R290可燃冷媒在产线中的安全与环境控制

黄升宇

（ 中国质量认证中心上海分中心，上海 230051 ）

R290可燃冷媒在产线中的安全与环境控制

黄升宇

（ 中国质量认证中心上海分中心，上海 230051 ）

阐述目前国内R290可燃冷媒空调生产线的安全和关注要求，针对新型可燃冷媒的生产环境进行分析，提出了生产线设计理念和环境控制要求，给出了控制产品安全生产的一些建议。

R290；可燃制冷剂；安全；环境控制

0 引言

R290可燃冷媒是一种新型环保制冷剂。制冷剂是制冷机中完成热力循环的工作物质，可在低温下吸取被冷却物体的热量，较高温度下转移给冷却水或空气。笔者作为中国质量认证中心家用及类似用途电器产品强制性认证和节能环保认证工厂检查员，自1992年开始接触制冷系统工作，2006年伊始从事制冷制热类产品工厂的现场审核工作。在近期的工作中发现，新型制冷剂的应用和生产环节存在一些问题，直接影响了其市场应用和发展。现就这些问题进行阐述和剖析，旨在对大型生产企业在新型制冷剂应用上的可行性论证，降低产品的生产风险和认证风险。

1 概述

在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物），共沸混合工质（由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等。随着1988年9月22日“维也纳公约”正式生效，氢氟碳族（HFC族）开始担当制冷剂的主要角色。氢氯氟碳族（HCFC族）作为过渡方案继续使用并将逐渐淘汰。至2010年，发达国家的低端制冷剂（如R22等空调系统常用制冷剂）产能已基本关停，发达国家不再使用R22等制冷剂，但R22等制冷剂作为下游含氟聚合物的主要原料，其需求依然存在。发展中国家对R22等制冷剂完全淘汰期在2030年。中国于1989年9月11日加入该公约，同年12月10日，该公约对中国生效。现市场空调产品主流制冷剂采用R410A替代R22，虽然对臭氧层的破坏为零，但其产生的温室气体效应甚至还部分超过了R22。因此，R410A并不是中国空调业最终的环保制冷剂解决方案，对新型制冷剂性质要求的需求就不容忽视。

2 现状

2014年4月29日，国家环保部公布关于R290空调补贴办法。该办法根据房间空调器行业HCFC淘汰管理计划实施方案制定，利用行业计划中的增加运行费用（IOC）对企业前期的R290空调器生产进行补贴。

目前市场上销售的空调产品多采用R22和R410A两种制冷剂，R290制冷剂则被业内公认为最具发展潜力的新冷媒，完全满足国际淘汰臭氧层消耗物质及减排温室气体的要求。根据中国政府与蒙特利尔议定书多边基金执委会的协议，房间空调器行业在2015年前已完成R22淘汰任务共计10430 t，并完成至少18条R290生产线的改造，同时实现R290空调器的量产和市场化推广。为减少企业在R290空调器市场化推广过程中的阻力，环保部表示对R290空调器的生产和销售进行补贴。根据生产成本，确定补助单价为分体式空调器300元/台，窗式空调器125元/台，除湿机和移动式空调器120元/台。同时公布的补贴名单中包括格力、美的、海尔、科龙等企业入围。

在使用体验上，R290新冷媒空调与普通变频空调相比并无明显差别，而使用R290可燃制冷剂售价约高出后者30%，这部分价格差如何弥补显然直接影响企业推广R290空调的积极性。据悉部分国内空调业龙头企业的R290可燃制冷剂示范线正式获得验收，另有多家企业同环保部对外合作中心签订了改造R290空调生产线的协议，主流空调企业都在关注R290可燃制冷剂产品这个新导向。由此可见，设计和建造安全和高效的R290可燃制冷剂空调产品的系列生产线显得尤为重要。

3 技术要点

3.1 特性

R290制冷剂，也称丙烷（propane），化学式CH3CH2CH3。R290是一种自然界中存在的物质，是一种可以从液化气中直接获得的天然碳氢制冷剂，属于碳氢制冷剂，分子中只含有碳和氢，不含氯和氟，对臭氧层无伤害，破坏臭氧潜能值(ODP)为零，全球变暖系数(GWP)极低(约3.3)，几乎不产生温室效应，具有环保、高效双重特性，是制冷剂方面可考虑长远性的替代物质。从环保角度而言，全球几乎所有国家对于R290制冷剂在新制冷设备上的初装，以及售后维修过程中的使用均没有限制。R-290物化性质见表1。

3.2 点火源

点火源是指能够点燃周围可燃性物质的点燃源，例如明火、火花，电弧、高温表面等。空调产品的生产和运行均可能产生明火、火花、电弧及高温。对于R290制冷剂，其高温是指370℃以上。

3.3 元器件

空调中的电气元件通常额定电压为220 V或380 V，在正常运行或在故障情况下如能产生电火花或高温，则具有点燃的能力。可能成为点火源的部件是：接触器、继电器（非固态）、带电刷的电机、和玻璃型熔断体等。

3.4 认证

GB 4706.32-2012《家用及类似用途电器的安全——热泵、空调器和除湿机的特殊要求》中增加了“附录CC使用可燃制冷剂器具的运输、标识和储存”，已得到相关认证机构的关注并在认证审核中增加了风险评估的要求，其中也包含了对于产品生产线的风险评估要求，这对于此类产品的规范生产的发展进行了推进。

4 安全要求

R290可燃制冷剂易燃易爆，应用于空调产品冷媒，其生产线的安全要求就不能以常规空调生产线的思路来考量。其运行的主要环节包括：

1）生产装配车间位置选择

空调生产企业一般会考量利用原有生产线或者原有厂房进行改造以组建新的R290可燃制冷剂生产车间，但笔者认为鉴于R290制冷剂的易燃易爆特性，按照危险场所危险性划分属于在正常情况下爆炸性气体混合物连续或长时间存在的场所。较佳的方案是单独选址建造厂房，不宜与其他空调生产线混合设置在同一厂区。可参照危险品工厂的选址要求，远离居民区或其他人口稠密的地区和繁忙的公路。为避免易燃气体或液体的积聚引发火灾及爆炸危险，厂区内不应有洼地。工厂附近应有河流或湖泊或具备较充沛的供水系统以用作消防水源。包括各类管线、公路、电力线路敷设权的内容，综合评定其对工厂存在的或潜在的危险，择优确定较佳的方案。

2）R290可燃制冷剂储存站设置

大型空调制造企业不可避免需要建立冷媒供应系统。不同于常规冷媒供应站可建于生产车间旁侧，R290可燃制冷剂的供应站应该在厂区内单独设置，选址要求建于参照燃气站的管理模式：可燃制冷剂的供应站址的设置应符合所在地市、县(市)有关燃气供应布局规划；有符合标准的消防、安全保护等设施；有防泄漏、防火、防爆安全管理制度以及安全操作规程和岗位责任制度；应建立安全检查、维修维护、事故抢修等制度，健全R290冷媒安全供应保障体系。对操作人员进行安全指导。整个冷媒供应系统应设置醒目的禁火标志，并按规定配备必要的消防设施和消防人员，定时进行巡回检查。整个供应体系应当经燃气行政主管部门批准，并在质量技术监督部门办理压力容器安全注册。R290供应单位和液化气供应站点使用的储罐、槽车等压力容器设备，应当符合安全技术规范要求，在投入使用前或者投入使用后30日内向市质量技术监督部门登记，并按规定使用登记标志，维护好相关操作人员的资质。

3）空调产品装配、充注制冷剂流程

空调产品的装配环节，以常规分体式空调器为例，室外机组是在生产过程中的冷媒接触载体。建议工厂设计时针对冷凝器、四通阀和压缩机等系统管路焊接明火接触的环节独立另行设置，区别于常规空调器生产线焊接流程被组合在一个生产流水线内，原因在于此设置可最大限度避免动火区域对应R290可燃制冷剂使用环节的接触。因为R290冷媒泄漏可能造成的严重后果，使得整个空调制冷系统的检漏就显得尤为关键，如条件许可，在常规卤素检漏之后可增设氦质谱检漏环节，增加系统可靠性。R290可燃制冷剂比空气重（大约是空气的1.5倍左右）。在自然的状态下，R290可燃制冷剂会下落并积聚在地表附近。如生产中一旦发生泄露情具有较大的危险性。笔者建议整个生产线均至少采用隔爆型或增安型防爆设备。流水线电机、真空泵、运转位置开关、急停按钮，商检控制台，配电控制类电气箱和通风、照明系统等均不能遗漏，任何一个环节非防爆装置的运行在发生泄露情况时都可能是致命的。在实际应用中，有部分企业将常规生产线改建并增设R290泄漏传感器和下强制排风设备运作以对应可能发生的R290可燃制冷剂泄漏，采取被动防护的方式，笔者认为这或不是最佳方案；设定各环节安全运转的主动防护应该是较好的防泄漏预设措施。另外，制冷剂的充注环节也是非常重要的，常规自封接口采用金属件组成，在与自动充注机连接和扩扣时均会产生微量泄露，金属件互相撞击也可能存在安全隐患。建议对充注设备进行特别设计，自封接口选用四氟乙烯等材质，充注后能利用强排风装置迅速置换充注点的空气，杜绝不安全因素。由于R290可燃制冷剂产品生产线的特殊性，产线的管理和操作人员也必须是经过专业培训的人员，具备可燃制冷剂防泄漏、防火、防爆安全操作能力，也有发生意外泄漏时的相关紧急消防处置和安全疏散知识。

4）制冷系统商检

空调产品在完成装配和制冷剂充注工序后，进入商检阶段，但这并不是一个可以掉以轻心的环节。商检通常是在一个相对的独立环境内完成的，在商检过程中，空调系统会运行启动，产品自带的接触器和继电器等电器元件都进入工作状态，从现在的空调产品设计技术看，这些电器产品现可见产品尚未采用防爆元件或单独对产品进行隔爆防爆处理，因此商检系统的运转空间的强制排风系统应该得以完善，运转过程中对环境中R290可燃制冷剂泄漏浓度需严密监控，有任何异常情况时都能自动切断系统的运作。特别是电气安全检验流程，由于当前市场尚无防爆电气安全检验设备供应，除工厂自行进行检验设备隔爆型防爆安全外壳的途径以外，也可考虑将此环节移出生产车间，在其他单独空间内再行检测。

5）生产线输配电、照明、压缩空气源和电动辅助工具等装置的安全

产品生产线的总输配电系统，考虑到在车间内建立单独的防爆配电柜和控制装置代价过高，建议单独设立于车间外完全隔离的空间。在车间内的分路控制单元仍以配置具备防爆能力的设施为佳。生产照明系统无论是采用LED或常规光源照明方式，都应采用具备防爆能力的灯具和控制开关，对于这个独立于生产线以外的重要辅助项，应该是生产线安全设计的重点关注环节。其他如压缩空气源供应系统设计和生产线用电动螺丝刀等的控制也应遵循安全防爆的标准要求。

5 应用和前景

使用R290可燃制冷剂的空调产品因其产品内部构造复杂，技术难度大，其生产设施的建造成本和生产系统的运行成本增加必然将在产品价格中有所体现，在同等性能下高价格产品想要获得市场支持尚有较大难度。

采用R290可燃制冷剂的空调产品售后安装与维修方面的要求与难度要与常规产品完全不同，售后服务方面也需要企业对维修人员进行专门培训，以避免操作不当发生安全事故。此外，运输及仓储过程中的大批量产品汇集更是对企业提高了标准。

由于空调产品淡旺季工作量差距大，制造企业必须完善相关对售后服务人员的培训，规章制度制定规范服务行为，做到网点配备到位。这些后续基础设施落实的难度也不比生产一台R290空调低。另外对于今后淘汰产品的处置也会是一个难点。

6 结语

新产品和新技术的推荐需要社会的认知，更需要时间的考验。规范和完善的设计和持续改进的生产管理将有益R290可燃制冷剂空调的健康发展。按照现在的格局，R290可燃制冷剂空调产品的生产线设计尚未绝对成熟，大份额的商业化运作尚需时日。推进和普及速度不会太快，但会是行业发展方向和重要趋势。

[1] GB 4706.32-2012 家用及类似用途电器的安全-热泵、空调器和除湿机的特殊要求[S].北京：中国标准出版社，2012.

[2] CNCA-C07-01：2014 强制性产品认证实施规则家用及类似用途电器[S].北京：中国标准出版社，2014.

[3] GB 3836.1-2000 爆炸性气体环境用电气设备[S].北京：中国标准出版社，2012.

[4] GB 3836.14-2014 爆炸性环境 第14部分：场所分类 爆炸性气体环境[S].北京：中国标准出版社，2012.

The Safety and Environmental Control of R290 Flammable Refrigerant in the Air-Condition Product Line

Huang Shengyu
(China Quality Certification Centre Shanghai Branch, Shanghai , 230051, China)

The paper explained the safety and focus on request of R290 flammable refrigerant air-condition product line in domestic market and analysed production environment of new flammable refrigerant. It raised claims of product line design idea and environment controlling demand with some suggestions given to the safety control of production.

R290; Flammable refrigerant; Safety; Environmental Control

TM351

A

1674-2796（2017）02-0014-04

2017-01-11

黄升宇（1970—），男，大学本科，工程师，主要从事低温制冷设备技术改造工作。