曹 昕 袁 鵬

(南京威爾藥業(yè)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210047)

制冷劑又稱為冷媒、制冷工質(zhì)等。1805年Oliver Evans第一次采用蒸發(fā)壓縮制冷以來(lái)，傳熱工質(zhì)先后采用了氨、二氧化碳、氯甲烷、異丁烷等，制冷劑在20世紀(jì)得到了飛速發(fā)展?？萍嫉陌l(fā)展伴隨著環(huán)境的破壞，1985年英國(guó)南極探測(cè)局公開(kāi)了觀察到的“臭氧空洞”現(xiàn)象，隨之同年的《維也納公約》和1987年的《蒙特利爾議定書(shū)》規(guī)定全球共同努力保護(hù)臭氧層，而臭氧層破壞潛能(ODP)較高的制冷劑也逐漸被限制使用并逐年淘汰。現(xiàn)代家用商用制冷劑ODP值由高到低分別為CFC類、HCFC類和HFC類。我國(guó)已于2006年完全禁用了CFC類，HCFC類中表現(xiàn)出色的R22也在逐步淘汰，HFC類將長(zhǎng)期作為我國(guó)制冷劑替代品出現(xiàn)在家用商用設(shè)備上。

冷凍機(jī)油是一種專用潤(rùn)滑油，主要用于制冷壓縮機(jī)的密封和潤(rùn)滑，制冷系統(tǒng)中冷凍機(jī)油不可避免的接觸制冷劑，高質(zhì)量的冷凍機(jī)油除了優(yōu)異的粘溫性能、潤(rùn)滑性能、氧化安定性和化學(xué)穩(wěn)定性外，與制冷劑的互溶性尤為重要。現(xiàn)有冷凍機(jī)油主要分為礦物油、PAG油和POE油等，這些基礎(chǔ)油各有所長(zhǎng)，而針對(duì)HFC類制冷劑礦物油互溶性較差，PAG油電絕緣性遜于POE油，因此諸如家用冰箱和空調(diào)等設(shè)備更傾向于POE油。我國(guó)正處在制冷劑的替換階段，新品種制冷劑配套的冷凍機(jī)油的發(fā)展影響著壓縮機(jī)的壽命甚至整個(gè)制冷系統(tǒng)的能耗，作為空調(diào)冰箱銷售使用大國(guó)，冷凍機(jī)油的國(guó)產(chǎn)化顯得尤為重要。[1-5]

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及裝置

制冷劑R32(科慕)、制冷劑R134a(科慕)、混合制冷劑R507(科慕)、冷凍機(jī)基礎(chǔ)油POE68-Ⅰ(自制)、冷凍機(jī)基礎(chǔ)油POE68-Ⅱ(自制)、市售冷凍機(jī)油POE68、冷凍機(jī)基礎(chǔ)油POE150-Ⅰ(自制)、冷凍機(jī)基礎(chǔ)油POE150-Ⅱ(自制)、市售冷凍機(jī)油POE150等。

1.2 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

試驗(yàn)選用的制冷劑均是符合《蒙特利爾議定書(shū)》所要求的低ODP值的制冷劑，它們均屬于HFC類。其性能參數(shù)如表1。

在HFC類制冷劑ODP值為0的基礎(chǔ)上，首先考慮安全性上選用無(wú)毒品，除R32具有微可燃性外其它兩種均屬于不可燃?xì)怏w。選擇的三種制冷劑在我國(guó)已廣泛用于或具有潛力使用于家用和商用制冷設(shè)備中。被替代型號(hào)也均是往年熱門制冷劑，但已被淘汰或?qū)⒈惶蕴?/p>

表1 制冷劑的性能參數(shù)

我們選用自制的冷凍機(jī)基礎(chǔ)油，同牌號(hào)下它們出自兩種不同的工藝，選用較具代表性的POE-68和混合基礎(chǔ)油POE150。自制油均滿足我國(guó)GB/T 16630—2012《冷凍機(jī)油》所提出的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，自制油主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)步驟

制冷劑和冷凍機(jī)油的互溶評(píng)價(jià)試驗(yàn)系統(tǒng)主要由試管本體、沸水浴、真空泵、低溫浴、灌氟裝置組成。試管經(jīng)充分洗凈晾干后，用長(zhǎng)頭針管注入1 mL冷凍機(jī)油，試管管口用法蘭與針型閥一端相連，針型閥另一端通過(guò)導(dǎo)管與真空泵相連，并確認(rèn)全系統(tǒng)負(fù)壓試壓無(wú)泄漏；熱浴100 ℃真空脫水30 min；將針型閥密閉，試管自然冷卻至室溫，置于低溫浴槽中，緩慢降溫至-80 ℃；切換針型閥另一端至制冷劑鋼瓶，經(jīng)灌氟裝置充入制冷劑于試管刻度處；旋緊針型閥，拆除導(dǎo)管，程序升溫至0 ℃；將試管取出，緩慢搖勻，放回低溫浴槽中；程序降溫由25 ℃至～80 ℃，觀察并記錄降溫過(guò)程中，絮凝點(diǎn)(初始產(chǎn)生絮狀物)的溫度值以及兩相分離溫度值。[6、7]

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 與制冷劑的互溶性對(duì)比

冷凍機(jī)油和制冷劑的互溶性是評(píng)價(jià)冷凍機(jī)油的關(guān)鍵指標(biāo)之一，一般我們選用絮凝點(diǎn)來(lái)對(duì)其進(jìn)行判斷。冷凍機(jī)油的主要功能是潤(rùn)滑摩擦面，帶走摩擦熱，保證密封部件的密封性能等，這些都是保證壓縮機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)并提高其壽命的關(guān)鍵點(diǎn)。若在制冷系統(tǒng)中選用了不適合工況的冷凍機(jī)油和制冷劑組合，會(huì)影響制冷系統(tǒng)工作甚至?xí)龎膲嚎s機(jī)等重要部件。將四種自制基礎(chǔ)油和兩種市售油分別與制冷劑進(jìn)行互溶性對(duì)比，我們均以含油率10%的情況進(jìn)行同步評(píng)價(jià)，絮凝點(diǎn)及兩相分離溫度值結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

六種測(cè)試?yán)鋬鰴C(jī)油和三種制冷劑一一對(duì)應(yīng)絮凝

點(diǎn)及兩相分離溫度值趨勢(shì)較一致，POE/R32體系互溶效果較差，POE/R134a體系互溶效果能夠滿足部分工況要求，POE/R507體系互溶效果較好能夠滿足絕大多數(shù)制冷系統(tǒng)。組合內(nèi)比較，工藝二所合成的基礎(chǔ)油優(yōu)于工藝一，且兩種工藝所生產(chǎn)的基礎(chǔ)油均優(yōu)于市售冷凍機(jī)油。

表3 絮凝點(diǎn)測(cè)定結(jié)果(℃)

表4 兩相分離溫度值測(cè)定結(jié)果(℃)

2.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)對(duì)比

冷凍機(jī)油穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用SH/T0104標(biāo)準(zhǔn)分析方法，也稱為菲利普試驗(yàn)。將四種自制基礎(chǔ)油分別與制冷劑按1∶1的比例加入試管中，模擬制冷系統(tǒng)高低交替循環(huán)于180 ℃與40 ℃之間，試驗(yàn)時(shí)間為一周。每天觀察并記錄有無(wú)閃銀光冷凝液滴。[8]試驗(yàn)結(jié)束后用硝酸銀-甲醇溶液定性分析并取樣檢測(cè)酸值后，確認(rèn)四種自制基礎(chǔ)油均未發(fā)生白色沉淀且酸值無(wú)變化，因此說(shuō)明四種自制基礎(chǔ)油與R32、R134a、R507三種制冷劑混合后均具有較為良好的穩(wěn)定性。

2.3 化學(xué)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)對(duì)比

化學(xué)穩(wěn)定性也是冷凍機(jī)油的關(guān)鍵指標(biāo)之一，因?yàn)樵谥评湎到y(tǒng)中冷凍機(jī)油常需要承受170 ℃左右的極端溫度，在高溫和金屬的催化下，冷凍機(jī)油會(huì)酸化或炭化，這些會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng)部分管道堵塞。將四種自制基礎(chǔ)油分別與制冷劑按1∶1的比例加入耐壓試管中，并適量加入鐵、銅催化劑，熔封。放入175 ℃中老化2周，取出密封試管，觀察混合液外觀。[9]四種自制基礎(chǔ)油與制冷劑混合后在雜質(zhì)存在下經(jīng)過(guò)老化，外觀與原樣保持一致，經(jīng)過(guò)濾并脫除制冷劑后酸值無(wú)變化，表明自制基礎(chǔ)油與制冷劑R134a及R22均有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以用于選用R32、R134a和R507作為制冷劑的制冷系統(tǒng)中。

3 結(jié)論

本文主要評(píng)價(jià)了兩種牌號(hào)的兩種工藝的自制基礎(chǔ)油和市售成品油與三種制冷劑的互溶性，除R32/POE體系互溶性較差外，R507/POE體系互溶性最好，R134a/POE體系次之。在制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)選油時(shí)，本文對(duì)用油量的確認(rèn)，設(shè)備的選型，管道及回油裝置排布等提供了數(shù)據(jù)支持，使POE冷凍機(jī)油在HFC類制冷劑的工況下能夠得到更廣泛的應(yīng)用。