制冷系统5大安全装置

发布于：2024-10-21 14:38:21 来自：暖通空调/制冷技术

作者：HETA

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制冷系统因其工作介质的特殊性和运行工况的复杂性,存在一定的安全风险。为保障制冷设备和人员的安全,需配置多种安全装置进行监视、预警和保护。本文较为全面地介绍了制冷系统的主要安全装置,包括压力、温度、液位等监控设备和安全阀、压力继电器、止回阀等保护装置。

一、压力安全装置

1.1 压力表
压力表是测量管路或设备内部流体压力的仪表,通过指针在刻度盘上的位置指示当前压力值。制冷系统中的压力表品种繁多,可分为普通压力表、耐振压力表、远传压力表、电接点压力表等。普通压力表量程一般为-0.1MPa或-2.5MPa,使用于低压环节如蒸发器、吸气管等。高压部位如排气管、冷凝器等宜选用量程更大的耐振压力表,其抗震性能好,寿命长。远传压力表可将压力信号传送至远程控制室,实现集中监视。电接点压力表可设定压力上下限值,超限时触点吸合,以输出报警或控制信号[2]。

压力表的安装位置应避开振动、高温、腐蚀性气体的影响,一般与管路成90°角,垂直向上。压力接口应装截止阀,以便更换或维修。压力表的量程应大于系统最大工作压力的1.5倍,但又不宜过大,否则刻度分辨率低。使用中应定期校验,发现失准、指针摆动、玻璃破裂等异常情况及时处理。

1.2 安全阀
安全阀是一种防止管路或设备中的介质压力超过限定值的自动泄压装置。当介质压力升高到规定值时,在介质作用下阀瓣克服弹簧力自动开启,泄放部分介质,使压力下降,从而保护管路或设备不致损坏。制冷系统的安全阀一般装在压缩机排气管、冷凝器进口等高压部位,可根据设备的材质、制冷剂种类等因素确定安全阀的公称通径、开启压力、回座压力、排放能力等参数[3]。例如,采用R22制冷剂的氟利昂系统,压缩机的安全阀开启压力一般为1.6~1.8MPa。

安全阀应垂直安装在距离被保护设备最近、最不利的位置,其进口管路应尽可能短,弯头少,以减小流动阻力。出口管应单独引至室外安全地点,不得接入其他管道,以免相互影响。安全阀应定期检查校验,确保灵敏可靠。若发现阀门漏气、开启压力不稳定等问题,应及时维修或更换。严禁在安全阀进出口加装任何阀门,也不得随意调整弹簧压力。

1.3 压力继电器
压力继电器又称压力开关,用于发出压力超限信号或直接切断控制电路,实现报警或紧急停车。其主要由压力传感器、触点机构、壳体等组成。当系统压力上升或下降到设定值时,在介质压力作用下,传感器感受到压力变化,推动触点动作,改变触点状态,完成预定的报警或控制功能[4]。压力继电器可安装在制冷系统的高压或低压侧,如冷凝器出口、蒸发器进口等处。其压力范围应覆盖系统的正常工作压力,压差设定应考虑系统压力波动和误差,一般高压差50kPa,低压差50kPa。

压力继电器的供电电压应与其额定值相符,触点容量应大于所控制回路的电流。安装时应尽量靠近被控压力源,减少信号传输延迟。压力接口应装截止阀,以便维修。使用中应定期测试,检查触点动作是否灵活、可靠。若出现报警失效、控制失效等故障,要分析原因,必要时调整压力设定值或更换元件。

1.4 熔塞
熔塞是利用合金材料在一定温度下熔化,从而泄放介质的一种温控式安全装置。当制冷系统发生异常,使得管路温度过高时,熔塞内的易熔合金熔化,在介质压力作用下熔体被顶出,形成泄流通道,排放部分介质,降低系统压力和温度。熔塞主要由塞体、易熔合金、螺纹帽等构成,合金的熔点应略高于系统的最高允许温度。塞体材质应与介质相容,并有足够强度。熔塞规格应依据系统容积、制冷剂种类等合理选用[5]。

熔塞应装在制冷系统压力最高、温度最高的部位,如压缩机排气管、油分离器等。为避免频繁更换,熔塞前可串联一只安全阀。熔塞动作后,要查明原因,采取措施,然后及时更换新品。不同温度的熔塞不宜混用,否则会降低灵敏度,达不到保护要求。熔塞不适用于低温工况或压力波动大的场合。

二、液位安全装置

2.1 液位计

液位计用于显示容器内液体介质的存储量或高度,可分为玻璃管式、磁翻板式、电容式、雷达式等。制冷系统中最常见的是玻璃管液位计,安装在贮液器等处。其主体是一根透明玻璃管,管内充注与被测介质相容的示位液体,随贮液器液位的升降而上下移动。玻璃管刻有刻度,便于直观读数。为保护玻璃管免受冲击损坏,外部有金属护罩[6]。使用时应防止玻璃管沾污模糊、渗漏、冻结,定期校对零位,若有破损应立即关闭阀门隔离,更换护罩或玻璃管。

磁翻板液位计由翻板、磁耦合回路、指示器等组成。翻板设于液体容器内,随液位变化上下翻转。每个翻板装有永磁体,与容器外的磁性翻柱相吸,带动翻柱转动180°,呈红白相间色标,指示液位高低。该液位计密封性好,耐压强,测量范围大,被广泛应用于氨制冷系统的贮液器、冷凝器等处。

2.2 液位控制器
液位控制器是将容器的液位信号转换成电信号,进而实现液位控制和报警功能的装置。其分为定点式和连续式两类。定点式控制器只能检测规定位置的液位,如设在贮液器上、中、下部的电极式液位开关,可发出高、低液位信号,控制电磁阀开关或报警。连续式控制器能连续测量液位的变化,并输出4~20mA电流信号,如安装在冷凝器上的音叉液位变送器,可实时反映冷凝液位,进而调节冷凝水流量[7]。

选用液位控制器时,应考虑被测介质的电气特性、温度、压力等参数,优先选择防爆型、耐腐蚀型产品。安装位置应避开强电磁干扰区。使用中应定期清洗电极,检查绝缘和接线盒密封情况。控制器的量程应与实际液位匹配,空间分辨率应满足控制精度要求。

2.3 浮球阀
浮球阀利用浮球的浮力自动调节阀门开度,控制进出口流量,维持恒定液位。主要由阀体、阀座、浮球等组成。当液位下降时,浮球下沉,拉动连杆带动阀瓣离开阀座,介质进入容器,液位上升;反之,浮球上浮,推动阀瓣逐渐关闭,减少进液[8]。浮球阀结构简单,控制方便,价格低廉,在蒸发器、油分离器等设备中应用较多。

浮球阀应优先选用不锈钢等耐腐蚀材质,并根据介质流量、管径大小、所需压差等因素确定阀门规格。安装时应注意调节浮球重量,使之在额定液位时平衡。阀杆应灵活,密封严紧。使用中若发现阀门密封面泄漏、浮球进水、阀芯卡涩等问题,要及时检修或更换,以免影响液位控制。

三、温度安全装置

3.1 温度传感器
制冷系统采用多种温度传感器实现温度测量和控制,如热电阻、热电偶、半导体传感器等。其中,铂热电阻因其线性好、稳定性高、测温范围宽等优点,在冷库、制冷机组等场合被普遍使用。铂热电阻主要由铂丝、瓷棒、引线等组成。当环境温度变化时,铂丝电阻值随之变化,再经测量线路转换成温度值[9]。常用的铂热电阻型号有PT100、PT1000等,分别表示在0℃时阻值为100Ω、1000Ω。

选择温度传感器时,应考虑其测温范围、精度等级、稳定性、抗干扰性等技术指标,以及安装方式、防护等级等使用要求,尽量选择标准化、系列化、智能化的产品。传感器的安装位置应选在温度场分布均匀、热容小的地方,避免阳光直射、水滴溅落。引线应绝缘良好,接线盒密封可靠。传感器投入使用后,应定期检查校准,及时发现测温漂移、断路、短路等故障。

3.2 温度控制器
温度控制器接收温度传感器的信号,将之与设定值比较,并根据偏差大小输出相应的控制信号,调节制冷设备的启停或运行参数,实现温度的自动控制。常用的温控器包括机械式、电子式两大类。机械式温控器多为压力式,利用温度变化引起的气体膨胀或液体蒸发产生压力,推动膜盒或波纹管,带动触点动作。其结构简单,价格便宜,在家用电冰箱、冷柜等领域仍广泛使用[10]。电子式温控器是将温度信号转换成电信号,再经放大、转换,与设定值比较,最后输出控制信号。其控制精度高,功能丰富,可实现PID调节。在中央空调、冷库、冷藏车等制冷场合应用较多。

选用温度控制器时,除考虑基本的温度范围、控制精度外,还应关注其输入输出类型、控制方式、供电要求、电磁兼容性等指标。安装位置应避开强磁场、高湿区,接线应整齐牢固,标识清晰。调试时应设定合理的控制参数,优化控制性能。使用中应定期检查,及时清理灰尘、更换失效元件。

四、其他安全装置

4.1 止回阀
止回阀是只允许介质单向流动、防止倒流的阀门。其主要由阀体、阀瓣、弹簧等组成。介质顺流时,在压差作用下推开阀瓣,实现正常流动;介质逆流时,在弹簧力和自重作用下阀瓣自动关闭,切断倒流。止回阀可防止压缩机发生液击、气流倒吸等危险,保护泵、风机免受介质倒流的冲击,是制冷系统的重要安全部件[11]。常用于压缩机吸排气管、冷凝水管、冷却水管等处。

止回阀的公称通径应与连接管路相同,材质应与介质相容。弹簧刚度和预紧力应满足开启和密封要求。安装时应注意流向,不得倒装。阀门与管道连接应紧密,密封良好。运行中应定期检查,若发现阀瓣开启不灵或关闭不严,应及时检修或更换。

4.2 平衡管
平衡管又称均压管,连接制冷系统的高压侧和低压侧,使两侧压力趋于平衡,减小压差,达到均压目的。一方面可使高低压侧维持相对恒定的压力比,保证膨胀阀前有足够的压差,便于其稳定工作;另一方面,当系统关机时,可使高低压侧压力逐渐达到平衡,避免压缩机再启动时承受过大的压差[12]。平衡管多在中小型制冷系统中使用,如家用空调、除湿机等。

平衡管应选用内光滑、断面圆整的铜管或不锈钢管。一般管径较小,长度较长,以增大流动阻力。平衡管两端应装阀门,以便检修或更换。连接部位应采用焊接或法兰,确保严密可靠。安装时应避免急弯、扭曲和气阱。

4.3 事故排风设备
事故排风设备是在制冷剂大量泄漏时,能快速将其排至室外,防止火灾、中毒、窒息等危害发生的设施。通常由排风管、排风阀、排风机等组成。排风管应选用耐腐蚀、难燃材质,截面积满足排风量要求。排风阀应采用常闭型,如电磁阀、气动阀等,确保平时关闭,事故时开启及时。排风机应选防爆型,排风量大,全压高,启动迅速[13]。

排风管进口应设在制冷间下部,靠近泄漏源头。出口应通至室外安全地点,高出屋顶2m以上,避开人员密集区和空气进口。排风阀应预先试验,确认动作可靠。排风机应定期检修,确保性能良好。若发生泄漏事故,应立即切断漏源,同时启动排风机,快速稀释排放。

五、安全事故案例

5.1 压缩机爆炸
某冷库氨压缩机组在运行中突然发生爆炸,机头飞出数米,围墙倒塌,并引发氨气大量泄漏。事后检查发现,排气管的安全阀锈蚀严重,开启压力高,泄流能力小。同时,压力表长期超量程使用,显示不准。另外,压力开关的触点烧损,报警和联锁失效。这些原因导致排气压力持续升高,最终超过安全极限,造成压缩机爆炸[14]。

该事故教训是:必须重视安全阀、压力表、压力开关等关键部件的维护管理,及时清洗、校验、更换或修复,切实发挥其安全保护作用。压缩机的工况应控制在安全范围内,不得超负荷运行。

5.2 贮液器溢流
某大型食品冷库使用氨制冷机组,高压贮液器设有高低液位报警。一次值班时,突然发现大量液氨从贮液器顶部安全阀喷出,并迅速蒸发,车间弥漫刺鼻气味。原来是低压循环蒸发器回液管处的电磁阀关闭不严,使过多的液氨进入贮液器,液位急剧升高,高液位报警失效,导致大量氨液从安全阀溢出[15]。

事后排查发现,贮液器的玻璃管液位计因日晒雨淋老化,刻度模糊难辨。高低液位控制器的浮球开关结构简陋,浮球进水,触点锈蚀,失去作用。而这些问题平时疏于检查,酿成事故。因此,必须加强对液位计、液位控制器的日常维护,及时更换破损件,确保灵敏准确。电磁阀也要定期保养,检查密封性能。

5.3 冷凝器结垢
某中央空调冷水机组投运数月后,发现冷却效果下降,冷凝压力上升,且冷凝器壳体温度偏高。拆开冷凝器发现换热管内壁有较厚水垢,阻碍了热量传递[16]。原来,冷凝器循环水系统的水质较差,未安装水处理设备,导致水中的钙镁离子在受热后大量析出,形成水垢。水垢层会缩小水流通道,增大流动阻力,降低传热系数。压力上升会加重压缩机负荷,水温升高会恶化冷却效果。

针对这一问题,应在冷却水系统中设置软化水装置,去除水中的钙镁离子。定期清洗冷凝器,人工除垢。在冷凝器进出口安装压差计,监测水侧压降变化。必要时在冷凝器壳程加装安全阀,防止水垢引起的超压损坏。

5.4 低温冻伤
某食品加工厂购进数台速冻柜,采用R507冷媒。夏季高温时,速冻柜蒸发温度低,蒸发器外壁结霜。一名员工为除霜,徒手揭去霜层,导致手指被严重冻伤,休工数月。经调查,速冻柜未设置温度报警装置和联锁保护,员工也未经低温作业安全培训[17]。

针对低温设备,应设置可靠的温度监测和报警机制,超温时及时提醒。对接触低温表面的工作人员,要进行岗前培训,配备防冻手套等劳保用品。低温设备周围张贴警示标识,必要时设置防护栏。定期检查保温层完整性,避免冷量散失和结霜。

参考文献:
[1] 曹阳,李雪岩.制冷设备事故的原因及预防措施[J].制冷与空调,2020,34(1):89-92.
[2] GB/T 10593-2014 工业过程测量和控制压力测量压力表技术条件[S].
[3] TSG ZF001-2006 压力容器安全技术监察规程第1部分:总则[S].
[4] JB/T 10950-2008 工业用压力控制器[S].
[5] GB/T 12126-2014 制冷系统和热泵安全和环境要求第2部分:设计、制造、试验、标记和文件[S].
[6] 刘建平.制冷系统常用仪表及安全装置的使用与维护[J].化工设计通讯,2018,44(6):232-233.
[7] JB/T 9236-2011 冷冻冷藏设备用液位控制器[S].
[8] HG/T 21629-2011 家用和类似用途制冷器具用浮球阀[S].
[9] JB/T 5336-2013 工业铂电阻温度传感器[S].
[10] GB 4706.13-2014 家用和类似用途电器的安全第2-24部分:制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求[S].
[11] HG/T 21635-2011 制冷空调系统用止回阀[S].
[12] GB/T 7778-2016 制冷剂蒸气压缩循环基本部件的安全要求、标记和说明[S].
[13] GB 50072-2010 制冷机房设计规范[S].
[14] 金瑞武,李恩平.某化工厂氨制冷压缩机组爆炸事故分析[J].压力容器,2014,31(8):78-81.
[15] 吴超.某冷库贮液器氨泄漏事故分析与预防[J].低温与特气,2017,35(4):64-66.
[16] 程昊,张鑫,谭源.空调冷凝器常见故障原因分析及处理措施[J].制冷与空调,2019,33(6):692-697.
[17] 徐倩倩.速冻冷库低温作业安全防护浅析[J].化工管理,2016(25):155-156.

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只看楼主我来说两句 抢板凳

加倍努力沙发

学习了制冷系统5大安全装置，多谢了。

2024-10-28 15:30:28
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