談漁船用環(huán)保型制冷劑性能對比
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摘要：根據(jù)《國內海洋漁船法定檢驗技術規(guī)則》（2019）的規(guī)定，在2020年1月1日或以后建造的漁船禁用含氫化氯氟烴制冷裝置。這使得此前漁船制冷系統(tǒng)廣泛采用的制冷劑R22不能再使用，作為國內最大的漁船制造企業(yè)，黃海造船有限公司在尋找R22最好的替代產品方面做了很多的嘗試和研究，本文對R22的替代產品，目前船用制冷劑最廣泛使用的R404A和R507A的使用情況做一介紹。
關鍵詞：R22；替代；R404A；R507A混合制冷劑；漁船
1政策法規(guī)對全球環(huán)境和制冷劑行業(yè)的影響
制冷劑的發(fā)展共經歷了4個技術變革時期，初期產品為CFC（氟氯烷烴）類物質，這一代制冷劑內含有CFC-11（R11），CFC-12（R12）物質。第二代制冷劑的問世將HCFC（氫氟氯烴）所淘汰，HCFC-22（R22）是這一代制冷劑中人們比較熟悉的產品之一，并將其應用在了發(fā)泡、空調、冷凍等行業(yè)中。經歷第三代技術變革，出現(xiàn)了HFC（氫氟烴）制冷產品，具有代表性的產品為HFC-245fa（R245fa發(fā)泡劑）、HFC-134a（R134a）和HFC-410a（R410a），這些產品都有一個共同特點為ODP值為0。最為突出的優(yōu)點為具有環(huán)保性能，得到了整個行業(yè)的認可。經過不斷技術創(chuàng)新，第四代制冷劑使用了化學合成物質，但由于受設備限制，第四代制冷劑仍然處于不斷探索階段。本文介紹的制冷劑R404A和R507A是混合制冷劑，是由2種或2種以上第三代制冷劑組成的混合物。根據(jù)《蒙特利爾議定書》中對發(fā)達國家與發(fā)展中國家不同的發(fā)展階段制定的不同的淘汰時間表：其中前者于1996年開始凍結二代制冷劑（以R22為代表）的消費量，緩沖期為24年，到2020年完全停止使用第二代制冷劑；后者淘汰進程略慢于發(fā)達國家，將于2013年縮減生產和消費量，緩沖期17年，到2030年終止使用?，F(xiàn)階段我國在制冷劑方面的研究仍然處于發(fā)展階段，還未達到技術成熟時期。自2013年起，我國開始對第二代制冷劑的使用進行管理，2013年制冷劑產量為30萬噸左右，2015年制冷劑產量為27萬噸左右，今年產量為20萬噸左右，爭取2030年第二代制冷劑不再使用[1]。從第二代制冷劑限制政策的實施可以看出，我國嚴格遵守《蒙特利爾議定書》的承諾，制定出臺相關法律法規(guī)引導市場的發(fā)展，推動新型環(huán)保制冷劑開發(fā)工作的有序進行。在此大背景下，我國漁業(yè)船舶制冷行業(yè)加快淘汰第二代制冷劑，根據(jù)《國內海洋漁船法定檢驗技術規(guī)則》（2019）規(guī)定，在2020年1月1日或以后建造的漁船禁用含氫化氯氟烴（第二代制冷劑）制冷裝置，這比我國限定的淘汰進度提前了10年。而當前漁業(yè)船舶制冷裝置使用的制冷劑R22，替代方向主要是使用R404A和R507A制冷劑。
2行業(yè)發(fā)展中采取的措施及發(fā)現(xiàn)的問題
黃海造船有限公司作為省屬龍頭骨干企業(yè)，年可交付大洋性和過洋性漁船400余艘，設計及建造能力居國內首位。以下是我司在行業(yè)發(fā)展中采取的措施及發(fā)現(xiàn)的問題。作為一線設計人員，時刻關注國際最新的動態(tài)。我司最早在2008年開始接觸環(huán)保型制冷劑，前面說到發(fā)達國家淘汰時間要早于發(fā)展中國家，當時我司為安哥拉制造的一批出口漁船，按照歐洲法規(guī)標準制作，入級法國船級社（BV），制冷設備采用德國比澤爾產品，為滿足環(huán)保要求采用的就是歐洲普遍認同的第三代制冷劑R404A。近10多年來，隨著國內沿海漁業(yè)資源的匱乏，開始大批量建造大洋性和過洋性漁船，全世界所有大洋漁場基本都有中國漁船的身影。按照國際公約的法律法規(guī)，我司近年來一直在遠洋漁船上推廣使用環(huán)保型制冷劑R404A，船型有遠洋魷魚釣船，超低溫金槍釣船，燈光圍網船，運輸船等。船東既有大型國企——中國水產集團、廣遠漁業(yè)、上海蒂爾、山東漁業(yè)等，又有大型漁業(yè)集團——鑫發(fā)、福遠漁、青遠漁、榮遠漁、好當家、赤山、石島水產等，還有大量的個體船東等。新產品從開始到成熟至少需要10年時間，經過我司不斷的嘗試，跟蹤客戶，發(fā)現(xiàn)從R22改為R404A制冷劑存在以下問題：1）由于制冷劑R404A的飽和壓力比R22高，所以系統(tǒng)中壓力容器設計壓力提高，蒸發(fā)器壁厚增加。設備重量增加，載貨量減少，經濟效益降低。2）R404A是非共沸混合制冷劑，非共沸混合物的成分濃度隨著系統(tǒng)溫度、壓力的變化而變化，這對制冷系統(tǒng)的生產、調試以及后期維修都帶來一定的困難，對系統(tǒng)熱傳導性能也會產生一定的影響，船舶運營一段時間后，制冷系統(tǒng)在焊口，閥口等位置容易泄露，制冷劑泄漏后，其組成成分便發(fā)生了變化，機組軸功率不變的情況下，制冷量變小，凍結能力下降[2]。只有系統(tǒng)制冷劑全部排空置換，這樣才能保證各混合組分的比例，也才能達到最初的設計制冷效果，這也是眾多船東反應最多的問題。3）由于R404A制冷劑及冷凍機油本身與水的相溶性很好，因此制冷系統(tǒng)對殘留物質、水分、清潔度的要求與R22制冷劑相比有了明顯改善效果，R404A系統(tǒng)水分控制和雜質控制是一項比較重要的指標，建造初期就需要對各個環(huán)節(jié)嚴格把關，惰性氣體氣爆法吹臟，焊口的處理保護，抽真空保壓試驗都需要大量的人力物力。因為施工質量問題和操作人員的水平參差不齊，系統(tǒng)冰堵，泄放時雜質劃傷閥門時有發(fā)生。
3解決方案
發(fā)現(xiàn)問題解決問題，針對以上問題，一直積極研究探索解決方案，如何能在法規(guī)規(guī)定的前提下找到一種更適合船用的制冷劑，終于發(fā)現(xiàn)R507A的綜合性能略好于R404A。表1是2種制冷劑各項性能指標的比對。通過表1的數(shù)據(jù)可以看出：1）R507A作為共沸制冷劑具有很多純質制冷劑所不具有的特性。①在一定的蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時，具有幾乎不變的蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)溫度要比單一的純質制冷劑要低。②在一定的蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑的單位容量制冷量要比組成它的單一制冷劑要高。③化學穩(wěn)定性要好。④在封閉式制冷壓縮機中能更好的冷卻電動機，電動機繞組溫升減小。2）采用同樣的壓縮機組，R507A的制冷量比R404A的制冷量大3%。3）無論在含有潤滑油還是不含潤滑油的工況下，R507A的換熱性能均比R404A好。R507A的綜合性能略好于R404A，價格相差不大。4）以目前的法規(guī)，對這2種制冷劑的使用時間無限制。
4結語
目前本公司在建的漁船（今年預計交付70條船）的制冷系統(tǒng)，基本采用R507A制冷劑。國內對于環(huán)保型制冷劑的研發(fā)及使用步伐不斷加快，隨著科技的日益發(fā)展第四代環(huán)保制冷劑也逐步出現(xiàn)在制冷市場，其產品已進入日常生產生活。R404A和R507A制冷劑是當前的主流環(huán)保制冷劑，其都作為R22的替代品，把具體在使用中出現(xiàn)的問題做一總結，希望給同行做一參考。
參考文獻：
[1]劉玉川,張旭,郭晟江.NH_3制冷劑在國內遠洋漁船上應用的可行性研究[J].船舶設計通訊,2017,(01):79-82.
[2]趙新穎,黃文超,朱陳程.我國漁船用制冷劑替代分析[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2013,40(05):69-74.
作者：賈廣偉 單位：黃海造船有限公司