談漁船用環(huán)保型制冷劑性能對(duì)比
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摘要：根據(jù)《國(guó)內(nèi)海洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2019）的規(guī)定，在2020年1月1日或以后建造的漁船禁用含氫化氯氟烴制冷裝置。這使得此前漁船制冷系統(tǒng)廣泛采用的制冷劑R22不能再使用，作為國(guó)內(nèi)最大的漁船制造企業(yè)，黃海造船有限公司在尋找R22最好的替代產(chǎn)品方面做了很多的嘗試和研究，本文對(duì)R22的替代產(chǎn)品，目前船用制冷劑最廣泛使用的R404A和R507A的使用情況做一介紹。
關(guān)鍵詞：R22；替代；R404A；R507A混合制冷劑；漁船
1政策法規(guī)對(duì)全球環(huán)境和制冷劑行業(yè)的影響
制冷劑的發(fā)展共經(jīng)歷了4個(gè)技術(shù)變革時(shí)期，初期產(chǎn)品為CFC（氟氯烷烴）類物質(zhì)，這一代制冷劑內(nèi)含有CFC-11（R11），CFC-12（R12）物質(zhì)。第二代制冷劑的問(wèn)世將HCFC（氫氟氯烴）所淘汰，HCFC-22（R22）是這一代制冷劑中人們比較熟悉的產(chǎn)品之一，并將其應(yīng)用在了發(fā)泡、空調(diào)、冷凍等行業(yè)中。經(jīng)歷第三代技術(shù)變革，出現(xiàn)了HFC（氫氟烴）制冷產(chǎn)品，具有代表性的產(chǎn)品為HFC-245fa（R245fa發(fā)泡劑）、HFC-134a（R134a）和HFC-410a（R410a），這些產(chǎn)品都有一個(gè)共同特點(diǎn)為ODP值為0。最為突出的優(yōu)點(diǎn)為具有環(huán)保性能，得到了整個(gè)行業(yè)的認(rèn)可。經(jīng)過(guò)不斷技術(shù)創(chuàng)新，第四代制冷劑使用了化學(xué)合成物質(zhì)，但由于受設(shè)備限制，第四代制冷劑仍然處于不斷探索階段。本文介紹的制冷劑R404A和R507A是混合制冷劑，是由2種或2種以上第三代制冷劑組成的混合物。根據(jù)《蒙特利爾議定書(shū)》中對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家不同的發(fā)展階段制定的不同的淘汰時(shí)間表：其中前者于1996年開(kāi)始凍結(jié)二代制冷劑（以R22為代表）的消費(fèi)量，緩沖期為24年，到2020年完全停止使用第二代制冷劑；后者淘汰進(jìn)程略慢于發(fā)達(dá)國(guó)家，將于2013年縮減生產(chǎn)和消費(fèi)量，緩沖期17年，到2030年終止使用。現(xiàn)階段我國(guó)在制冷劑方面的研究仍然處于發(fā)展階段，還未達(dá)到技術(shù)成熟時(shí)期。自2013年起，我國(guó)開(kāi)始對(duì)第二代制冷劑的使用進(jìn)行管理，2013年制冷劑產(chǎn)量為30萬(wàn)噸左右，2015年制冷劑產(chǎn)量為27萬(wàn)噸左右，今年產(chǎn)量為20萬(wàn)噸左右，爭(zhēng)取2030年第二代制冷劑不再使用[1]。從第二代制冷劑限制政策的實(shí)施可以看出，我國(guó)嚴(yán)格遵守《蒙特利爾議定書(shū)》的承諾，制定出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)引導(dǎo)市場(chǎng)的發(fā)展，推動(dòng)新型環(huán)保制冷劑開(kāi)發(fā)工作的有序進(jìn)行。在此大背景下，我國(guó)漁業(yè)船舶制冷行業(yè)加快淘汰第二代制冷劑，根據(jù)《國(guó)內(nèi)海洋漁船法定檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)則》（2019）規(guī)定，在2020年1月1日或以后建造的漁船禁用含氫化氯氟烴（第二代制冷劑）制冷裝置，這比我國(guó)限定的淘汰進(jìn)度提前了10年。而當(dāng)前漁業(yè)船舶制冷裝置使用的制冷劑R22，替代方向主要是使用R404A和R507A制冷劑。
2行業(yè)發(fā)展中采取的措施及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題
黃海造船有限公司作為省屬龍頭骨干企業(yè)，年可交付大洋性和過(guò)洋性漁船400余艘，設(shè)計(jì)及建造能力居國(guó)內(nèi)首位。以下是我司在行業(yè)發(fā)展中采取的措施及發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。作為一線設(shè)計(jì)人員，時(shí)刻關(guān)注國(guó)際最新的動(dòng)態(tài)。我司最早在2008年開(kāi)始接觸環(huán)保型制冷劑，前面說(shuō)到發(fā)達(dá)國(guó)家淘汰時(shí)間要早于發(fā)展中國(guó)家，當(dāng)時(shí)我司為安哥拉制造的一批出口漁船，按照歐洲法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)制作，入級(jí)法國(guó)船級(jí)社（BV），制冷設(shè)備采用德國(guó)比澤爾產(chǎn)品，為滿足環(huán)保要求采用的就是歐洲普遍認(rèn)同的第三代制冷劑R404A。近10多年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)沿海漁業(yè)資源的匱乏，開(kāi)始大批量建造大洋性和過(guò)洋性漁船，全世界所有大洋漁場(chǎng)基本都有中國(guó)漁船的身影。按照國(guó)際公約的法律法規(guī)，我司近年來(lái)一直在遠(yuǎn)洋漁船上推廣使用環(huán)保型制冷劑R404A，船型有遠(yuǎn)洋魷魚(yú)釣船，超低溫金槍釣船，燈光圍網(wǎng)船，運(yùn)輸船等。船東既有大型國(guó)企——中國(guó)水產(chǎn)集團(tuán)、廣遠(yuǎn)漁業(yè)、上海蒂爾、山東漁業(yè)等，又有大型漁業(yè)集團(tuán)——鑫發(fā)、福遠(yuǎn)漁、青遠(yuǎn)漁、榮遠(yuǎn)漁、好當(dāng)家、赤山、石島水產(chǎn)等，還有大量的個(gè)體船東等。新產(chǎn)品從開(kāi)始到成熟至少需要10年時(shí)間，經(jīng)過(guò)我司不斷的嘗試，跟蹤客戶，發(fā)現(xiàn)從R22改為R404A制冷劑存在以下問(wèn)題：1）由于制冷劑R404A的飽和壓力比R22高，所以系統(tǒng)中壓力容器設(shè)計(jì)壓力提高，蒸發(fā)器壁厚增加。設(shè)備重量增加，載貨量減少，經(jīng)濟(jì)效益降低。2）R404A是非共沸混合制冷劑，非共沸混合物的成分濃度隨著系統(tǒng)溫度、壓力的變化而變化，這對(duì)制冷系統(tǒng)的生產(chǎn)、調(diào)試以及后期維修都帶來(lái)一定的困難，對(duì)系統(tǒng)熱傳導(dǎo)性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，船舶運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后，制冷系統(tǒng)在焊口，閥口等位置容易泄露，制冷劑泄漏后，其組成成分便發(fā)生了變化，機(jī)組軸功率不變的情況下，制冷量變小，凍結(jié)能力下降[2]。只有系統(tǒng)制冷劑全部排空置換，這樣才能保證各混合組分的比例，也才能達(dá)到最初的設(shè)計(jì)制冷效果，這也是眾多船東反應(yīng)最多的問(wèn)題。3）由于R404A制冷劑及冷凍機(jī)油本身與水的相溶性很好，因此制冷系統(tǒng)對(duì)殘留物質(zhì)、水分、清潔度的要求與R22制冷劑相比有了明顯改善效果，R404A系統(tǒng)水分控制和雜質(zhì)控制是一項(xiàng)比較重要的指標(biāo)，建造初期就需要對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格把關(guān)，惰性氣體氣爆法吹臟，焊口的處理保護(hù)，抽真空保壓試驗(yàn)都需要大量的人力物力。因?yàn)槭┕べ|(zhì)量問(wèn)題和操作人員的水平參差不齊，系統(tǒng)冰堵，泄放時(shí)雜質(zhì)劃傷閥門(mén)時(shí)有發(fā)生。
3解決方案
發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，針對(duì)以上問(wèn)題，一直積極研究探索解決方案，如何能在法規(guī)規(guī)定的前提下找到一種更適合船用的制冷劑，終于發(fā)現(xiàn)R507A的綜合性能略好于R404A。表1是2種制冷劑各項(xiàng)性能指標(biāo)的比對(duì)。通過(guò)表1的數(shù)據(jù)可以看出：1）R507A作為共沸制冷劑具有很多純質(zhì)制冷劑所不具有的特性。①在一定的蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時(shí)，具有幾乎不變的蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)溫度要比單一的純質(zhì)制冷劑要低。②在一定的蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑的單位容量制冷量要比組成它的單一制冷劑要高。③化學(xué)穩(wěn)定性要好。④在封閉式制冷壓縮機(jī)中能更好的冷卻電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)繞組溫升減小。2）采用同樣的壓縮機(jī)組，R507A的制冷量比R404A的制冷量大3%。3）無(wú)論在含有潤(rùn)滑油還是不含潤(rùn)滑油的工況下，R507A的換熱性能均比R404A好。R507A的綜合性能略好于R404A，價(jià)格相差不大。4）以目前的法規(guī)，對(duì)這2種制冷劑的使用時(shí)間無(wú)限制。
4結(jié)語(yǔ)
目前本公司在建的漁船（今年預(yù)計(jì)交付70條船）的制冷系統(tǒng)，基本采用R507A制冷劑。國(guó)內(nèi)對(duì)于環(huán)保型制冷劑的研發(fā)及使用步伐不斷加快，隨著科技的日益發(fā)展第四代環(huán)保制冷劑也逐步出現(xiàn)在制冷市場(chǎng)，其產(chǎn)品已進(jìn)入日常生產(chǎn)生活。R404A和R507A制冷劑是當(dāng)前的主流環(huán)保制冷劑，其都作為R22的替代品，把具體在使用中出現(xiàn)的問(wèn)題做一總結(jié)，希望給同行做一參考。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉玉川,張旭,郭晟江.NH_3制冷劑在國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)洋漁船上應(yīng)用的可行性研究[J].船舶設(shè)計(jì)通訊,2017,(01):79-82.
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作者：賈廣偉 單位：黃海造船有限公司