许林滔 郭吉林 卢 沛 毛天林 林 肯

(台州市特种设备监督检验中心)

单冻机热氨融霜液锤现象的成因分析与预防措施

许林滔*郭吉林 卢 沛 毛天林 林 肯

(台州市特种设备监督检验中心)

针对一起单冻机回气总管管帽脱落事故，对液锤现象的形成原因进行了分析，并提出了预防措施，为热氨融霜工艺的规范操作和改进提供一定的参考依据。

单冻机 热氨融霜 液锤 预防措施

氨气是一种具有强烈刺激和窒息性的气体，按现行国家标准GB 5044-1985的有关规定，氨属于Ⅳ级(轻度危害)的有毒物质[1]。由于氨具有易获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小及泄漏时易发现等优点，在冷库和制冰行业中普遍采用氨作为制冷剂，其在单冻机上的应用较为普遍。为了提高生产效率，多数企业采用融霜工艺去生除产过程中产生的霜和冰。

融霜是利用热、电、水及人工方式去除蒸发管表面霜冻的一种操作手段，热氨融霜是氨制冷企业比较常用的方法，其优点是效率快，但操作过程比较复杂，控制性差。目前热氨融霜主要靠操作人员凭经验操作，若操作不当，极易造成液锤现象，在一定程度上直接影响氨制冷系统的安全运行。笔者针对一起单冻机回气总管管帽脱落事故，对液锤现象的成因进行了分析，并提出了有效的预防措施。

1 事故教训

2013年8月31日，上海翁牌冷藏实业有限公司发生重大氨泄漏事故，造成15人死亡，7人重伤，事故造成直接经济损失数千万元。事故发生的直接原因是翁牌公司严重违规采用热氨融霜方式，导致发生液锤现象，使压力瞬间升高，从而使具有严重焊接缺陷的单冻机回气总管出现7次颤动和管帽脱落，造成重大的氨泄漏事故。冷库和单冻机在降温、融霜或停机时经常发生液锤现象，据不完全统计，在有单冻机并采用热氨融霜方式去除生产过程中产生的霜和冰的冷冻企业中，发生过数十起类似事故。

2 液锤现象成因分析

液锤现象是指在有压力的管道中，液体流速发生急剧变化所引起的局部压强大幅度波动的现象。融霜工艺流程如图1所示，来自压缩机排气端的过热氨气由回气调节站和热氨阀流入冲霜管后进入回气总管，然后分别进入各组的单冻机内对蒸发器管道内部进行加热，使管道外表面的结霜融化。此时氨气被液化，并和单冻机蒸发器内残余的液氨经供液总管流入排液桶或低压循环桶内。一般认为，单冻机回气总管是热氨融霜的进气管，融霜时属于压力源侧，该部分管内的氨是气

图1 融霜工艺流程

相存在的，难以形成液锤，即使有液锤形成，也应锤向液相方向。但分析报道过的数十起事故后发现，出现液锤的部位恰好是回气总管，且破坏部位基本在总管与封头的焊接处。

根据8.31事故的调查报告，单冻机热氨融霜操作前，抽氨时间少于10min，未能有效排除回气总管和单冻机蒸发器内的液氨；热氨融霜时热氨阀开启过快，使残留在回气总管内的液氨形成了液锤，这是造成此次事故的主要原因。但笔者认为形成液锤的液氨其来源途径主要有以下3条：

a. 由于单冻机蒸发器工作时的温度在-35～-45℃之间，饱和蒸汽压力在0.05～0.09MPa之间，热氨融霜操作前若抽氨不充分，残余液氨会集中在单冻机蒸发器管道内。热氨融霜操作时，先开启融霜回液阀，使回气总管与循环桶或排液桶相连，循环桶的压力在0.2～0.3MPa左右。单冻机蒸发器内的液氨在压差的作用下向回气总管流动，压力平衡到0.2MPa左右后，回气总管内气液相共存，甚至在热氨融霜管接入端的回气总管垂直管段内也存在液氨(图2)。当快速开启热氨冲霜阀时，热氨的压力约0.7MPa，而系统内的压力在0.2MPa左右，回气总管内的液氨在压差(Δp≈0.5MPa)作用下不断加速，动能越来越大；流到管端时，动能瞬间转变成压力能，有缺陷的封头焊接处不能承受巨大压力能的作用，这是造成封头脱落事故的主要原因之一。但此途径难以解释上海8.31事故中为何管帽脱落前会产生7次颤动。

b. 假如途径a所述的回气总管内的液氨在达到平衡压力0.2MPa左右后充分回流到蒸发器内，快速开启热氨融霜阀时，快速冲入的热氨气(约80℃)与回气总管内的冷氨气(约-40℃)混和凝结成液氨(约-30℃)，从而产生长为L的局部真空管段。真空管段在两端各自不同压力的作用下被填充，其中过冷氨气回填的真空段长度为L1，热氨回填的真空段长度为L2(图3)。在形成真空段和真空段被填满过程中，压差瞬时变化造成系统冲击颤动，这是上海8.31事故中管帽脱落前产生7次颤动的原因。在0.2MPa左右压力作用下，蒸发器管道内的真空管段被不断填充的同时，有相应体积的液氨通过虹吸向回气总管回流。通过反复作用，一定量的液氨进入回气总管，并在压差(Δp≈0.5MPa)作用下冲向回气总管管端，产生液锤现象，最终造成回气总管封头脱落事故。此途径能比较合理地解释上海8.31事故。

c. 热氨气与单冻机内的冷氨气混和凝结成液氨，在压差(Δp≈0.5MPa)作用下向回气总管流动，此时可能产生液锤现象。但是经过计算，φ159mm×100m的回气总管中的冷氨气加上φ57mm×50m的冲霜管中的热氨气的总重量约为2.5kg，并且是逐步集聚的，所以难以形成具有足够动能的液锤。因此，此途径在上海8.31事故的原因分析中不作考虑。

图2 热氨融霜过程中液氨变化示意图

图3 热氨融霜过程中真空段变化示意图

3 预防措施

综上所述可以发现，上海8.31事故中液氨来源由途径b产生，且热氨融霜产生液锤现象的条件是存在一定量的液氨和有一定的动力源(或压差)，因此在操作过程中控制好这两个条件就能有效减少事故发生的概率，其预防措施主要有以下3条：

a. 在时间允许的情况下，融霜方式尽量采用自然融霜或以水融霜作为辅助，如采用热氨融霜。

b. 缓慢开启融霜回液阀，系统与循环桶或排液桶达到压力平衡后，以更缓慢的速度开启热氨阀，控制热氨融霜的流速，从而有效避免液锤现象的产生。

c. 设计上取消回气总管，各蒸发器设置独立回气管；结构上采用弯头连接，避免端头；若仍用回气总管，其管端应采用封堵焊接结构(盲板比管口小，塞入管口，焊角焊缝)，但角焊缝应有足够的焊脚高度，并需对管口进行收口处理。

4 结束语

针对一起单冻机回气总管管帽脱落事故的产生原因进行了综合分析，发现液锤冲击是造成事故发生的主要原因。通过对液锤现象的产生机理进行分析，提出其有效的预防措施，为今后氨制冷行业的设计、安装和改造提供一定的参考依据。

[1] 黄劲松. 自动热氨融霜应注意的几个问题[J]. 冷藏技术，2006，(3)：39～41.

*许林滔，男，1967年7月生，高级工程师。浙江省台州市，318000。

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