质进行了比较[5,6]。

HFO-1234yf分子量和HFC-134a相近,应用于汽车空调时其用量和HFC-134a基本相同,相对于HFC-134a,HFO-1234yf具有较低的沸点和常温时较高的饱和蒸汽压,以及与HFC-134相近的密度和临界点,这使得HFO-1234yf可以不做改动直接充注于现有的HFC-134a移动空调系统,且制冷性能与HFC-134a相当或略高[4,7]。

2 环境特性

由于分子中不含氯原子,HFO-1234yf的ODP为0;因为HFO-1234yf在大气中寿命只有11天,GWP为4,且大气分解产物与HFC-134a相同,HFO-1234yf对气侯环境的影响几乎可以忽略,远小于HFC-134a[7]。在美国,HFO-1234yf被认为是一种低毒性的工质,美国工业卫生协会(AIHA)公布的WEEL值为400ppm,美国政府和工业卫生委员会(ACGIH)2007年公布的TLV-TWA为0.5~2ppm[8]。美国环保署(EPA)、美国汽车空调协会(MACS)、美国汽车工程师协会(SAE)2008年已经通过了HFO-1234yf的环境测试[9]。日本厚生劳动省(MHLW)、经济产业省(METI)、环境省(ME)已于2009年8月6日正式批准HFO-1234yf在日本的进口和使用[10]。

3 燃烧性能

HFO-1234yf无闪点,自燃点405℃,为弱可燃性,这也是目前HFO-1234yf的使用仍存在一些争议的主要原因[2,11]。表2对目前应用的几种可燃性制冷剂燃烧特性进行了对比。

燃烧下限越高,燃烧上下限差值越小,最小点燃能量越大,燃烧速度越低,可燃性越小,由此可见HFO-1234yf可燃性要远远小于目前已知的几种可燃性制冷剂。霍尼韦尔公司通过钢板试验及车厢内明火点燃试验,对HFO-1234yf制冷剂泄漏及乘客车厢内部明火同时发生引起燃烧的风险性进行了评估,结果表明: HFO-1234yf在发动机侧的可燃性风险和R134a相同;乘客车厢内发生制冷剂泄漏不足以引起燃烧,由制冷剂泄漏引起火灾的可能性极小[4,12]。

4 毒性[8,13]

HFO-1234yf属于低毒类化学物质,但当吸入时可引起嗜睡和注意力不集中,头晕眼花,眼睛、皮肤和呼吸道系统不适,HFO-1234yf的毒性试验结果见表3所示。

HFO-1234yf的4h LC50>400000ppm,临床毒性表现不明显,狗的心脏敏感阈值约为120189ppm,在重复吸入研究中90天NOAEL为50000ppm,进一步证明了HFO-1234yf的低毒性,对鼠和兔的吸入致畸性研究表明: 将怀孕的鼠和兔分别暴露在50000和4000的环境中发现HFO-1234yf对胎儿发育没有影响,HFO-1234yf不致畸。基因毒性试验结果表明:Ames、染色体异常试验、小核试验均为阴性,表明HFO-1234yf不会导致人类基因突变。

5 材料相容性[7,8]

HFO-1234yf对制冷设备中所有常用金属材料不具有活性和腐蚀性,包括碳钢、不锈钢、铜和黄铜等。但可与铝、镁、锌反应,尤其是除去表面氧化层的铝、镁、锌,设备中要禁用。HFO-1234yf对塑料和橡胶的侵蚀性要比HFC-134a小。杜邦公司在100℃对HFO-1234yf和不同塑料、橡胶等弹性体的相容性进行试验,结果见表4。结果表明,HFO-1234yf与这几种塑料和橡胶弹性体的兼容性均在要求的标准范围内。

6 安全问题[8]

HFO-1234yf需储存于阴凉、通风仓间内,远离火种、热源,桶装堆垛不可过大,应留墙距、顶距、柱距及必要的防火检查走道。储存间内的照明、通风等设施应采用防爆型,开关设在仓外。平时用肥皂水检查钢瓶是否漏气,配备相应品种和数量的消防器材。HFO-1234yf罐储时要有防火防爆技术措施,禁止使用易产生火花的机械设备和工具,罐装时应注意流速(不超过3m/s),且有接地装置,防止静电积聚。

HFO-1234yf吸入时可引起眼睛、皮肤和呼吸道系统不适,如发现HFO-1234yf中毒症状,迅速脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅;如呼吸困难,给输氧;如呼吸停止,立即人工呼吸并就医。接触液体HFO-1234yf会冻伤,当皮肤接触后迅速脱去被污染的衣着,用大量清水彻底冲洗皮肤。被污染的衣着再用前必须清洗。若冻伤,用温水洗浴或用干净、柔软的毛巾覆盖,就医。

若发生大量HFO-1234yf泄漏事故,迅速撤离泄漏污染区人员至安全区,严格限制出入。处理事故人员需戴正压式呼吸器,穿防毒服,从上风处进入现场,不要直接接触泄漏物,合理通风,加速气体扩散,避免气体聚集,并防止HFO-1234yf进入下水道、排洪沟等限制性空间。HFO-1234yf着火时,可以应用水、抗溶性泡沫、干粉、二氧化碳、砂土等常用的灭火剂来灭火,HFO-1234yf受高温(>250℃)时会分解,放出有毒的氟化氢气体和卤代烃,灭火人员尽可能将容器从火场移至空旷处,喷水保持火场容器冷却。直至灭火结束,空气样品(包括地势较低的区域)测试安全后,未穿防护服的人员方可进入。

7 HFO-1234yf的合成研究进展

杜邦公司在1958年通过氟代乙烯和卤甲烷热解制得了HFO-1234yf[14],早期HFO-1234yf主要用做聚合单体和共聚单体,合成方法局限于实验室研究,代表合成路线有氟代丙醇脱水法[15,16]和三氟乙酰丙酮液相氟化法等[17]。

随着HFC-134a淘汰日期的日益临近,2006年后,HFO-1234yf被提出作为HFC-134a的替代品,对HFO-1234yf的研究进入高速发展时期,代表合成路线有1,1,1,2,2-五氟丙烷(HFC-245cb)和1,1,1,2,3-五氟丙烷(HFC-245eb)脱氟化氢法[18,19,20,21,22,23,24],1,1,2,3-四氯丙烯三步氟化法[25,26,27],1,1,1,3-四氟丙烯(HFO-1234ze)异构化法[28],3,3-二氯-1,1,1,2,2-五氟丙烷(HCFC-225ca)和1,2,3,3,3-五氟丙烯(1225ye)加氢脱卤法[29,30],其中具有工业应用前景的是以四氯丙烯为原料的合成路线,但其催化剂寿命和产品分离提纯还有待于进一步研究。

8 结语