氨制冷系統(tǒng)中冷凍油的分離和回收綜述
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論文導(dǎo)讀：在氨機(jī)運(yùn)行操作中，冷凍機(jī)油的回收和再生是重要的工作內(nèi)容。熟知油氨分離原理，掌握正確的放油操作和油的再生處理是運(yùn)行人員必須掌握的從業(yè)技能。也是滿足生產(chǎn)的需要，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。
關(guān)鍵詞：油氨分離，放油操作再生處理
氨作為一種天然且廉價(jià)的制冷劑，由于其具有良好的環(huán)境性能和熱力學(xué)性能，在制冷技術(shù)的發(fā)展中，一直起著重要的作用。氨與氟利昂等其他冷劑相比，有毒性亦有爆炸性。論文發(fā)表，油氨分離。使得氨在作為制冷劑使用時(shí)，應(yīng)用場合受到了限制。氨制冷技術(shù)長期以來主要應(yīng)用于食品冷凍冷藏、較大規(guī)模的工業(yè)制冷等領(lǐng)域。隨著氟利昂冷劑產(chǎn)生溫室效應(yīng)和臭氧層破壞問題的顯現(xiàn)，氨冷劑重新被人們評估和研究應(yīng)用。氨制冷系統(tǒng)中，潤滑油起著對壓縮機(jī)運(yùn)動部件潤滑的作用，由于潤滑油與氨不溶，潤滑油過多進(jìn)入制冷系統(tǒng)后使得熱交換量減少，制冷效果變差。本文從潤滑油分離與回收的設(shè)備和原理兩方面著手闡述其工作過程和操作注意事項(xiàng)。
1 氨制冷劑的主要特點(diǎn)
1.1氨制冷劑具有良好的熱力學(xué)性能
氨是應(yīng)用最廣泛的中溫制冷劑。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.35℃，臨界溫度和臨界壓力分別是132.3℃和11.33MPa，蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中。氨汽化潛熱大（-15℃時(shí)的汽化潛熱是R22的6.4倍），單位容積制冷量大，獲得相同的冷量，與氟利昂比較氨制冷系統(tǒng)可以選用較小尺寸的壓縮機(jī)和換熱器，功率消耗也較小。氨在低溫下能以任何比例與水互溶，但幾乎不溶于冷凍機(jī)油。論文發(fā)表，油氨分離。
1.2氨制冷劑具有良好的環(huán)境性能
氨對大氣臭氧層無破壞作用，消耗臭氧潛能值ODP=0。
盡管大氣中的氨能吸收紅外輻射，但因其大氣壽命較短，在吸收的輻射熱量不足以對環(huán)境造成影響下，氨分子即已經(jīng)分解，因此，氨溫室效應(yīng)潛能值GWP=0。
氨被大氣中水汽吸收后，可以抵制酸雨的形成。進(jìn)入土壤的氨，可以作為農(nóng)作物氮肥的來源。
1.3氨制冷劑存在的缺點(diǎn)
氨有毒、有強(qiáng)烈刺激性氣味。與空氣混合物體積濃度達(dá)16%~25%時(shí)，遇明火可發(fā)生爆炸。
氨的絕熱指數(shù)較大（K=1.4），在蒸發(fā)溫度較低，冷凝溫度較高時(shí)壓縮機(jī)的排氣溫度較高，為保證潤滑油的正常潤滑作用，須采取相應(yīng)的冷卻措施。
當(dāng)氨中含有水分時(shí)，對鋅、銅、銅合金（磷青銅除外）有腐蝕作用。因此在氨制冷系統(tǒng)中的設(shè)備、管道、閥門、儀表等避免出現(xiàn)上述材料。
2油氨分離
在制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)排出的制冷劑蒸汽溫度可達(dá)90℃~140℃，使得積聚在汽缸壁上的潤滑油部分汽化成油蒸汽。這些油蒸汽和小油滴被高速的排氣帶出壓縮機(jī)而進(jìn)入制冷系統(tǒng)，在冷凝器和蒸發(fā)器的傳熱面上形成油膜，并沉積在其底部，從而降低了它們的傳熱系數(shù)和減少了有效的傳熱面積，使得冷凝溫度上升，蒸發(fā)溫度下降，制冷能力降低，系統(tǒng)不能正常工作。因此在壓縮機(jī)排氣之后，冷凝器之前，設(shè)置油分離器，將排氣中的制冷劑中的潤滑油大部分分離出來，并送回壓縮機(jī)。
對于氨制冷系統(tǒng)，由壓縮機(jī)排氣帶出并進(jìn)入制冷系統(tǒng)的潤滑油，隨排氣溫度的上升而急劇增多。潤滑油的蒸發(fā)率與氨蒸氣溫度的對應(yīng)關(guān)系如下：排氣溫度80℃，油的蒸發(fā)率是3.31%；排氣溫度100℃，油的蒸發(fā)率是7.68%；排氣溫度120℃，油的蒸發(fā)率是16.03%；排氣溫度140℃，油的蒸發(fā)率是34.68%。適合于氨系統(tǒng)中油分離的設(shè)備種類有洗滌時(shí)油分離器、填料式油分離器和離心式油分離器。
2.1洗滌式油分離器
洗滌式油分離器適用于氨制冷系統(tǒng)，桶體是由鋼板卷制焊接，兩端焊有鋼板壓制的橢圓形封頭。上部封頭中心部位為進(jìn)氣管，伸入桶內(nèi)，沉浸在桶下部的氨液中。進(jìn)氣管下端焊接有底板，下端四周開有平衡孔，避免氨氣沖擊攪動桶底沉淀的潤滑油。進(jìn)氣管中下部（位于液面以上部位）開設(shè)有平衡孔，進(jìn)氣管上部裝設(shè)多孔傘形隔板。桶體下部側(cè)面設(shè)有放油管接頭，與集油器連接。側(cè)面稍高處設(shè)有進(jìn)氨液管接頭。傘形隔板之上的桶體側(cè)面有出氣管接頭。
洗滌式油分離器用來把壓縮機(jī)排出的氨氣經(jīng)液氨洗滌，油蒸汽溫度降低凝結(jié)成油滴沉積于桶底，含油蒸汽經(jīng)過直徑較大的容器，降低其流速和改變其流動方向，器內(nèi)的傘形孔板也可以使油進(jìn)一步分離。油分效率大約80%~85%。
選擇洗滌式油分離器時(shí)，根據(jù)桶體內(nèi)要求的蒸汽速度和流量的連續(xù)性計(jì)算出桶徑的大小。對于洗滌式油分離器，桶體內(nèi)要求的蒸汽速度為0.8~1m/s。
安裝洗滌式油分離器時(shí)，安裝位置靠在冷凝器的地方。進(jìn)液管一般來自總調(diào)節(jié)站或冷凝器，為了保證油分離器內(nèi)氨液充足，一般要求油分離器進(jìn)液管比冷凝器出液口位置低200~250mm。論文發(fā)表，油氨分離。
2.2離心式油分離器
離心式油分離器的油分離效果很好，適用于大中型的制冷系統(tǒng)。壓縮機(jī)的排氣經(jīng)油分離器進(jìn)氣管沿著切線方向進(jìn)入桶內(nèi)，順著導(dǎo)流葉片高速旋轉(zhuǎn)自上而下流動，借助離心力的作用將排氣中密度較大的油滴甩出，沿壁流下沉淀在桶底部。氨蒸氣經(jīng)桶體中心的出氣管內(nèi)多孔板引出。存積在底部的油可定期排放，也可由底部浮球閥自動回油到壓縮機(jī)曲軸箱或排出至集油器。有些離心式油分器，還加有冷卻水套，以提高油分效果，并減少對操作人員的燙傷危險(xiǎn)。
2.3填料式油分離器
填料式油分離器適用于中小型制冷裝置中，根據(jù)冷劑的種類分為氟用填料式油分器和氨用填料式油分器。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分為臥式填料油分器和立式填料油分器。
填料式油分離器在鋼板卷焊而成的筒體內(nèi)裝設(shè)填料層，填料層上下用二塊多孔鋼板固定。填料可以是陶瓷杯，金屬切屑或金屬絲網(wǎng)，以金屬絲網(wǎng)效果最佳。當(dāng)帶油的制冷劑蒸氣進(jìn)入筒體內(nèi)降低流速后，先通過填料吸附油霧，沿傘形板擴(kuò)展方向順筒壁而下，然后改變流向從中心管返回頂腔排出。分離出的油沉積在它的底部，再經(jīng)過浮球閥或手動閥排回壓縮機(jī)曲軸箱。
綜上所述，填料式油分離器的分油機(jī)理是依降低流速、填料吸附及改變氣流方向來實(shí)現(xiàn)的，其中以填料層的吸附作用為主。與洗滌式油分離器相比，填料式油分離器的分油效率較高，可達(dá)95％，安裝位置較緊湊且對安裝位置及安裝高度沒有嚴(yán)格的要求，可以多臺壓縮機(jī)共同用一臺油分離器，故填料式油分離器現(xiàn)已廣泛用于氨制冷系統(tǒng)中。但填料式油分離器對氣流的阻力較大，要求筒內(nèi)制冷劑蒸氣的流速不大于 0.5m/s。論文發(fā)表，油氨分離。此外填料式油分離器的金屬絲網(wǎng)一般采用不銹鋼絲網(wǎng)，價(jià)格較貴。
3、潤滑油的回收處理
3.1潤滑油的回收
集油器是將系統(tǒng)中的油集中回收的容器。它是用鋼板焊制的立式圓柱形容器，其頂部設(shè)有回汽管接頭，用作回收氨汽的出口和降低筒內(nèi)的壓力。筒體上側(cè)部設(shè)有進(jìn)油管接頭，它與其它容器的放油管相連接，各容器中的油由此進(jìn)入集油器。筒體的下側(cè)設(shè)有放油管，以便在氨回收后將油從筒內(nèi)放出。此外，為了便于操作管理，在殼體上還裝有壓力表和玻璃板液面指示器，通常集油器的進(jìn)油量不易超過其容積的70％。在放油前，為了加速油中氨液的蒸發(fā)，更好地回收制冷劑，常采取在集油器頂部用水淋澆加熱的措施。放油時(shí)只允許各設(shè)備逐一進(jìn)行，避免壓力不同的設(shè)備互相串通。
3.2集油器的操作
在氨制冷系統(tǒng)中，如果從油分離器、高壓貯液器、冷凝器等壓力較高的容器中直接放油，對操作人員是很不安全的。另外，在這些容器中氨液也較多，為了保證操作人員的安全并減少氨液的損失，應(yīng)將系統(tǒng)中各有關(guān)容器的油先排至集油器，再在低壓下將油從集油器排出。如發(fā)現(xiàn)設(shè)備放油接口處發(fā)潮或有結(jié)霜現(xiàn)象時(shí)，說明有氨液放出，應(yīng)立即關(guān)閉放油閥。論文發(fā)表，油氨分離。
具體放油操作如下：先開啟集油器上的減壓閥，使集油器內(nèi)處于低壓狀態(tài)，然后關(guān)閉減壓閥。再開啟有關(guān)設(shè)備的放油閥與集油器的進(jìn)油閥，收集各設(shè)備的積油。收集完成，關(guān)閉進(jìn)油閥，逐漸開啟集油器上的減壓閥，使油內(nèi)夾雜的氨液蒸發(fā)。當(dāng)集油器內(nèi)壓力接近回氣壓力時(shí)，關(guān)閉減壓閥。靜止20分鐘，若集油器壓力表指針有顯著上升，應(yīng)重新開啟減壓閥。論文發(fā)表，油氨分離。直到壓力不再上升為止。然后再開啟放油閥，待油放凈后，再關(guān)閉放油閥。放油時(shí)，操作人員應(yīng)戴上橡皮手套，站在放油管的上風(fēng)側(cè)操作，不得離開操作地點(diǎn)。
3.3潤滑油的油質(zhì)要求
潤滑油在制冷系統(tǒng)起著極其重要的作用：對制冷機(jī)械的運(yùn)動摩擦部件既起到了潤滑的作用，也帶走了壓縮機(jī)工作過程中產(chǎn)生的摩擦熱量，同時(shí)還可以降低排氣溫度，提高制冷設(shè)備的工作效率；潤滑油充滿油封及汽缸和活塞間隙以阻止制冷劑泄露和高低壓串氣，起到了密封作用；對于具有能量調(diào)節(jié)的壓縮機(jī)采用潤滑油油壓的變化調(diào)節(jié)卸載機(jī)構(gòu)，潤滑油在此起到了動力的作用。此外，潤滑油還可以帶走系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)和磨屑。
氨制冷系統(tǒng)中，油氨不互溶。潤滑油隨著冷劑進(jìn)入系統(tǒng)，使得壓縮機(jī)缺油。因此需要將分離出的潤滑油和設(shè)備中積存的潤滑油回收、處理后再送回壓縮機(jī)中。潤滑油從油分離器、高壓貯液器、低壓循環(huán)貯液桶等設(shè)備的放油管接出，通過集油器放油。
氨系統(tǒng)常用46#冷凍機(jī)油。其特性：（40℃時(shí)）運(yùn)動黏度41.4~50.6mm2·s-1，凝固點(diǎn)不高于-40℃，閃點(diǎn)不低于170℃，水分：無，機(jī)械雜質(zhì)：無；灰分不大于0.01%。
3.4二次油的再生處理
從系統(tǒng)中排出的潤滑油（以下簡稱二次油），含有氨和少量的水分，極少量的機(jī)械雜質(zhì)。冷凍油中含水，會和氨混合加劇油的化學(xué)變化，使冷凍油變質(zhì)，而且會腐蝕金屬；冷凍油中含有機(jī)械雜質(zhì)會加劇運(yùn)動部件摩擦面的磨損，堵塞油過濾器。冷凍機(jī)油在高溫和金屬的催化作用下，與墊片、制冷工質(zhì)、水和空氣等相接觸，會引起分解、聚合和氧化等反應(yīng)，生成瀝青狀炭化結(jié)焦物。這些物質(zhì)能破壞氣閥的氣密性能，進(jìn)入管路系統(tǒng)后堵塞過濾器和膨脹閥。因此，對潤滑油的再生處理就是要將二次油中的水分、機(jī)械雜質(zhì)除去，也不能含有炭化結(jié)焦物。具體的處理方法如下：
將二次油注入錐底容器加熱至80℃~90℃（溫度過高直至沸騰，易炭化結(jié)焦），保溫12小時(shí)，將氨和部分水分蒸發(fā)，冷卻至常溫，靜置1~2天，使油內(nèi)的機(jī)械雜質(zhì)和水分沉積在底部，從錐底容器底部排除污油。將沉淀好的油用油泵打入濾油桶，用120目的尼龍過濾布過濾第一遍，再經(jīng)壓力過濾機(jī)過濾第二遍后，經(jīng)抽樣檢測，油色呈黃淺，無怪味，手感稍有粘性為正常油。二次油再生處理后，打入油桶可再次使用，降低了制冷設(shè)備運(yùn)行的成本。
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