制冷系统中水分的危害与防治措施

1、制冷剂的污染      
制冷剂是水分进入制冷系统的主要载体。一方面 , 生产厂家提供的新制冷剂本身可能含有微量的水分。按照行业标准 ,R22 、 R134a 等常用制冷剂的含水量应低于 10×10-6[1] 。但在制冷剂的生产、运输、储存过程中 , 若密封、干燥等措施不当 , 极易引入更多的水分。    

另一方面 , 制冷系统在维修和补充制冷剂时 , 如果使用了受潮污染的旧冷媒 , 或操作不当导致冷媒与空气接触 , 也会带入大量水分。据统计 , 露点在 0℃ 的环境中 , 仅 1L 空气就含有 4.8g 水蒸气 [2] 。因此 , 在制冷剂的全生命周期中 , 防止水分污染至关重要。    

2、管路设备的渗透      
制冷系统的管路和设备长期工作在负压环境下 , 管壁存在一定的渗透性 , 空气中的水蒸气会不断向系统内部迁移。渗透量 q 与压差 \Delta P 、温度 T 、渗透系数 \alpha 等因素有关 , 可用费克定律估算 [3]:    

q=\alpha A\Delta P/\delta    

其中 ,A 为渗透面积 ,\delta 为管壁厚度。可见 , 压差越大、温度越高、管壁越薄 , 渗透量越大。    

此外 , 制冷管路连接处的微小泄漏 , 以及闪发器、贮液器顶部的开口 , 也是常见的渗透源。据测试 , 一个直径 0.1mm 的泄漏孔 , 在压差 100kPa 时 , 每天可渗入 2g 水分 [4] 。因此 , 应加强管路和设备的密封性 , 定期检测泄漏 , 及时修复渗漏点。

 

3、装配工艺不当     
在制冷机组的生产装配环节 , 不规范的工艺操作是引入水分的另一重要原因。主要包括 :    

(1) 管道清洗不净 : 管材在下料、开孔等加工过程中会产生油污和碎屑 , 若清洗不彻底 , 残留在管道内的杂质会吸附水分。    

(2) 存放防护不当 : 开启的管口、法兰等裸露部位 , 若防潮措施不到位 , 空气中的水汽会直接进入管路。    

(3) 焊接质量不高 : 焊接温度过高会使管材氧化 , 焊接不饱满会在接头处留下缝隙 , 增加吸湿风险。    

(4) 抽真空不足 : 装配完成后 , 若真空度未达到设计要求 , 残余的空气和水汽会破坏制冷剂的纯度 [5] 。    

因此 , 装配过程应严格遵守工艺规范 , 确保管道清洁 , 接头密封 , 真空度达标 , 从源头上控制水分的引入。

1、对压缩机的危害      
压缩机是制冷机组的核心部件 , 其内部环境对水分最为敏感。水分主要通过以下机理对压缩机造成损害 :    

(1) 腐蚀零部件 : 水分与制冷剂在高温高压下会发生水解反应 , 生成氟化氢等强腐蚀性物质。这些物质会腐蚀阀片、气缸等金属零件 , 加速磨损 , 恶化泄漏。    

(2) 劣化润滑油 : 部分水分会溶解在润滑油中 , 导致油的黏度下降、抗氧化性能下降 , 加速油质变质。溶解的水还会与高温油反应 , 生成有机酸 , 引发化学腐蚀 [6] 。    

(3) 堵塞毛细管 : 游离的水滴会与油泥、磨粒聚集 , 堵塞压缩机内的油道、气道 , 影响气体流动和排油循环。    

(4) 引发液击 : 待蒸发的液态水分会随吸气进入气缸 , 受挤压后迅速汽化膨胀 , 对气缸壁产生巨大冲击 , 引发液击事故。

2、对换热器的危害     
蒸发器和冷凝器是制冷系统的传热部件 , 水分会显著恶化其传热性能。主要表现为 :    

(1) 覆盖换热表面 : 水分在蒸发器表面凝华成霜 , 覆盖换热面 , 增加传热阻力。据测试 ,0.1mm 厚的霜层导致的传热恶化 , 相当于管壁增厚 0.5mm[7] 。    

(2) 堵塞翅片通道 : 蒸发器翅片间的冷凝水滴会与灰尘、油污聚集 , 形成粘稠的污垢 , 堵塞翅片间隙 , 阻碍空气流通 , 降低换热系数。    

(3) 加剧管壁腐蚀 : 冷凝水中溶解的氧气、二氧化碳等 , 会加速铜管的电化学腐蚀 , 引发点蚀、应力腐蚀等 , 缩短使用寿命。    

(4) 诱发结垢 : 冷凝水中的钙、镁等离子会在铜管内壁形成水垢 , 恶化传热 , 提高能耗。据统计 , 仅 0.8mm 厚的水垢 , 就会增加制冷系统 10%~35% 的能耗 [8] 。    

3、对节流装置的危害      
热力膨胀阀和毛细管是常见的节流装置 , 其内部结构精密 , 对水分污染极为敏感。水分的危害主要有 :    

(1) 堵塞节流通道 : 水滴与杂质聚集后 , 会堵塞膨胀阀的平衡孔、毛细管的细窄流道 , 阻碍制冷剂的正常流动和压降 , 引发 " 饥饿 " 或 " 淹没 " 故障。    

(2) 阻塞滤网 : 部分膨胀阀和毛细管入口处设有滤网 , 用于拦截固体杂质。但滤网对凝结的水滴和冰晶也有一定阻滞作用 , 易引发堵塞失灵。    

(3) 腐蚀阀芯 : 膨胀阀中残留的水分会腐蚀阀杆、阀座等精密零件 , 恶化配合间隙 , 引起内漏。同时 , 腐蚀产物也会卡滞阀芯 , 使其失去调节功能 [9] 。

 

1、目视检查法      
对于含水量较高的制冷系统 , 可采用目视检查法快速判断。主要方法包括 :    

(1) 观察回油管 : 压缩机回油管如出现乳化液、水包油等异常现象 , 说明存在严重的含水问题。    

(2) 观察油色 : 正常润滑油呈透明或淡黄色 , 若发现浑浊、发黑等 , 说明油品受潮变质。    

(3) 观察毛细管 : 拆开毛细管 , 如发现管内有水渍、锈斑等 , 说明曾有液态水流过。    

2、露点测试法     
露点测试法是利用水蒸气冷凝原理 , 测定制冷系统内水分含量的常用方法。其基本原理是 : 将镜面装置与系统连通 , 通入待测气体 , 调节镜面温度。当镜面温度下降到使表面刚开始凝露的温度时 , 该温度即为露点温度 , 可换算成水分含量 [10] 。    

常用的露点仪有光学式和电容式两种。光学式露点仪通过光电探头检测镜面反光率的变化 , 判断凝露的开始 ; 电容式露点仪则利用镜面电容值随凝露变化而改变的原理 , 确定露点。    

3、卡尔费休试剂法     
卡尔费休试剂法是利用碘量滴定原理 , 测定制冷剂中水分含量的化学检测法。卡尔费休试剂由碘、二氧化硫、吡啶等组成 , 呈黄褐色 , 遇水会变为无色 [11] 。    

检测时 , 先将一定量的试剂与制冷剂混合 , 充分振荡。然后滴加标准碘液 , 直到溶液由无色变为黄褐色并保持 15s 不褪色 , 记录碘液的消耗量。水分含量可按下式计算 :    

W=V\times c\times 5.4 /G    

式中 ,W 为水分含量 (×10-6),V 为碘液消耗体积 (mL),c 为碘液浓度 (mol/L),G 为制冷剂质量 (g) 。

1、真空脱水法     
真空脱水法是利用水的汽化原理 , 在负压下蒸发系统内的水分 , 达到脱水除湿的目的。具体工艺为 : 先将系统与真空泵连通 , 抽真空至规定真空度 , 使系统内形成负压 ; 然后适当加热系统 , 使水分汽化 ; 再持续抽真空 2~4h, 将水蒸气排出系统 ; 最后充注合格的制冷剂 [12] 。    

真空脱水的效果与真空度、加热温度、持续时间等因素有关。一般要求真空度达到 -0.1MPa, 加热温度控制在 40~55℃, 持续时间与系统容积成正比。需要注意的是 :    

(1) 抽真空前 , 应彻底排净系统内的制冷剂和压力 , 避免制冷剂带水现象。    

(2) 抽真空时 , 先用粗真空泵快速抽至 -0.09MPa, 再用高真空泵提升真空度。    

(3) 加热应均匀缓慢 , 严禁局部过热 , 以免损伤塑料件和密封件。    

(4) 持续抽真空过程中 , 应关闭压缩机吸排气阀 , 但需开通回油管。    

2、氮气吹扫法     
氮气吹扫法是利用高纯氮气的物理吹扫作用和化学惰性 , 将系统内的水分和氧气置换出去的方法。具体工艺为 : 先将系统与高压氮气瓶连通 , 充入 0.5MPa 的氮气 , 使其充满系统 ; 然后适当加热系统 , 加快水分的气化和扩散 ; 再打开系统排气阀 , 用氮气连续吹扫 20min; 最后重复上述过程 3~5 次 , 直至系统洁净干燥 [13] 。    

氮气吹扫的效果与氮气纯度、充入压力、吹扫时间等因素相关。一般要求氮气纯度不低于 99.99%, 充入压力不超过系统试验压力的 50%, 单次吹扫时间不少于 10min 。

需要注意的是 :    

(1) 吹扫前 , 应先用氮气置换系统 1~2 次 , 排出残留的空气和制冷剂。    

(2) 吹扫过程中 , 系统压力不得超过允许值 , 以免损坏元件。    

(3) 吹扫结束后 , 应立即密封系统 , 避免空气倒灌。    

(4) 采用氮气吹扫达到的洁净度不如真空脱水 , 常作为其预处理工序。    

3、过滤除湿法     
过滤除湿法是利用分子筛、硅胶等吸附剂的选择性吸附作用 , 截留制冷系统内的水分的方法。工艺原理是 : 含水的制冷剂通过装有吸附剂的过滤器时 , 水分子被吸附剂捕获 , 脱水后的制冷剂流回系统。当吸附剂饱和后 , 可用加热、抽真空等方式再生 [14] 。    

常用的吸附剂有分子筛、硅胶、活性氧化铝等。其中 ,3A 分子筛对水分的吸附量最大 , 在 25℃ 时可达 22% 左右 ;4A 分子筛次之 , 吸附量约 18%; 硅胶的吸附量约为 15%, 但制备工艺简单 , 成本较低 ; 活性氧化铝吸附水分的同时 , 还能吸附酸、碱等物质 , 可起到净化制冷剂的作用 [15] 。    

过滤除湿器的安装位置应尽量靠近蒸发器入口 , 以保证进入蒸发器的制冷剂洁净干燥。安装时应注意制冷剂的流动方向 , 确保其从下至上流过吸附剂层。在系统运行过程中 , 应定期检查过滤器的压降 , 超过规定值时需及时更换或再生。

1、设计和选型阶段     
在制冷机组的设计和选型阶段 , 应充分考虑防潮防湿的需求 , 从源头上控制水分的引入。具体措施包括 :    

(1) 优选高纯度、低含水量的原料和制冷剂 , 确保其符合相关标准。    

(2) 选用优质的铜管、铝材等原材料 , 其表面应光洁 , 无油污、锈蚀。    

(3) 合理设计管路走向 , 减少死角、积液弯等易积水部位。    

(4) 选配高效的过滤除湿器 , 其容量和再生周期应与系统相匹配。    

(5) 采用氮封、真空包装等防潮包装措施 , 避免设备在运输、储存期间受潮。    

2、生产和施工阶段      
在制冷机组的生产制造和安装施工阶段 , 应严格按照防潮工艺规范进行作业 , 控制水分污染。主要措施有 :    

(1) 生产车间应配备除湿装置 , 将空气湿度控制在 30%RH 以下。    

(2) 原材料入库前 , 应进行除湿预处理 , 并单独存放于防潮区域。    

(3) 铜管、管件等部件应采用封闭流水线加工 , 减少与空气接触的时间。    

(4) 焊接等高温作业应在防护气氛中进行 , 避免材料高温氧化吸湿。    

(5) 系统装配应在洁净干燥的环境中进行 , 接口处应及时封堵。    

(6) 系统安装调试前 , 应进行氮气置换和真空脱水 , 确保系统洁净。    

3、运行和维护阶段     
在制冷机组的运行和日常维护阶段 , 应加强水分检测和去除 , 避免水分累积。主要措施包括 :    

(1) 定期检查制冷剂露点 , 发现超标及时处理。    

(2) 定期更换过滤除湿器芯 , 保证其性能稳定。    

(3) 每年进行一次系统真空脱水 , 去除深层水分。    

(4) 检修时应采用防潮布覆盖管口法兰 , 避免水分和灰尘进入。    

(5) 补充制冷剂应使用专用工具 , 防止空气混入。    

(6) 冷凝器、蒸发器等部件应定期清洗除垢 , 提高换热效率。    

(7) 发现湿度失控 , 应及时查找原因 , 采取针对性措施。