關于國內環戊烷發泡裝備技術水平的探討
摘要：在我用制冷電器領域，HCFC類發泡劑替代的研究和應用正在緊鑼密鼓地進行。作為家電行業HCFC主要替代物――環戊烷，其發泡裝備技術水平是大家十分關心的話題。同時對國內具備參與環戊烷改造資格的設備制造企業的技術現狀和專業水平，尤為大家的關注，因為它是我國HCFC替代國產化進程的主要保證。
本文通過對國內發泡裝備技術水平的探討，希望能給我電行業環戊烷改造提供參考。
關鍵詞：HCFC替代 環戊烷發泡裝備 技術水平
0．概 述
隨著我電行業淘汰HCFC類發泡劑步伐的加快，國內眾多冰箱、冷柜制造企業都爭先恐后在進行無氟發泡改造。目前，使用環戊烷作物理發泡劑替代HCFC，對其安全性要求較高，能夠參與對環戊烷發泡裝備改造及制造的，除國外公司外，國內有些企業已在從事這項工作，其技術裝備和制造水平，正不斷提高并日趨成熟，有的已具備相當專業的環戊烷改造的水平。
1．環戊烷的理化特性
目前，在西歐發達工業中，對環戊烷作為HCFC替代物，表現出極大的興趣，我國目前家電行業中，環戊烷發泡也是HCFC替代的主導方向。因此，必須了解并掌握環戊烷的理化特性。
1．1 環戊烷不含鹵素，在大氣中壽命短，其降解半衰期為10～15h，在幾天內即可被安全分期，不會消耗并破壞大氣層中的臭氧，ODP值等于零；
1．2 環戊烷的GWP值很小，僅為CFC-11的1/10000～4/10000；
1．3 環戊烷與CFC-11相比，其分子質量相對要小約50%，使用環戊烷作發泡劑，用量可節省近一半。
1．4 環戊烷氣相導熱系數較小，僅比CFC-11大0.005W/(m?k)，使用環戊烷作發泡劑，對聚氨酯硬質泡沫體的絕熱性能影響較小，可以滿足冰箱等家電絕熱性能的技術要求。
1．5 環戊烷極易燃燒，其氣體與空氣相混可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸；與氧化劑接觸會產生強烈反應，甚至引起燃燒；由于環戊烷氣體比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回然。
2．環戊烷發泡系統基本工藝配置
環戊烷由于具有可燃性，在空氣中的爆炸極限范圍較寬。因此，出于安全考慮，對其設備和生產環境進行相應的改造，在廠房方面要采取措施防止環戊烷爆炸燃燒。
環戊烷發泡系統的主要工藝配置是：環戊烷儲存輸送系統，環戊烷靜態預混系統，環戊烷高壓發泡機，環戊烷發泡生產線，環戊烷監測報警裝置，安全圍房，抽排風系統。
3．國內環戊烷發泡系統裝備制造技術水平發展現狀
二十世紀九十年代中期，隨著國內家電行業環戊烷改造工作的全面展開，許多國外公司如德國亨內基、意大利CANNON等相繼在參與環戊烷改造，并提供了一系列環戊烷發泡設備。同時，國內也有部分聚氨酯發泡設備制造企業參與了此項工作。起初，主要是進行改造配套。隨著環戊烷發泡工藝在我電行業的廣泛應用，許多原料供應商和發泡設備制造商對環戊烷發泡技術研究的不斷深化，逐步完善并不斷改進設備制造工藝水平。國內一些知名家電企業如青島海爾、廣東科龍公司也清楚看到這一點，開始將部分改造工程交國內發泡設備制造企業承擔，取得了較好的效果，改造費用大為降低，當前許多家電企業已將環戊烷改造工作全部國內消化。
其內較早從事環戊烷改造工作的湖南湘潭精正設備制造有限公司已先后為青島海爾、廣東科龍、河南新飛等提供環戊烷改造，經十年來的發展，從初只承擔環戊烷儲罐制造，發展到現在可以做到環戊烷改造工作交鑰匙工程，并多次在國內家電行業環戊烷改造招標中中標，在與德國亨內基公司、克勞斯瑪菲公司、意大利CANNON等公司進行了良好的合作，公司參與的環戊烷改造項目全部執行德國TÜV安全標準，并得到TÜV認證。
4．環戊烷發泡裝備技術分析
4．1 環戊烷儲罐
作為儲存液態環戊烷的儲罐，一般容積為35m3，按照II類壓力容器標準設計、制造、檢驗，罐體為雙層結構，罐體內層設計壓力為0.2MPa，罐體夾層的設計壓力為0.075MPa，考慮到防爆要求，儲罐一般安裝在地下，周圍設置防護井，并設置排水裝置，防止儲罐周圍積水。
儲罐頂部設置有卸料井和輸料井，每個井口都裝有環戊烷氣體探頭，儲罐夾層充注乙二醇或氮氣進行檢漏。環戊烷槽車通過卸料平臺向罐內加料， 同時，進行液位監測和泄漏監控，當發生泄漏報警或溢料報警，進料閥和出料閥同時關閉，此時，需采取措施進行緊急處理。
對于儲罐區，一般按0區標準設計，電氣控制部分與罐區安全距離一般大于10m。
4．2 多元醇環戊烷靜態預混站
多元醇/環戊烷靜態預混是一種連續式預混裝置，通過二臺計量泵分別計量多元醇和環戊烷，國外和國內現在都普遍采用靜態混合器進行混合，混合比例采用流量計進行監測，并設置誤差報警信號，在預混站內，除配置多元醇工作料罐外，通常還配置一個多元醇/環戊烷混合物中間料罐，在預混站內還設置有圍房，環戊烷探及抽排風裝置。
目前，國內和國外聚氨酯設備制造商提供的靜態預混合，其多元醇計量裝置都是采用德國力士樂公司柱塞式計量泵，環戊烷計量采用多頭式隔膜計量泵，靜態混合器，一般混合壓力設定3～5MPa，就能夠保證兩種原料的充爭混合。
為了保證環戊烷無泄漏，計量泵和電機聯接，以及料罐攪拌全部采用磁性聯軸節傳動，提高設置工作的安全性。
多元醇和環戊烷的混合效果，同時也與原料料溫，粘度，流量有關系，為了保證良好的混合效果，一般還要通過平衡計算。
4．3 環戊烷高壓發泡機
環戊烷高壓發泡機與普通高壓發泡機相比，主要區別是多元醇/環戊烷側電氣部分全都采用防爆設計，并設置有圍房、抽排風裝置，環戊烷氣體監測報警裝置，按照TÜV標準環戊烷發泡機防爆電機低防護等級要大于IP54，設備要充分考慮接地和防靜電，為避免環戊烷與空氣混合氣體的形成，在多元醇/環戊烷料罐中加氮氣，并設置壓力開關，保證氮氣壓力控制的可靠性。
4．4 環戊烷發泡生產線
環戊烷發泡生產線與普通F11或141b發泡線相比，主要區別是在混合頭澆注區附近與固化烘箱內電氣全部采用防爆設計，并設置在環戊烷氣體監測系統圍房、抽排風裝置，由于環戊烷比重大于空氣，在混合頭澆注區附近，低處設有氣體探頭，用于探測環戊烷濃度。
目前，環戊烷發泡生產線國內企業已經具備很成熟的制造技術，冰箱、冷柜生產企業的現有生產線改造已基本依靠國內配套。
4．5 環戊烷及多元醇/環戊烷循環輸送管道
環戊烷及多元醇/環戊烷輸送管道與普通輸送管道不一樣，除試壓檢漏的標準不一樣外，環戊烷及多元醇/環戊烷管道配有防泄漏控制裝置。環戊烷管道采用雙層結構，夾層內充注乙二醇進行泄漏監測，所有的輸送管道進行防靜電及防雷處理。
4．6 環戊烷監測報警及抽排風裝置
環戊烷監測報警及抽排風裝置是環戊烷發泡設備必備的安全裝置，主要用來監測環戊烷的泄漏并報警，抽排風裝置保證圍房內空氣流通。
報警參數設置：環戊烷在空氣中體積分數達爆炸下限（LEL）的20%時警燈閃爍報警，排風裝置轉入全負荷式運行，顯示故障點；達LEL的40%時聲光報警，排風裝置轉入全負荷式運行，所有機器電源被切斷（除環戊烷氣體監測報警裝置及抽排風裝置之外），控制柜中顯示故障點，在消除故障并進行必要的維護工作之后由操作人員對設備復位；設備可重新運行。
為了保證氣體監測報警裝置及抽風系統工作的連續性，一般要采用獨立電纜供電，并配備專門的小型發電機組，以便在獨立電源出現故障時，為安全控制系統提供電力，確保安全控制系統始終處于正常工作狀態。
5．環戊烷儲存、發泡生產設施和場所的安全要求
5．1 儲罐區應與周圍環境隔離（或建立防火墻），與周圍的建筑物和有人活動的場所要有足夠的安全間距和安全通道，并取得消防、安全部門的認可。
5．2 環戊烷儲罐屬II類壓力容器，其制作、安裝、修理必須嚴格按壓力容器安全監察條例進行。
5．3 環戊烷儲存、發泡生產場地必須有可靠的防雷裝置，其防雷接地電阻須≤10Ω，每年至少檢測一次，并記錄存檔。
5．4 對可能產生靜電的地方，設備的通風系統、管道都必須永久保持良好的接地，以防止靜電積累和放電，接地電機≤4Ω，每年至少檢測一次并記錄存檔。
直徑＞5m的儲罐須有兩個接地點，管路每20米必須有一個接地點，且管道、法蘭之間應用導電良好的金屬連接。
5．5 各種電器必須是防爆的，且符合電氣安裝規范，在電氣柜的儀表及模具下方可吹入干燥空氣，并維持較高的正壓強，以防止環戊烷蒸汽進入。
5．6 在環戊烷儲罐區卸料時，先要將卸料槽車與接地極可靠連接，形成等勢體，且灌注流速要控制在5m/s，以防靜電聚積。要調好呼吸平衡系統，吸氣管高要求達5m，且離罐區距離為10m以上，次加注環戊烷之前，罐內應用氮氣置換。
5．7 現場需配備足量的消防器材（如：泡沫、干粉、1211滅火器等）及泄漏應急處理設備。
6．當前國內環戊烷改造工作面臨的問題
國內家電行業從二十世紀90年代中期開始進行HCFC替代改造，經過近十年的發展，許多大型家電企業如青島海爾、廣東科龍、河南新飛等環戊烷改造，由初全部依靠國外進口到今天大部分國內消化，同時，隨著ODS替代步伐的加快，環戊烷改造工作面臨要不斷地規范化，制度化，但到目前為止，國內在環戊烷改造方面至今還設有一套完整的標準體系，因此，環戊烷工作標準的制定已迫在眉睫，這不但是家電企業關心的問題，同時，更是環戊烷設備制造企業關注的焦點。
作為一直從事環戊烷改造工作的國內企業，我們呼呈行業協會盡早出臺關于環戊烷改造的行業標準和規范，并在此基礎上建立國內認證和驗收機械，使環戊烷改造工作規范化，制度化。
7．結 論
從目前國內環戊烷改造專業企業的整體技術實力來看，我電行業HCFC替代完全可以國產化，可以徹底改變我國ODS替代完全依靠進口的局面。
湖南湘潭精正設備制造有限公司經過十年來的發展，現已承擔過國內家電行業大型環戊烷改造工程，已具備很強的技術開發實力，作為國內ODS替代骨干企業，我們愿意在我國ODS替代中，發揮我們的技術創新優勢，徹底改變我國ODS替代完全依靠進口的局面，爭取為振興民族工業作出自己的貢獻。
參考文獻：
1．2001年中用電器技術大會論文集
2．徐培林 張淑琴編著《聚氨酯材料手冊》 化學工業出版社
本文通過對國內發泡裝備技術水平的探討，希望能給我電行業環戊烷改造提供參考。
關鍵詞：HCFC替代 環戊烷發泡裝備 技術水平
0．概 述
隨著我電行業淘汰HCFC類發泡劑步伐的加快，國內眾多冰箱、冷柜制造企業都爭先恐后在進行無氟發泡改造。目前，使用環戊烷作物理發泡劑替代HCFC，對其安全性要求較高，能夠參與對環戊烷發泡裝備改造及制造的，除國外公司外，國內有些企業已在從事這項工作，其技術裝備和制造水平，正不斷提高并日趨成熟，有的已具備相當專業的環戊烷改造的水平。
1．環戊烷的理化特性
目前，在西歐發達工業中，對環戊烷作為HCFC替代物，表現出極大的興趣，我國目前家電行業中，環戊烷發泡也是HCFC替代的主導方向。因此，必須了解并掌握環戊烷的理化特性。
1．1 環戊烷不含鹵素，在大氣中壽命短，其降解半衰期為10～15h，在幾天內即可被安全分期，不會消耗并破壞大氣層中的臭氧，ODP值等于零；
1．2 環戊烷的GWP值很小，僅為CFC-11的1/10000～4/10000；
1．3 環戊烷與CFC-11相比，其分子質量相對要小約50%，使用環戊烷作發泡劑，用量可節省近一半。
1．4 環戊烷氣相導熱系數較小，僅比CFC-11大0.005W/(m?k)，使用環戊烷作發泡劑，對聚氨酯硬質泡沫體的絕熱性能影響較小，可以滿足冰箱等家電絕熱性能的技術要求。
1．5 環戊烷極易燃燒，其氣體與空氣相混可形成爆炸性混合物，遇明火、高熱極易燃燒爆炸；與氧化劑接觸會產生強烈反應，甚至引起燃燒；由于環戊烷氣體比空氣重，能在較低處擴散到相當遠的地方，遇火源會著火回然。
2．環戊烷發泡系統基本工藝配置
環戊烷由于具有可燃性，在空氣中的爆炸極限范圍較寬。因此，出于安全考慮，對其設備和生產環境進行相應的改造，在廠房方面要采取措施防止環戊烷爆炸燃燒。
環戊烷發泡系統的主要工藝配置是：環戊烷儲存輸送系統，環戊烷靜態預混系統，環戊烷高壓發泡機，環戊烷發泡生產線，環戊烷監測報警裝置，安全圍房，抽排風系統。
3．國內環戊烷發泡系統裝備制造技術水平發展現狀
二十世紀九十年代中期，隨著國內家電行業環戊烷改造工作的全面展開，許多國外公司如德國亨內基、意大利CANNON等相繼在參與環戊烷改造，并提供了一系列環戊烷發泡設備。同時，國內也有部分聚氨酯發泡設備制造企業參與了此項工作。起初，主要是進行改造配套。隨著環戊烷發泡工藝在我電行業的廣泛應用，許多原料供應商和發泡設備制造商對環戊烷發泡技術研究的不斷深化，逐步完善并不斷改進設備制造工藝水平。國內一些知名家電企業如青島海爾、廣東科龍公司也清楚看到這一點，開始將部分改造工程交國內發泡設備制造企業承擔，取得了較好的效果，改造費用大為降低，當前許多家電企業已將環戊烷改造工作全部國內消化。
其內較早從事環戊烷改造工作的湖南湘潭精正設備制造有限公司已先后為青島海爾、廣東科龍、河南新飛等提供環戊烷改造，經十年來的發展，從初只承擔環戊烷儲罐制造，發展到現在可以做到環戊烷改造工作交鑰匙工程，并多次在國內家電行業環戊烷改造招標中中標，在與德國亨內基公司、克勞斯瑪菲公司、意大利CANNON等公司進行了良好的合作，公司參與的環戊烷改造項目全部執行德國TÜV安全標準，并得到TÜV認證。
4．環戊烷發泡裝備技術分析
4．1 環戊烷儲罐
作為儲存液態環戊烷的儲罐，一般容積為35m3，按照II類壓力容器標準設計、制造、檢驗，罐體為雙層結構，罐體內層設計壓力為0.2MPa，罐體夾層的設計壓力為0.075MPa，考慮到防爆要求，儲罐一般安裝在地下，周圍設置防護井，并設置排水裝置，防止儲罐周圍積水。
儲罐頂部設置有卸料井和輸料井，每個井口都裝有環戊烷氣體探頭，儲罐夾層充注乙二醇或氮氣進行檢漏。環戊烷槽車通過卸料平臺向罐內加料， 同時，進行液位監測和泄漏監控，當發生泄漏報警或溢料報警，進料閥和出料閥同時關閉，此時，需采取措施進行緊急處理。
對于儲罐區，一般按0區標準設計，電氣控制部分與罐區安全距離一般大于10m。
4．2 多元醇環戊烷靜態預混站
多元醇/環戊烷靜態預混是一種連續式預混裝置，通過二臺計量泵分別計量多元醇和環戊烷，國外和國內現在都普遍采用靜態混合器進行混合，混合比例采用流量計進行監測，并設置誤差報警信號，在預混站內，除配置多元醇工作料罐外，通常還配置一個多元醇/環戊烷混合物中間料罐，在預混站內還設置有圍房，環戊烷探及抽排風裝置。
目前，國內和國外聚氨酯設備制造商提供的靜態預混合，其多元醇計量裝置都是采用德國力士樂公司柱塞式計量泵，環戊烷計量采用多頭式隔膜計量泵，靜態混合器，一般混合壓力設定3～5MPa，就能夠保證兩種原料的充爭混合。
為了保證環戊烷無泄漏，計量泵和電機聯接，以及料罐攪拌全部采用磁性聯軸節傳動，提高設置工作的安全性。
多元醇和環戊烷的混合效果，同時也與原料料溫，粘度，流量有關系，為了保證良好的混合效果，一般還要通過平衡計算。
4．3 環戊烷高壓發泡機
環戊烷高壓發泡機與普通高壓發泡機相比，主要區別是多元醇/環戊烷側電氣部分全都采用防爆設計，并設置有圍房、抽排風裝置，環戊烷氣體監測報警裝置，按照TÜV標準環戊烷發泡機防爆電機低防護等級要大于IP54，設備要充分考慮接地和防靜電，為避免環戊烷與空氣混合氣體的形成，在多元醇/環戊烷料罐中加氮氣，并設置壓力開關，保證氮氣壓力控制的可靠性。
4．4 環戊烷發泡生產線
環戊烷發泡生產線與普通F11或141b發泡線相比，主要區別是在混合頭澆注區附近與固化烘箱內電氣全部采用防爆設計，并設置在環戊烷氣體監測系統圍房、抽排風裝置，由于環戊烷比重大于空氣，在混合頭澆注區附近，低處設有氣體探頭，用于探測環戊烷濃度。
目前，環戊烷發泡生產線國內企業已經具備很成熟的制造技術，冰箱、冷柜生產企業的現有生產線改造已基本依靠國內配套。
4．5 環戊烷及多元醇/環戊烷循環輸送管道
環戊烷及多元醇/環戊烷輸送管道與普通輸送管道不一樣，除試壓檢漏的標準不一樣外，環戊烷及多元醇/環戊烷管道配有防泄漏控制裝置。環戊烷管道采用雙層結構，夾層內充注乙二醇進行泄漏監測，所有的輸送管道進行防靜電及防雷處理。
4．6 環戊烷監測報警及抽排風裝置
環戊烷監測報警及抽排風裝置是環戊烷發泡設備必備的安全裝置，主要用來監測環戊烷的泄漏并報警，抽排風裝置保證圍房內空氣流通。
報警參數設置：環戊烷在空氣中體積分數達爆炸下限（LEL）的20%時警燈閃爍報警，排風裝置轉入全負荷式運行，顯示故障點；達LEL的40%時聲光報警，排風裝置轉入全負荷式運行，所有機器電源被切斷（除環戊烷氣體監測報警裝置及抽排風裝置之外），控制柜中顯示故障點，在消除故障并進行必要的維護工作之后由操作人員對設備復位；設備可重新運行。
為了保證氣體監測報警裝置及抽風系統工作的連續性，一般要采用獨立電纜供電，并配備專門的小型發電機組，以便在獨立電源出現故障時，為安全控制系統提供電力，確保安全控制系統始終處于正常工作狀態。
5．環戊烷儲存、發泡生產設施和場所的安全要求
5．1 儲罐區應與周圍環境隔離（或建立防火墻），與周圍的建筑物和有人活動的場所要有足夠的安全間距和安全通道，并取得消防、安全部門的認可。
5．2 環戊烷儲罐屬II類壓力容器，其制作、安裝、修理必須嚴格按壓力容器安全監察條例進行。
5．3 環戊烷儲存、發泡生產場地必須有可靠的防雷裝置，其防雷接地電阻須≤10Ω，每年至少檢測一次，并記錄存檔。
5．4 對可能產生靜電的地方，設備的通風系統、管道都必須永久保持良好的接地，以防止靜電積累和放電，接地電機≤4Ω，每年至少檢測一次并記錄存檔。
直徑＞5m的儲罐須有兩個接地點，管路每20米必須有一個接地點，且管道、法蘭之間應用導電良好的金屬連接。
5．5 各種電器必須是防爆的，且符合電氣安裝規范，在電氣柜的儀表及模具下方可吹入干燥空氣，并維持較高的正壓強，以防止環戊烷蒸汽進入。
5．6 在環戊烷儲罐區卸料時，先要將卸料槽車與接地極可靠連接，形成等勢體，且灌注流速要控制在5m/s，以防靜電聚積。要調好呼吸平衡系統，吸氣管高要求達5m，且離罐區距離為10m以上，次加注環戊烷之前，罐內應用氮氣置換。
5．7 現場需配備足量的消防器材（如：泡沫、干粉、1211滅火器等）及泄漏應急處理設備。
6．當前國內環戊烷改造工作面臨的問題
國內家電行業從二十世紀90年代中期開始進行HCFC替代改造，經過近十年的發展，許多大型家電企業如青島海爾、廣東科龍、河南新飛等環戊烷改造，由初全部依靠國外進口到今天大部分國內消化，同時，隨著ODS替代步伐的加快，環戊烷改造工作面臨要不斷地規范化，制度化，但到目前為止，國內在環戊烷改造方面至今還設有一套完整的標準體系，因此，環戊烷工作標準的制定已迫在眉睫，這不但是家電企業關心的問題，同時，更是環戊烷設備制造企業關注的焦點。
作為一直從事環戊烷改造工作的國內企業，我們呼呈行業協會盡早出臺關于環戊烷改造的行業標準和規范，并在此基礎上建立國內認證和驗收機械，使環戊烷改造工作規范化，制度化。
7．結 論
從目前國內環戊烷改造專業企業的整體技術實力來看，我電行業HCFC替代完全可以國產化，可以徹底改變我國ODS替代完全依靠進口的局面。
湖南湘潭精正設備制造有限公司經過十年來的發展，現已承擔過國內家電行業大型環戊烷改造工程，已具備很強的技術開發實力，作為國內ODS替代骨干企業，我們愿意在我國ODS替代中，發揮我們的技術創新優勢，徹底改變我國ODS替代完全依靠進口的局面，爭取為振興民族工業作出自己的貢獻。
參考文獻：
1．2001年中用電器技術大會論文集
2．徐培林 張淑琴編著《聚氨酯材料手冊》 化學工業出版社
