在用小型氨制冷系統定期檢驗相關問題分析

王偉

甘肅省特種設備檢驗檢測研究院 甘肅蘭州 730050

氨具有比較好的制冷性能，但是在實際應用中，也存在一定的安全風險。做好定期檢驗工作是保證制冷系統安全運行的關鍵。

1 小型氨制冷系統概述

1.1 氨制冷劑

氨是一種天然制冷劑，在制冷技術發展中發揮著巨大的作用，因為氨的制取比較容易，而且價格低廉，具有非常好的熱力學性能，很早就作為制冷劑使用。氨是一種自然工質，消耗臭氧潛能值為零，全球變暖潛能值也接近于零，而且相比其他自然工質具有非常好的熱物性，所以在很多冷庫中都得到了應用[1]。使用氨制冷劑具有較高的密度，但是汽化潛比較高；由于氨的臨界溫度比較高，因此氨制冷劑可以在冷庫等制冷系統中使用；系統運轉時，氨制冷劑的聲速較高，氣體的內部阻力比較小，不容易出現冰堵，適合在小型制冷系統中使用。

氨的性能優良，但是也具有易燃易爆炸的特點，而且還具有一定的毒性，有很多人對氨過敏，甚至在短時間內就會導致易過敏人群的死亡。如果空氣中氨的濃度達到15%～28%，明火就會導致爆炸，所以氨氣體也被視為重大危險源。

1.2 小型氨制冷裝置

小型氨制冷裝置是冷庫的主要制冷設備，其中貯氨器的容積在5立方米以內，制冷容器的總容積一般不大于10立方米，裝置中包括冷凝器、液氨分離器、中間冷卻器、油分離器、集油器、低溫循環筒等等。小型氨制冷設備的危害遠低于大型氨制冷設備，所以小型氨制冷裝置可以在不停機的情況下檢驗。近年來，小型氨制冷裝置經常出現氨泄露事件，導致人員傷亡[2]。很多個體經營的小型冷庫的制冷裝置可能并沒有經過正規安裝，設備管道焊接方面也存在先天缺陷，所以必須對裝置進行全面的評估，分析裝置的安全性，以便發現系統隱患。

2 小型氨制冷系統常見損傷

2.1 壓力管道的損傷

2.1.1 管道壁厚減薄

在室外布置的壓力管道，在運行過程中，長期處在空氣、氨介質、鹽水等的環境中，導致管道長期受到腐蝕，長周期使用后可能會出現壁厚的減薄，以及出現蝕坑問題。如果氨冷凝器立管內壁水側腐蝕比較嚴重，會有非常快的腐蝕速度，有些管道甚至在投入使用短短幾年時間內，厚度就從原來的4毫米減少到1毫米，管道的強度急劇下降。厚度降低會導致管道焊縫位置最下方出現泄露，所以工作人員需要嚴格檢查焊縫位置的情況[3]。

2.1.2 壓力管道出現局部變形

壓力管道經過長期使用，設備受到嚴重的腐蝕，管材的強度會逐漸改變；高強度的負荷作用使管道經過長期使用后容易疲勞，管道接口等部位可能會因為疲勞出現變形，導致管道受到嚴重的破壞，影響管道的正常使用。

2.1.3 壓力管道存在裂紋

壓力管道的裂紋一般在壓力管道焊縫位置出現，或者出現在管道焊縫的周邊。裂紋的產生可能是由于管道自身的質量問題，比如材質問題；也有可能是由于管道的局部出現腐蝕和變形，導致管道焊縫應力集中，產生裂紋；大多時候，管道焊縫的裂紋是由于焊接過程中產生的各種焊接缺陷引起的。裂紋會嚴重影響整個系統的安全運行[4]，所以裂紋必須消除。

2.2 氨制冷系統壓力容器的損傷

2.2.1 鋼制壓力容器被氨腐蝕

氧氣、二氧化碳、氮氣都會促使液氨腐蝕罐壁，無論是氣相還是液相，氧氣、氮氣、氨和碳鋼都組成了應力腐蝕環境。在反應中，含有液氨中的氧氣將會被鋼吸附到表面，形成一層氧化膜，并保持正電值點位，在材料受到拉應力的作用后，氧化膜會受到破壞，且有新鮮的表面暴露出來，與有氧化膜的金屬表面構成微電池，并快速溶解[5]。如果沒有其他雜質存在，氧氣能在裸露金屬表現面上再次形成氧化膜，可以抑制腐蝕的出現；如果液氨的溶液中含有氮氣，氮氣和氧氣在滑移階上會產生競爭吸附，可以防止裸露的滑移階再鈍化，但是會導致鋼的應力腐蝕斷裂敏感性增加，鋼材表面鈍化膜會在滑移階上產生破裂，最后會發展為陽極性腐蝕裂紋。

2.2.2 帶保溫層容器

中間冷卻器、低壓循環貯液桶等容器也都會專門增加保溫層，但是保溫層的作用和其容器的保溫層有所不同，這類保溫層不僅會發揮保溫作用，也有一定的防潮作用[6]。所以，如果外部保溫層完好無損，不僅能減少熱量散失，保溫層也能避免水分對容器的腐蝕作用；在保溫層破損后，破損位置就會導致容器失去防護，受到腐蝕并生銹。

3 小型液氨系統定期檢驗內容

3.1 外觀檢驗

壓力管道、壓力容器受到腐蝕作用后，表面會產生明顯的缺陷，能夠直接通過肉眼識別，比如可以通過外觀檢驗確定腐蝕凹坑深度、軸向長度、咬邊情況等內容，著重觀察焊縫位置，避免在焊縫位置出現腐蝕泄漏情況。管道的閥門、法蘭也是管道系統性能的關鍵，很多管道的閥門和法蘭經過長期使用之后可能會受到嚴重腐蝕，會產生比較嚴重的泄漏情況，對系統的性能和安全性會造成不良影響。

3.2 管道壁厚測定

測量管道壁厚可以確定管道的安全風險，確定管道的性能。對壓力管道中的彎頭和三通等管件進行壁厚測定，確定管道的厚度，可以分析管道是否存在安全風險。如果發現某處管道壁厚明顯減薄，證明該位置受到了比較嚴重的腐蝕。需要進一步觀察制冷系統運行過程中的工況，分析是否存在使用錯誤或者安裝問題，分析管道受到腐蝕的原因。

3.3 分析壓力管道的具體強度

氨制冷系統壓力管道運行過程中，需要對元件進行應力分析，從而完成強度校核以及對管道的安全評價工作。系統運行期間，由于管道的壓力、自重力可能會導致管道的應力集中，所以可以針對壓力管道進行有限元應力計算[7]。分析過程中可以研究管道操作溫度，以及管道薄膜受到管道彎曲的影響，分析彎曲位置的應力變化，全面分析管道所受到的應力。所有的檢測工作都需要根據管道壁厚的測量結果進行，根據計算機技術的應用，合理使用各類軟件，保證結果的合理性。

3.4 冷凝器檢驗

冷凝器在管板的外部，管道立管內壁介質是冷卻水，除了要進行必要的常規結構檢測，檢查冷管板、管端焊縫，以及冷凝器殼體外壁的冷凝情況。

3.5 外表面無損檢測抽查

針對壓力容器的焊接接頭位置、補焊區、變形部位、應力集中部位、電弧損傷位置等容易出現裂紋的位置要進行無損檢測抽查，可以使用磁粉檢測對焊縫位置進行局部無損檢測。焊縫表面如果出現成型差，以及有氣孔、咬邊，或者存在錯邊等問題，應進行相應的處理，尤其要注意的是，對于低溫容器而言，不允許存在咬邊。貯氨器的液氨并不能全部排盡，導致使用X射線照片比較困難。但是在對單個罐體進行檢測時，可以將液體排放到最低液位，并使用雙臂透照方法滿足檢測要求。

3.6 酚酞試紙檢測

使用酚酞試紙可以檢測在工作狀態下壓力容器的焊縫、接管是否存在泄露情況，檢測工作中，應該著重檢測人孔、接管、幾何形狀復雜的位置，包括應力集中位置和容易導致腐蝕的位置。

3.7 檢測氨液的成分

無水液氨對鋼產生的腐蝕相對比較輕微，并且腐蝕也比較均勻，所以冷凝系統最初的腐蝕風險比較低。但是經過壓縮機冷凝之后，液氨中就會帶有一定的動油進入到容器中，并吸附于內壁，最終形成的油膜能對材料產生保護作用。在液氨容器中，充裝、排料等工作都會受到空氣污染，碳鋼對液氨的應力腐蝕也比較敏感，使得液氨的純度、鋼的化學成分、容器的強度都會影響腐蝕效果。液氨對鋼制容器的應力腐蝕情況和液氨的工作溫度也有密切的關系，一般在-5℃到-30℃都會有比較敏感的應力腐蝕。如果液氨中含有微量的氧氣，也會促進容器腐蝕破裂，但是如果其中含有少量的機油和水分，則可以防止出現腐蝕破裂問題。一般而言，含碳量越高的容器，其破裂敏感性就越強，所以必須嚴格檢查氨液的成分記錄，以及控制氨液中的水分和油量，減少應力腐蝕[8]。

4 定期檢驗要求

4.1 檢驗重點的選擇

氨制冷裝置的定期檢驗工作，最好在停車狀態下進行。如果壓力容器有保溫層，則應先拆除保溫，并重點檢查閥門、法蘭、接管等部位是否有泄漏，并對焊縫進行一定比例的抽檢，同時應檢查系統的安全附件是否在有效期內。壓力管道的檢驗，應先進行宏觀檢查，如果發現存在保溫層破裂的情況，或者發現管道存在異常結霜，則需要拆除保溫層進行重點檢查。若存在嚴重腐蝕，需擴大檢測比例。

4.2 合理使用抽樣檢查

為了保證檢驗質量和設備的安全運行，在定期檢驗中，應該針對一些常見損傷模式，采取有針對性的檢驗方法，更加全面細致的對設備進行檢測，以確保檢驗質量和設備安全。比如重點檢查保溫層破損位置是否出現腐蝕情況，低壓側剩余壁厚的測定，埋藏缺陷檢測等等，都應該使用抽樣檢查的方式，尤其要重點檢查風險大、作業負荷大的管道。

4.3 配備專業人員

為確保檢驗工作的精度和效率，在對氨制冷系統檢驗時應該配備專業人員，由專業人員進行壓力管道的日常巡查工作，以及采取合理的措施進行管道保養，確保閥門、法蘭等部件的可靠性。人員需要在發現泄漏現象后，可以對管道進行及時修理，如果不能通過修理解決問題，應該及時更換部件。對于氨制冷系統的壓力管道，在缺陷比較嚴重時應該停用或者報廢處理，使用單位應該確保管道的安全，及時轉移介質，保證管道內部壓力的及時釋放。

4.4 失效風險評價工作

風險評價使用數據資料，使用風險量化方法分析管道出現泄漏等問題的安全風險，可以確定小型氨制冷系統出現風險較高的位置，從而合理地使用管理資源、人力資源，采用最恰當的措施，達到控制風險的目的。風險評估工作中，應該根據小型氨制冷裝置的特點使用半定量法進行裝置失效可能性和風險的評估，以及做好區域劃分工作，確定風險評估模型。之后根據關閉厚度、材料裂化情況、設備機械損傷狀況、工作環境等等進行失效可能性評價，通過分析小型氨制冷裝置的設計、制造、使用、管理情況，分析設備失效的可能性。然后還需要對失效后果展開評價工作，比如事故出現之后導致的經濟損失、人員傷亡，再根據失效后果評價制定管理方法。

5 結語

氨制冷劑具有較好的性能，而且污染較少，所以具有比較好的應用前景，但是由于易燃易爆炸的性質，以及容易引起中毒，所以必須做好對制冷裝置的檢測工作。針對小型氨制冷裝的檢測，應該結合制冷裝置的工況、特點，確定檢驗工作的重點，根據相關要求確定檢驗周期，開展全面的檢驗，以及做好風險評估。保證能了解小型氨制冷系統的工作狀況，分析安全水平，及時進行修復工作和做好防護。