谈渔船用环保型制冷剂性能对比

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摘要：根据《国内海洋渔船法定检验技术规则》（2019）的规定，在2020年1月1日或以后建造的渔船禁用含氢化氯氟烃制冷装置。这使得此前渔船制冷系统广泛采用的制冷剂R22不能再使用，作为国内最大的渔船制造企业，黄海造船有限公司在寻找R22最好的替代产品方面做了很多的尝试和研究，本文对R22的替代产品，目前船用制冷剂最广泛使用的R404A和R507A的使用情况做一介绍。

关键词：R22；替代；R404A；R507A混合制冷剂；渔船

1政策法规对全球环境和制冷剂行业的影响

制冷剂的发展共经历了4个技术变革时期，初期产品为CFC（氟氯烷烃）类物质，这一代制冷剂内含有CFC-11（R11），CFC-12（R12）物质。第二代制冷剂的问世将HCFC（氢氟氯烃）所淘汰，HCFC-22（R22）是这一代制冷剂中人们比较熟悉的产品之一，并将其应用在了发泡、空调、冷冻等行业中。经历第三代技术变革，出现了HFC（氢氟烃）制冷产品，具有代表性的产品为HFC-245fa（R245fa发泡剂）、HFC-134a（R134a）和HFC-410a（R410a），这些产品都有一个共同特点为ODP值为0。最为突出的优点为具有环保性能，得到了整个行业的认可。经过不断技术创新，第四代制冷剂使用了化学合成物质，但由于受设备限制，第四代制冷剂仍然处于不断探索阶段。本文介绍的制冷剂R404A和R507A是混合制冷剂，是由2种或2种以上第三代制冷剂组成的混合物。根据《蒙特利尔议定书》中对发达国家与发展中国家不同的发展阶段制定的不同的淘汰时间表：其中前者于1996年开始冻结二代制冷剂（以R22为代表）的消费量，缓冲期为24年，到2020年完全停止使用第二代制冷剂；后者淘汰进程略慢于发达国家，将于2013年缩减生产和消费量，缓冲期17年，到2030年终止使用。现阶段我国在制冷剂方面的研究仍然处于发展阶段，还未达到技术成熟时期。自2013年起，我国开始对第二代制冷剂的使用进行管理，2013年制冷剂产量为30万吨左右，2015年制冷剂产量为27万吨左右，今年产量为20万吨左右，争取2030年第二代制冷剂不再使用[1]。从第二代制冷剂限制政策的实施可以看出，我国严格遵守《蒙特利尔议定书》的承诺，制定出台相关法律法规引导市场的发展，推动新型环保制冷剂开发工作的有序进行。在此大背景下，我国渔业船舶制冷行业加快淘汰第二代制冷剂，根据《国内海洋渔船法定检验技术规则》（2019）规定，在2020年1月1日或以后建造的渔船禁用含氢化氯氟烃（第二代制冷剂）制冷装置，这比我国限定的淘汰进度提前了10年。而当前渔业船舶制冷装置使用的制冷剂R22，替代方向主要是使用R404A和R507A制冷剂。

2行业发展中采取的措施及发现的问题

黄海造船有限公司作为省属龙头骨干企业，年可交付大洋性和过洋性渔船400余艘，设计及建造能力居国内首位。以下是我司在行业发展中采取的措施及发现的问题。作为一线设计人员，时刻关注国际最新的动态。我司最早在2008年开始接触环保型制冷剂，前面说到发达国家淘汰时间要早于发展中国家，当时我司为安哥拉制造的一批出口渔船，按照欧洲法规标准制作，入级法国船级社（BV），制冷设备采用德国比泽尔产品，为满足环保要求采用的就是欧洲普遍认同的第三代制冷剂R404A。近10多年来，随着国内沿海渔业资源的匮乏，开始大批量建造大洋性和过洋性渔船，全世界所有大洋渔场基本都有中国渔船的身影。按照国际公约的法律法规，我司近年来一直在远洋渔船上推广使用环保型制冷剂R404A，船型有远洋鱿鱼钓船，超低温金枪钓船，灯光围网船，运输船等。船东既有大型国企——中国水产集团、广远渔业、上海蒂尔、山东渔业等，又有大型渔业集团——鑫发、福远渔、青远渔、荣远渔、好当家、赤山、石岛水产等，还有大量的个体船东等。新产品从开始到成熟至少需要10年时间，经过我司不断的尝试，跟踪客户，发现从R22改为R404A制冷剂存在以下问题：1）由于制冷剂R404A的饱和压力比R22高，所以系统中压力容器设计压力提高，蒸发器壁厚增加。设备重量增加，载货量减少，经济效益降低。2）R404A是非共沸混合制冷剂，非共沸混合物的成分浓度随着系统温度、压力的变化而变化，这对制冷系统的生产、调试以及后期维修都带来一定的困难，对系统热传导性能也会产生一定的影响，船舶运营一段时间后，制冷系统在焊口，阀口等位置容易泄露，制冷剂泄漏后，其组成成分便发生了变化，机组轴功率不变的情况下，制冷量变小，冻结能力下降[2]。只有系统制冷剂全部排空置换，这样才能保证各混合组分的比例，也才能达到最初的设计制冷效果，这也是众多船东反应最多的问题。3）由于R404A制冷剂及冷冻机油本身与水的相溶性很好，因此制冷系统对残留物质、水分、清洁度的要求与R22制冷剂相比有了明显改善效果，R404A系统水分控制和杂质控制是一项比较重要的指标，建造初期就需要对各个环节严格把关，惰性气体气爆法吹脏，焊口的处理保护，抽真空保压试验都需要大量的人力物力。因为施工质量问题和操作人员的水平参差不齐，系统冰堵，泄放时杂质划伤阀门时有发生。

3解决方案

发现问题解决问题，针对以上问题，一直积极研究探索解决方案，如何能在法规规定的前提下找到一种更适合船用的制冷剂，终于发现R507A的综合性能略好于R404A。表1是2种制冷剂各项性能指标的比对。通过表1的数据可以看出：1）R507A作为共沸制冷剂具有很多纯质制冷剂所不具有的特性。①在一定的蒸发压力下蒸发时，具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度要比单一的纯质制冷剂要低。②在一定的蒸发温度下，共沸制冷剂的单位容量制冷量要比组成它的单一制冷剂要高。③化学稳定性要好。④在封闭式制冷压缩机中能更好的冷却电动机，电动机绕组温升减小。2）采用同样的压缩机组，R507A的制冷量比R404A的制冷量大3%。3）无论在含有润滑油还是不含润滑油的工况下，R507A的换热性能均比R404A好。R507A的综合性能略好于R404A，价格相差不大。4）以目前的法规，对这2种制冷剂的使用时间无限制。

4结语

目前本公司在建的渔船（今年预计交付70条船）的制冷系统，基本采用R507A制冷剂。国内对于环保型制冷剂的研发及使用步伐不断加快，随着科技的日益发展第四代环保制冷剂也逐步出现在制冷市场，其产品已进入日常生产生活。R404A和R507A制冷剂是当前的主流环保制冷剂，其都作为R22的替代品，把具体在使用中出现的问题做一总结，希望给同行做一参考。

参考文献：

[1]刘玉川,张旭,郭晟江.NH_3制冷剂在国内远洋渔船上应用的可行性研究[J].船舶设计通讯,2017,(01):79-82.

[2]赵新颖,黄文超,朱陈程.我国渔船用制冷剂替代分析[J].渔业现代化,2013,40(05):69-74.

作者：贾广伟 单位：黄海造船有限公司