一、问题的由来：
我在四年前，曾写了一篇《冷库制冷运行操作中的几个问题》，文中只写了系统放空气，还没有写完就撂下了。
最近我在分析合成氨尾气回收工艺时，联想到冷库制冷系统的放空气问题，这两个工艺涉及氨气的回收的同一个问题，但是方案有天壤之别。感到我国的制冷技术还存在需要进一步的问题。
现在，冷库制冷系统普遍采用的四重管式和改进的自动放空气器存在很严重的问题。
1、下图为某冷库制冷工程的自动放空气器：
这台放空气器自7月份投入运营以来还没有用，它的降压管甚至没有做保温，也没有考虑怎样用。我曾问过冷藏厂的厂长，为什么不用？
原来，自动放空气必须通过控制器程序操作，放空气一般与制冷运行同时进行，每次放空气都会带出大量氨气，很慢并且效果不好，不如运行前直接放空。
为解决制冷系统的放空气问题，虽然有专用设备，但是如何操作还没有一个成熟的完备的程序。
这实际上是一个摆设。
2、四重管式空气分离器难以操作：
四重管式空气分离器更不好精确操作。在况且分离器系统连续运行的情况下，如果混合气体中的空气聚集到50%，分离器中的总压力为0.3Mpa（相应表压0.2Mpa），相应的氨气体的分压力只有0.15Mpa，则相应的氨气的冷凝温度是-25℃，即高于0.3Mpa这个压力很难进行放空气，高于-25℃这个温度则混合气体中的氨气含量则>50%——这就是四重管式空气分离器的效果。
为了取得最好效果，就是使分离器中混合气体的压力与系统压力相等的情况下完全冷凝，譬如表压1.2Mpa，冷凝温度-20℃，则相应的氨冷凝压力为0.09Mpa。（0.19/1.3= 0.146153846），即这时仍有14.6%的氨气。在这个过程中，冷凝了相当多的氨液需要不间断排入蒸发系统，同时关闭高压供液阀门，并防止不凝性气体进入蒸发系统，最后放掉含有部分氨气的混合气体。
如此严格琐碎的操作不适应人力资源步入紧张的时代。
3、自动空气分离器难以自动：
2008年我在分析自动空气分离器的说明书时，认同将自动空气分离器的冷凝氨液直接排入高压贮液桶的做法，厂家提示这样可以做到进气与排液实现均压。现在看来，这样做反而使高压液体在分离器放空气时，由于分离器气腔瞬间减压而与气体由侧面的混合气体的入口与底部的落液管同时进入空气分离器，恶化冷却环境。
自动分离器若与压缩制冷同时运行，则大量氨气被制冷剂冷却，造成过量能耗，若停机运行，则大量热量进入低压系统，且分离效果寥寥。这就是将氨气的冷凝由水冷却改为氨冷却的做法出现的问题。
对于冷凝的氨液必须人工及时排除。
对于未与贮氨器关闭联系的混合气体，会连续蒸发氨液，补充冷凝的氨气，因此系统运行中的空气分离微不足道。因此，分离空气应当采取扎口袋的办法，定点清除。
二、一点启发：
在实践中，大家都认识到，排除制冷系统中的不凝性气体，最简单的办法就是直接排放——通过特定的阀门将混有不凝性气体的氨气排放到大气中。
这种直接排放，是在系统停止运行后——高低压系统完全隔绝。各高压气体相通，打开对大气阀门——由于高压贮液桶、辅助贮液桶、油分离器、冷凝器等高压系统的氨液会因降压沸腾气化——所以待系统压力有所下降，即关闭放空阀门，只是改善运行工况，系统仍会残留部分空气——问题是放出的混合气体中只有少量不凝性气体，主要还是氨气。
以往的排除系统空气，都考虑在系统的那个部位排放，考虑系统的空气积聚在系统的那个部位，直接放空就是沿用了这个思路。其实，混合气体中的空气是有弹性和张力的，各种气体是非常均匀的混合。试想在一个总压力下，任何的偏离，都回使可凝性气体冷凝。制冷系统的冷凝器的后方基本是静止的，而冷凝器部分则形成弹性收缩，大概这就是造成压力表指针抖动的原因。
采用空气分离器也只是在排放混合气体时仅分离出部分氨气，而很难在含有氨气的混合气体中分离出不含有氨气的纯空气。
问题的焦点集中在排放混有空气的氨气时怎样最大限度分离回收氨气，而非分离空气。这就与合成氨工艺回收弛放气体中的氨气属于同一个性质的问题。
合成氨尾气回收工艺采用了一种二段或三段式热交换器：
按给出的弛放气的参数推断，合成氨采用循环冷却水冷凝，对弛放气中的氨气进行回收利用，必须采用人工制冷的手段，获取比较低的冷凝温度。而经过回收氨气的弛放气仍然含有10%左右的氨气。
如果将连续生产合成氨弛放气回收的工艺条件用于对制冷系统放空气，无异于杀鸡用了牛刀，高射炮打蚊子，大兵团抓贼，但是对于制冷工艺放空气有一个启示。
三、排除制冷系统中的不凝性气体：
1、对制冷系统内不凝性气体的定量分析：
系统初始运行时，就存在空气。这部分空气来自系统抽真空绝不会抽至绝对真空。现在一个万吨级冷库，配管、设备容积达50-100立方米，残留空气至少在2立方米·0.1Mpa——或50立方米·0.004Mpa（按施工规范要求，残留气体压力为5.332千帕——即大气压的5%）。
系统灌氨时，开放式管道内的空气。
压缩机检修时机体内进入的空气。活塞式压缩机维修频繁，是系统中空气的主要来源，每台中型压缩机约0.05-0.1立方米空腔。氨泵虽小，也会在检修时加入空气。螺杆式压缩机维修几率小。
制冷运行中，空气积聚在高压系统。
高压系统气体容积：各冷库由于功能大小不同，现以一个大型冷库的制冷机房配置为例。螺杆式压缩机12台。4台高压机理论排气量3300立方米/时，蒸发冷4台，每台容积1.5立方米，油分离器共2.5立方米，高压贮液桶16立方米按6立方米计算，辅助贮液桶2.5立方米按1立方米计算，管道6立方米。共计（6+2.5+6+1+6= 21.5立方米）。
我统计了4个制冷机房停机时的的冷凝压力，当气温20℃时，冷凝压力表分别指示是0.78Mpa、0.74Mpa、0.8Mpa、0.8Mpa。此时的理论表压力是0.756Mpa。
0.74Mpa看似有问题，而且这是一个活塞式压缩机机房，但压缩机工认为这块表比较准。单凭表压来判断系统中的空气，似乎不精确。在气温20℃区间，相差1℃，相应的冷凝压力相差0.25Mpa。
根据制冷工艺过程分析，制冷运行中，空气积聚在高压贮液桶、辅助贮液桶、冷凝器三部分，而空气对制冷过程的危害在于冷凝器的冷凝效果。
现在假定运行中冷凝器中的空气量为停机时的两倍，停机时的表压高于理论表压0.04Mpa，计算空气量。
21.5立方米·0.04Mpa=8.6立方米·0.1Mpa，即系统中有8.6立方米空气。当开机运行时，可能增加0.08Mpa
的压力。当系统混入空气，会使冷凝能力下降，进一步提高冷凝压力。
当然，上述计算只是一种假设，只有当精确测量系统压力——准确且精度高——才能进行精确计算。
现在，我们只能根据一些表象经验确定制冷系统混有空气——譬如压力表针抖动。
2、将高压部分分成两个独立的系统。其中一个系统最小化，用这个系统对另一个系统的可封闭容器进行抽真空，这样重复运行两次后，再对最小系统内的混合气体进行封闭式——关闭连接液体的阀门放空——这种放空就是把空气集中到一个小范围，达到氨气损失最小化。
将机房任意分出一个独立的高压系统，需要对管道进行改动，对于设有一个辅助贮液桶的系统，还要增加一个辅助贮液桶，这必须在设计及安装、改造时考虑。
3、改进空气分离器：将目前使用的袖珍型、观摩型空气分离器改为小型冷凝器——壳管式或板管式，管程为混合气体，以两端头增大容积，上端进混合气，下端回收氨液，回收的氨液进入壳程；壳程蒸发氨液，回气进入循环桶，循环桶关闭主回气阀门。
用小型冷凝器在停机时对高压系统的混合气体进行封闭式处理：向冷凝器壳程供液，气体进入循环桶，可以造成约-15℃（停机时的循环桶温度-28℃）的低温环境，相应的氨气表压力0.135Mpa，而此时的混合气体的表压力在气温20℃时为0.756Mpa，可迅速进入，并在氨气冷凝后，连续补充。当冷凝器停止冷凝时，用压缩机对该封闭体进行抽真空——当然，压缩机进气与大冷凝器相连，出气与小冷凝器相连，压缩机以减负荷和间断运行，待小冷凝器内的混合气体彻底冷凝后，对小冷凝器内的混合气体放空，放空后开机运行至系统正常。
四、对小冷凝器运行的可行性量化分析：
1、根据氨的性质制冷压缩机的运行工况，放空气运行最高压力可以定为1.4Mpa，小冷凝器的容器须承受2.0Mpa的压力。
2、冷凝温度定为-20℃，这时氨的分压力只有0.19Mpa，当小冷凝器内压力稳定在0.8Mpa时，冷凝器内氨气下降到25%；当冷凝器内压力稳定在1.4Mpa时，小冷凝器内的氨气下降到15%。以循环桶吸热，可以利用多个循环桶逐级降温。
3、对于单机压缩，螺杆式压缩机可以取得较大的吸排气容积比，使得两头的压差较大，活塞式压缩机吸排气压力差较小，但这都不影响吸真空——活塞式压缩机可选在气温较低时运作，譬如气温不高于20℃，高压也适当降低；或在夏季取得较高的压力，而系统多剩余一些混合气体，譬如0.2Mpa时即停止运行，这时可认为已经排除了口袋内80%以上的空气。
4、假设一次运行要排除2立方米·0.1Mpa的空气，设冷凝压力1.4Mpa，那么，冷凝器内的混合气体的容积需要0.2立方米即可。这个0.2立方米是个什么概念呢？在这个容积内，因为还要考虑制冷系统的容积，如各占一半，那么就要0.4立方米。设直径0.6米，那么高度约1.5m。在这个小型冷凝器下方，要加装收集冷凝氨液的贮存器。这对于目前设计选用的空气分离器也算是庞然大物了。
5、为便于操作，供液制冷的壳程与氨液贮存器都要安装液位计，以免排空气时，制冷系统剩余氨液，氨液贮存器内存留冷凝氨液。
6、当高压系统降压时会发生吸热现象，排气过程要在尽可能短的时间内完成，因此，小冷凝器的回气管径要大一些，譬如D76或D89，接在压缩机的吸气管，并应与全部低压循环桶相通。
系统内没有足够的空气，则不能保证有足够的压力。排除系统内的空气，关键是混合气体的局部封闭，要进行扎口袋式手术。因此，这个冷凝器不要太小，也不能太大。
如果不用压缩机抽真空会有什么不好的结果呢？
在高压混合气体进入冷凝器的过程中，应当考虑到，不同温度的冷凝器的压力逐渐平衡时，气体组成也逐步平衡，这时，小冷凝器的容积仅为待净化气体的2%-4%，因此，几乎无排放价值，因此，需要使用压缩机将混合气体压进小冷凝器，排放至少80%的空气。
如果认为，在混合气体以小流量进入小冷凝器，积蓄的空气不会回流，那么又是一种怎样的状况呢？
氨气的分压力总是以冷凝压力存在，在小冷凝器容积为0.2立方米，初始压力为表压1.0Mpa，当表压力降为0.6Mpa趋于稳定时，可以认为小冷凝器内有空气1.0立方米-0.1Mpa，而待冷凝混合气体内有空气1.5立方米。而这种理想状态需要相当长的时间，几乎无生产意义。
不论容器内的压力有多大，在温度一定时，容器内的饱和氨气是一定的。而不凝性气体随压力增加而增加，而增加的氨气会凝结为氨液。这就是提高压力与减少氨气排放的意义。
20立方米-0.8Mpa氨气价值几何？4x20/0.16= 500元。只是一次排空最大不会>40%。
这个小型冷凝器可以用报废的小型压缩机的自带冷凝器代用，并进行立式和加装贮氨器及液位计的改造。对于压力容器，有一个安全问题，现在对于压力容器有一个逐年检测的要求，为防止万一爆裂，应该在进行安全检测后使用。
利用低压循环桶冷却高温高压氨气是否可行呢？
根据计算分析，该工程以扎口袋方式一次冷凝的高压混合气体在12立方米以内，冷凝氨液在70-120kg，其总热量为100000-1600000kJ。这个热量相当于把10吨低温液氨温升2℃-3℃，这对于一个大中型冷库的制冷机房是可行的，如再考虑罐体的比热熔，温升还要小。
在对“口袋”进行抽真空待完全冷凝后，如果压力不足0.8Mpa或假定压力，则不要放空，封存或进行第二次“口袋”清除。
