用氨做离心式压缩机的制冷剂是否可行

如题，用氨做离心式压缩机的制冷剂是否可行？
有经验的海友、师傅，讲解一下~
谢谢。

很多啊都是离心机压缩氨气

可以，

shijiazhuang 发表于 2017-4-6 13:49
很多啊都是离心机压缩氨气

有人说，氨的分子量小，用离心机不如氟的经济性能高，也就是说的COP。
是否是这样呢？

wsgcsu517 发表于 2017-4-7 20:45
有人说，氨的分子量小，用离心机不如氟的经济性能高，也就是说的COP。
是否是这样呢？

R717与R22在大型商业制冷系统上的性能比较与探讨                                                       

发布日期：2014-7-2  点击次数：2907

R717与R22在大型商业制冷系统上的性能比较与探讨 国内贸易工程设计研究院  黄劲松、李晓虎 北京华商建设监理有限公司  刘欣 摘  要：本文通过对R717和R22的性能比较，以及两个制冷系统的实际使用和环保的要求，进一步强调了在大型商业制冷系统内使用R717为制冷工质的必要性。 关键词：R717、R22、臭氧层、温室效应。 一、前言 R22自1936年问世以来已广泛用于商业制冷、空调等领域。R22作为中温制冷剂，它的ODP为0.055，GWP为0.34，属于HCFCs制冷剂，1995年的维也纳会议规定发达国家2020年停止使用（欧盟则提前至2015年）；发展中国家2016年冻结其产量，2040年停止使用。HCFCs禁用时间的大幅提前，使得中国企业若干年后对R22生产和维修的淘汰将是十分困难的事情。由于以上原因，前一时期与R717相比，R22的使用受到了一定的限制。 二、我国制冷行业近年出现的新情况 近年来随着多机头并联机组的出现，R22在大型商业制冷上的应用，不但没有受限用的影响，反而有逐年上升的趋势，国内在大型商业制冷装置上采用哪种工质做制冷剂也出现了一些争论。这种现象应引起制冷界的重视，从这种现象的分析看，主要有以下几个原因： 1．R22与R717制冷系统相比有系统简单、占地少、易操作、容易实现制冷系统的自动控制等优点。 2．一些生产单位位于市区，出于对生产安全的考虑，在大型商业制冷系统内也采用R22做制冷剂。 3．由于自动化程度高、易实现单机能量调节，制冷机组能控制在较经济的工况下运行。 4．维修费用低等 综合以上因素，虽然R22对臭氧层的破坏以及温室效应上有一定的影响，只是临时替代工质。而且R22制冷系统的一次投资比R717高约30～40%，但一些企业从自身经济利益和回报率方面考虑还是选择了R22为制冷工质。 三、R717与R22的性能比较及理论计算 氨（R717）是一种自然界本身存在的工质，做为制冷剂已有100多年历史，也是目前我国最广泛应用的中温制冷剂之一，它不破坏臭氧层，无温室效应，热力性能好、价格低、节能等，所以氨作为制冷剂的优点是其它制冷剂所无法比的，而且在国内外得到广泛的应用，它的最大缺点就是渗漏引起对人和商品的影响，但通过对机器设备和对制冷系统的改进是完全可以减少由于氨渗漏而引出的问题。 1．R717与R22在环保方面的比较 表1 制冷剂 ODP GWP R717 0 0 R22 0.04～0.06 0.32～0.37 按目前的技术水平ODP值小于或等于0.05，GWP值小于或等于0.32的制冷剂可做为临时替代制冷剂，从环保方面看无疑氨是一种天然工质，它的使用有利于环境的保护。 2．R717与R22的汽化潜热比较 表2      制冷剂 温度 R717   （KJ/㎏） R22   （KJ/㎏） 倍数 -10℃ 1295 213.12 6.07 -30℃ 1358 227.76 5.96 -40℃ 1387 234.00 5.93 -45℃ 1401 237.15 5.9 从表2可看出R717的汽化潜热量是R22的5倍以上，在制取同样冷量的情况下，氨的循环量只有R22的不到1/5。由于R22的循环量大所以其制冷剂输送泵所消耗的电机功率比R717大。 3．R717与R22的气体容重比较 表3        制冷剂 温度 R717   （㎏/m3） R22    （㎏/m3） 倍数 -10℃ 2.397 15.29 6.37 -20℃ 1.6058 10.761 6.7 -30℃ 1.039 7.354 7 -45℃ 0.4989 3.888 7.8 从表3可以看出，在同一工况下，R22与R717比，其气体容重是R717的6倍以上，所以用同一型号的压缩机，R22的循环量是R717的6倍以上。由于R22比R717重，其回气的阻力损失大，吸气温度也低。 4．在换热性能方面，R717在管外的放热系数比R22高约4倍，管内冷凝换热系数高约3倍，所以在相同的系统冷却工况下，冷凝器传热系数R22比R717要小。 5．用同一型号的制冷压缩机在同一工况下运行时，R717与R22各种参数的比较： 下面是同一型号开启式16螺杆带经济器的制冷压缩机，当冷凝温度为40℃时在不同工况下几个参数的比较： 表4 蒸发 温度 ℃ R717 R22 产冷量 KW Q0 输出功率KW Ne 制冷 系数 ε 循环 量G ㎏/h 产冷量KW  Q0 输出功率KW Ne 制冷 系数 ε 循环量 G ㎏/h -35 104.8 76.8 1.365 288.0 121.7 80.4 1.513 2166.0 -30 138.7 84.1 1.649 384.2 155.6 88.2 1.764 2785.1 -25 180.3 91.8 1.963 501.8 195.4 95.6 2.044 3517.6 -20 229.3 98.9 2.319 644.1 240.1 101.6 2.363 4376.9 -15 287.1 105.3 2.727 814.3 291.2 106.6 2.731 5377.1 -10 306.7 104.2 2.945 1013 291.5 102.2 2.853 6516.3 -5 380.5 108.6 3.505 1250 355.4 105.4 3.373 7845.4 6．双级配打时R717与R22几个参数的比较 以下是采用3台开启式16螺杆压缩机做低压级，1台开启式16螺杆压缩机做高压级，双级压缩时两种制冷系统的运行参数比较： 表5 蒸发 温度 ℃ R717 R22 产冷 量 Q0 KW 输出功率 Ne 制冷 系数 ε 循环量 G ㎏/h 产冷量 KWQ0 输出功率 KW  Ne 制冷 系数 ε 循环量 G ㎏/h 高压级 低压级 高压级 低压级 -28 537.3 111.5 40.3 2.312 1630.9 547.0 99.0 54.0 2.096 11144.9 -30 493.9 112.0 37.3 2.205 1491.0 509.1 101.2 50.9 2.005 10293.7 -35 397.5 111.4 30.5 1.96 1520.6 423.6 105.2 43.3 1.80 8405 -38 347.4 109.8 26.6 1.833 1024.4 377.6 106.4 39.0 1.690 2410.4 -40 316.9 108.4 24.3 1.749 929.3 376.8 106.8 36.4 1.614 6997.7 -45 248.8 103.6 19.3 1.54 1234.8 293.7 106.5 30.4 1.437 5440.6 以上是利用设备厂家提供的计算程序，对R717和R22的运行参数进行计算的结果，通过对表1～5所列的数据分析，可以看出，在t0＜-15℃时，采用单级螺杆带经济器运行，R22的制冷系数大于R717，当t0＞-15℃时，R717的制冷系数大于R22。而当蒸发温度低于-28℃需双级压缩时，R717双级压缩的制冷系数大于R22。其制冷系数相差范围在2%～13%之内。两种制冷剂的性能相差并不是很大。 四、实际使用情况的比较与分析 国内一些设备生产厂家对已投入运行采用多机头并联机组的R22制冷系统，与一些老厂人工操作的氨制冷系统，进行冻结测试，测试结果显示，在肉品进出货温度基本相同的情况下，每冻结一吨肉的耗电量，R22制冷系统约为90度电，R717制冷系统约为135度电，根据两种制冷剂的性能比较，它们的能耗不应该有如此大的差距，问题的根本还是所测两个制冷系统的设计存在一些差异： 1．R22采用的是全自动带有自动能量调节的制冷系统。而所测试的R717制冷系统采用的是人工手动操作。R22系统能按照设计要求始终在一个比较经济的工况下运行，而所测试的R717系统只能依靠工人的经验与素质来操作。 2．R22制冷系统采用的是多机头并联机组，其上卸载是以机器的台数为单位，而所测的R717制冷系统是靠汽缸或滑阀进行能量调节。机器卸载所减少的制冷量与节电量是不对等的。 3．R22系统库内冷风机采用的是进口轴流风机。而所测的R717制冷系统用的是国产电机。对同一个25t/日的冻结间， R717制冷系统配国产电机，电机功率33KW，而R22制冷系统是厂家根据制冷量、射程及阻力损失配置的进口轴流风机，电机功率只有11KW。每个冻结间R717制冷系统每小时轴流电机运行多耗的电量大约为22KW，同时还给库内增加了22KW的热量，加上制冷机组应增加22KW的制冷量，其耗电量为16.2KW，则22KW/h+16.2KW/h=38.2 KW/h，38.2 KW×20h=764KW，每吨冻肉多耗电764÷25=30.5度。 4．在测试的R22制冷系统中，厂家将库温与制冷剂的蒸发温度差Δt设定为7℃，而所测的R717系统Δt=10℃，在制冷系统运行过程中，蒸发温度每降低1℃，将多耗能3%～6%，在低温工况下，其蒸发温度降低1℃。产冷量降低超过6%。按冻每吨肉需5000大卡时（5.81KW/h），25t共145.3KW，145.3KW×6%=8.718KW，每次冻20小时，则 KW，蒸发温度低3℃，每吨冻肉多耗电3×111.7KW÷25t=13.4KW/h。 5．所测的R717制冷系统，在冻结间内，不同位置冻品温度很不匀，其最大温差从-1.5℃～-25℃。这说明该设计的冻结间其气流组织存在很大问题，测点位置不同冻结时间也不一样。 根据以上对两个制冷系统的分析，所测的R717制冷系统由于冷风机电机配置，蒸发温度及自动能量调节等因素，其每冻1吨肉多耗的电为：30.5KW+13.4KW=43.9KW。从以上分析结果看，所测试的R22制冷系统与R717制冷系统在冻结过程中每冻1吨肉，其电耗差超过45度电，问题不是两种制冷剂的性能问题，而是两个制冷系统设计的差异所致。同样一些R22制冷系统如果设计和管理不合理，其每冻一吨肉的耗电量也将超过135度电。 五、R717与R22在相同的冻结系统内的性能比较 以下是对R22和R717两个相同制冷系统的性能比较，这两个制冷系统具有完全一样的螺旋冻结器和制冷机组，所不同的是，一个制冷系统采用R717为制冷剂，另一个系统采用R22为制冷剂，其比较结果表明，使用R22的制冷系统，其压缩机所消耗的单位轴功率比R717系统高约14%，其主要原因是使用R22引出的一些问题，这些问题是热交换的性能，压缩机的效率，以及管路的压力降，由于两个制冷系统的机器完全一样，所以其性能差异直接与制冷剂有关。下面是两个制冷系统的比较结果： 表6             冻结量及耗冷量比较 系统 R717 R22 冻结量                    ㎏/h 602 610 压缩机总轴功率            KW 57.4 68.5 每吨冻结所需的轴功率      KW 95 112 表7         冻结器内蒸发器的性能比较 系统 R717 R22 蒸发器回气管处的平均蒸发温度  ℃ -41.6 -43.6 空气进口温度                  ℃ -38.6 -39.2 每吨冻结所需平均制冷剂循环率 7.3:1 4.0:1 平均制冷剂压力降引起的温降    ℃ 0.6 0.9 制冷量                       KW 85.7 86.3 表8         低压贮液器内饱和温度的比较 系统 R717 R22 低压贮液器内的饱和温度     ℃ -42.3 -44.9 湿蒸气回气管的温度降       K 0.7 1.3 表9             回气管路温度降的比较 系统 R717 R22 质量流量  ㎏/s 0.0686 0.467 管内蒸气流速  m/s 14.4 14.0 吸入管的温度降 K 0.1 0.5 从蒸发器至压缩机之间吸气管路的总温度降 0.8 1.8 表10              蒸发式冷凝器性能比较 系统 R717 R22 移热量              KW 140.2 151.4 湿球温度             ℃ 25 25 冷凝温度             ℃ 33 35 表11            压缩机的平均运行工况 系统 R717 R22 压缩机吸气温度    ℃ -42.4 -45.4 中间冷却温度      ℃ -12 -9 压缩机排气温度    ℃ 76 63 制冷量KW 85.7 86.3 一级压缩机轴功率KW 26.1 33.7 二级压缩机轴功率KW 31.3 34.8 压缩机总轴功率KW 57.4 68.5 制冷系数cop 1.49 1.26 通过以上表6～表11的对比可以看出： 1．R717比R22的显著优点不仅仅是由于压缩机的效率不同，还因为R22热力特性和热传递比R717差，使得系统内其它主要部件的性能均不如氨的高。（见表6） 2．在蒸发器回气集管处，压力降导致的温度降约为2K。使得压缩机的制冷量减少。 3．由于R22系统的耗电量高也增加了冷凝器的移热量，而且从表10可以看出，R22蒸发式冷凝器的效率比R717的低，以上这些缺点使得R22的蒸发器的效率不如氨高。 4．两个系统机器的型号在完全一样的工况下运行，R22机组的制冷系数比氨的低约18%。 六、建议 通过对R717和R22的特性对比，对压缩机运行参数的理论比较以及两种制冷系统的实际运行比较，我们认为： 1．R717和R22在不考虑对大气破坏的因素，两种工质都是相当好的中温制冷剂并在国际上都得到广泛的应用。但是当今各国都在注意保护臭氧层的大形势下，为了子孙后代，我们认为在没有受建厂环境及其它条件限制的情况下应提倡在大型商业制冷系统内使用R717为制冷剂。 2．在R717制冷系统的设计中应吸收所测试的R22制冷系统设计中的一些优点，在自动化程度、能量自动调节、冷风机电机功率的配置、蒸发温度的设置等方面采取一些必要的措施，使R717的优点充分得以体现。 3．由于采用气缸或滑阀卸载，压缩机所减少的制冷量与电机的节能是不对等的，特别是螺杆机当卸载到80%以下时，其输出电流减小的很少，表12和图1是我院在望奎工程中，R717制冷系统在自动控制运行时，JZLG20螺杆压缩机卸载运行时的卸载能级与输出电流的记录，该系统为单级带经济器，t0=-35℃，电机功率N=200KW，额定电流为370A。从表12和图1中可看出，当机器卸载到80%以下运行时，其电流变化很小，卸载至40%以下时，电流基本不变。所以应研发适合于R717制冷系统用的多机头并联机组，提高R717制冷系统在自动能量调节时的节能效果。多机头并联的氨双级压缩制冷系统，可根据低压循环桶和中冷的压力分别控制高低压级压缩机的运行台数。使之能在一个比较经济的压力范围内运行。 表12 能量调节级数% 输出电流(A) 能量调节级数% 输出电流(A) 100 224 69.9 144 94.5 160 61.2 138 91.3 160 52.8 130 86.5 160 40.3 112 80.1 144 32.8 112 76.9 144 28.2 112 图1 4．冻结间设计，应根据冻结方式对库内气流进行有组织的送风，保证库温的均匀，避免由于测点位置不同造成冻结时间的差异。 七、结束语 提倡使用一种对环境完全无害，且热力特性较好的制冷剂，现在比以往任何时候更符合逻辑，氨在工业制冷上应用已有一百多年的历史，其存在的大部份缺点人们都已了解，所以对氨设备的安全可靠性不存在什么问题。更广泛地使用氨作制冷剂也需要人们改变对它的看法，同时对氨的应用和设备也应有改进，这些改进将增加费用，但是这个费用比去寻找出一种制冷剂替代物的费用要少的多。而且这种制冷剂替代物其生命力可能相当短。而对氨来说，情况就不是这样，氨是一种自然界本身存在的流体，它对臭氧层没有破坏性，而且不会加深温室效应，它的热力性能好，价格比任何HCFC、CFC或HFC制冷剂低好几倍。本文通过对两种制冷工质的比较，通过数据分析，在使用R717与R22为制冷工质的争议中不管从经济方面还是从技术上都有很强的说服力。

shijiazhuang 发表于 2017-4-7 20:53
R717与R22在大型商业制冷系统上的性能比较与探讨                                                        按目前的技术水平ODP值小于或等于0.05，GWP值小于 ...

非常感谢你的分享；
但是，针对离心压缩机而言，是否会受到制冷剂分子量大小的影响呢？
相当于，分子量小的，离心作用相对来说不明显？

shijiazhuang 发表于 2017-4-7 20:53
R717与R22在大型商业制冷系统上的性能比较与探讨                                                        按目前的技术水平ODP值小于或等于0.05，GWP值小于 ...

非常感谢你的分享；
但是，针对离心压缩机而言，是否会受到制冷剂分子量大小的影响呢？
相当于，分子量小的，离心作用相对来说不明显？

大型合成氨装置中的氨压缩机

大型合成氨装置中的氨压缩机组

氨作为制冷剂出过几次事以后，再上新项目就用的就少了，所谓论证，参与者拍板者恐怕都抱着讲政z不担责的小九九，简单粗暴的否定。