NH3制冷剂在国内远洋渔船上应用的可行性研究

刘玉川 张 旭 郭晟江

（1.蓬莱中柏京鲁船业有限公司，山东蓬莱265601；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

NH3制冷剂在国内远洋渔船上应用的可行性研究

刘玉川1张 旭1郭晟江2

（1.蓬莱中柏京鲁船业有限公司，山东蓬莱265601；2.上海船舶研究设计院，上海201203）

主要从制冷剂效能比较、国内应用现状、国际船级社可行性条件分析等几个方面做了一定研究，并通过研究提出了如何在国内远洋渔船安全可靠使用NH3这一制冷剂的一系列应用保障措施。措施包括：材料使用、舱室布置要求、通风系统、消防及应急保护等，有利于提高我国远洋渔船装备水平和提高远洋渔业的竞争力。

NH3；制冷剂；效能；远洋渔船

Abstract:Such aspects as comparison of energy efficiency of refrigerants，their application in China and requirements from different classes were studied in the paper.A series of safeguards were put forward to ensure safe application of NH3refrigerant on domestic ocean fishing vessels，including usage of material，the requirement of refrigerating plant room arrangement，ventilation system，fire-fighting and emergency protection and etc.，improving the level of equipments in ocean fishing vessels and the competition of deep-sea fishing industry.

Keywords:NH3；refrigerant；energy efficiency；ocean fishing vessel

0 前言

远洋渔船由于渔场距离远，渔获量大等客观因素，对渔获物速冻及冷藏技术要求很高。制冷介质的选择需要同时满足环保性、高效性、安全性等方面的要求。目前国内渔船的制冷系统大多选用HCFC类物质（含氢氯氟烃类物质），虽然制冷效果良好，但由于其对大气臭氧层有严重的破坏作用，已逐步被淘汰。

NH3制冷介质因其具有消耗臭氧潜能值（ODP）和全球变暖潜能值（GWP）均为零的优点，已在国外和我国台湾渔船上广泛采用。我国大陆的远洋渔船，因考虑到NH3制冷介质具有刺激性气味，较强的毒性和易燃易爆性等缺点，以往国内法规对其在渔船上的使用有所限制。

近年来，我国远洋渔船无论在船舶性能方面还是捕获能力方面都有了显著的提升，但传统制冷系统的低效性、低环保性已成为制约其发展的重要因素。国外渔船制冷系统大量的设计经验及技术表明，NH3作为制冷介质在渔船上的使用是完全可行的。

1 NH3制冷剂的效能特点

1.1 NH3与氟利昂制冷性能比较

氟利昂长期以来被用于陆地、海洋等多个领域的制冷系统中，极具代表性。

NH3作为替代性制冷介质的优点如下：

1）压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油，流动阻力小，泄漏时易发现。

2）在蒸发温度较高、冷凝温度较低时，NH3的热工性能较好，单位容积制冷量略高。

3）压缩机造价低。由于单个NH3制冷压缩机的制冷量可达到250 kW甚至更大，而氟利昂制冷压缩机（低温工况）最大为100 kW，大型制冷系统需要多台压缩机并联，费用增加。

4）缩小蒸发器和冷凝器的换热面积，设备轻量化。

5）易于取得、价格低廉。按目前价格行情：液NH3为 3 000～4 000元/t， 氟利昂 R22为 1.5～2.0万元/t，氟利昂R404A为约6万元/t。两者价格相差悬殊。

6）NH3有刺激性气味，有利于发现漏点。NH3作为替代性制冷介质的缺点如下：

1）NH3有毒且易燃易爆，如果制冷系统管系制作、安装工艺不严格，操作不规范，容易造成事故。

2）NH3有刺激性气味，少量泄漏会对贮存食品或货物造成污染，大量泄漏则危及人身安全。

通过与氟利昂各方面性能的比较，有力地说明NH3作为替代型制冷介质具有明显的优越性。

1.2 NH3与氟利昂环保性能比较

由表1可知，目前广泛应用的氟利昂（R22）制冷介质对大气臭氧层有明显破坏作用，将被逐步淘汰。R404A及R407C制冷剂虽然对大气臭氧层无害，但其对地球温室效应有不良影响，且价格高昂，仍属于过渡产品。综合比较得知，NH3（R717）属于经济环保型制冷剂。

表1 各种制冷剂ODP及GWP各项指标对比表

1.3 NH3与氟利昂气化潜热比较

由表2可知，NH3（R717）制冷介质的汽化潜热值是氟利昂（R22）的5倍以上。也就是说，在吸收相同货物热量的情况下，使用NH3制冷介质需要的循环量是氟利昂的1/5，即相同单位质量的NH3制冷介质比氟利昂制冷量大5倍多。

表2 不同温度下NH3与氟利昂气化潜热值对比

2 NH3制冷剂在国内远洋渔船上的应用现状

从1998年至2015年，国内渔船建造规范在相当长一段时间里没有得到有效的发展，长期以来渔船公司及造船厂一直以 《钢质海洋渔船建造规范（1998）》作为适用依据，NH3制冷剂的应用因此受到一定的限制。比如《钢质海洋渔船建造规范（1998）》对NH3制冷介质有如下要求：

1）NH3（氨，R717）不得应用于直接蒸发式制冷装置；

2）有限航区的渔船，其冷藏鱼舱总舱容如小于500 m3时，经验船部门同意可使用NH3介质直接蒸发的排管冷却系统。

2015年，中华人民共和国渔业船舶检验局发布通知，《钢质海洋渔船建造规范（2015）》于2015年7月1日起正式生效。新版渔规对NH3制冷剂的使用做了重要更新，特别是：在满足有关规定的前提下，允许氨制冷剂用于直接蒸发的排管冷却系统；取消了原对船舶行驶航区和冷藏舱容量的限制；增加了针对NH3介质制冷系统的一系列安全措施。

新规范放开NH3介质用于渔船制冷系统的限制，对于国内远洋渔船上采用NH3制冷剂是一大好消息。只要遵循规范中的安全保障措施，确保NH3制冷系统安全可靠地运行即可。

3 国外船级社对NH3制冷剂应用的规定

DNV、NK和台湾验船中心对于NH3制冷剂在远洋渔船上的应用有相当明确的规定，主要从材料、制冷设备舱室、通风和消防等几个方面提出适用条件要求。

3.1 材料

NH3制冷剂系统中使用的材料应满足以下要求：

1）高腐蚀性材料（铜、锌、钙及其合金）和含有水银的材料不允许用于氨制冷中；

2）镍钢不允许用于压力容器及管系中；

3）铸铁阀不能用于冷媒管系中；

4）用海水冷却的大气冷凝器材料应考虑防海水腐蚀。

3.2 制冷设备舱室布置要求

制冷设备所在舱室的布置应满足以下要求：

1）制冷设备舱室应通过气密舱壁及甲板与其他舱室隔离，以避免氨泄漏时进入其他舱室。

2）制冷设备舱室不应邻近居住区、医务室及控制室。

3）制冷设备舱室通道应符合以下规定：

（1）若通道邻近居住区、医务室和控制室，则应有气密舱壁及甲板隔离；

（2）通道应与居住区隔离，且能直接通往开敞甲板。

4）制冷设备舱室的管系及电缆通舱件安装时应为气密。

5）制冷设备舱室内的冷冻设备及储存容器底部应设有最够大的泄放盘，以避免渗漏的液氨流出制冷设备舱室。

6）制冷设备舱室应具有独立的泄放系统，以避免室内的舱底水排水与其他舱室舱底水混合。

3.3 机械通风系统

制冷设备所在舱室应设置机械通风系统，并满足以下要求：

1）通风系统应保证舱内换气次数不少于30次/h。

2）制冷设备舱室的通风系统应独立于其他舱室，并能在制冷舱室以外的地方进行操作。

3）舱室的排气出口距离最近的进风口、居住区、服务处所及控制站的进口应保持在10 m以上（水平方向）。同时，距离开敞甲板至少4 m以上（垂直方向）。

4）制冷设备舱室的进风口布置在较低的位置，排气出口布置在较高的位置，以防止NH3气聚集在舱室及排气管内。

3.4 消防系统

为防止制冷剂或气体因泄漏造成人员伤害，应注意采取各种预防和应急措施。

1）NH3管不能安装在船员舱室、驾驶室、主机舱或通向主机舱的通道，以免管子爆裂的危险。

2）应做好制冷剂危险气体防护工作，应急喷淋和洗眼器应安装在通向制冷舱室处所和货舱区域通道处。

3）在到这些处所的主通道外面需设置1个足够长度的供水雾喷头持续供水的软管，这些区域为：

——有封闭舱壁和甲板的制冷设备处所；

——有自闭门布置；

——通道门和应急逃生通道；

——通风布置（负压型）。

4 国内远洋渔船安全保障措施

我国《钢质海洋渔船建造规范（2015）》与国际各大船级社针对渔船使用NH3制冷介质的要求，在材料、制冷设备舱室布置、通风、消防等方面的内容基本一致，但国内规范在防护设备有具体的要求。

鉴于国内缺乏对NH3制冷剂在远洋渔船上的应用经验，在借鉴国际各大船级社对渔船使用NH3制冷介质的相关要求的基础上，并采纳我国《钢质海洋渔船建造规范（2015）》中对安全防护设备方面的要求，提出了以下安全保障方面的建议，以使NH3制冷系统能在国内远洋渔船上得到安全应用。

4.1 材料、设备的选用及焊接工艺要求

鱼舱蒸发盘管、冻结装置蒸发盘管选用优质耐低温无缝钢管。冷冻管接口端部打坡口，采用氩弧焊打底焊接工艺，避免焊口处夹杂或气孔等施工缺陷产生。

4.2 设置安全防护装置

1）在制冷设备室设水喷淋系统，在压缩机、冷凝器等高压容器发生泄漏时当气体浓度超过规定值时，喷淋水泵自动启动，快速将NH3吸收。

2）设应急泄放系统。在冷凝器、贮液器、中间冷却器、低压循环筒部位，设安全阀和安全泄放管，紧急情况下通过泄放管将容器中的NH3液直接排出舷外。

3）在制冷设备室设强制通风系统，随时将少量泄漏气体排出舱外，同时向制冷设备室送入新鲜空气。

4.3 设置独立制冷设备室

安装NH3制冷机组的舱室，必须以气密的舱壁和甲板与机舱、轴隧和起居处所或其他工作处所分开。制冷设备室的门应向外开启并能自闭。NH3制冷设备室出口应尽可能远离起居处所，且应有1个出口通向露天甲板。

4.4 制冷设备安全保护措施

1）制冷压缩机设高压压力控制器，二级排气压力达到设定值（1.72 MPa）时，压差控制器动作，使制冷压缩机电源切断，强制关机。

2）制冷压缩机低压级设油压差控制器，油压差低于设定值（0.15 MPa）时，发出声光报警，延时45 s停机。

3）高压贮液器、冷凝器、低压循环筒预备贮液器、中间冷却器均设安全阀，压力达到设定值时自动开启泄压。

4.5 配备NH3防护设备

制冷设备室外设下列安全和保护设备，以使在制冷剂漏泄时，易于修复。存放位置设有标记，以便于识别。

1）呼吸器和保护服（头盔、安全靴、手套等）；

2）独立呼吸器（至少可用30 min）；

3）护目镜；

4）洗眼器；

5）2%硼酸；

6）应急手电筒；

7）电气绝缘电阻表。

5 结语

本文针对NH3制冷剂在国内远洋渔船应用这一课题，从制冷剂效能比较、国内应用现状、国际船级社应用条件分析等几个方面做了一定研究，并通过研究提出了如何在国内远洋渔船安全可靠使用NH3这一制冷剂的一系列应用保障措施。这为今后在国内远洋渔船上大胆使用NH3提供了一些法规和经验性指导，有利于提高我国远洋渔船装备水平，提高远洋渔业的竞争力。

Feasibility Study of Applying NH3Refrigerant to Domestic Ocean Fishing Vessels

LIU Yu-chuan1ZHANG Xu1GUO Sheng-jiang2

（1．Penglai Zhongbai Jinglu Ship Industry Co.，Ltd.，Shandong Penglai 265601，China；2.Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute，Shanghai 201203，China）

U674.4

A

1001－4624（2017）01－0079－04

山东省自主创新成果转化专项项目（项目编号：山东省2014ZZCX6102）。

2017-05-02；

2017-06-30

刘玉川（1980—），男，工程师，从事船舶设计工作。

张 旭（1992—），男，助理工程师，从事船舶轮机设计工作。

郭晟江（1980—），男，高级工程师，长期从事船舶轮机设计工作。