CO2煙絲膨脹線制冷系統故障分析與對策

河南中煙工業有限責任公司新鄭卷煙廠制絲車間 范愛軍

CO2煙絲膨脹線制冷系統故障分析與對策

河南中煙工業有限責任公司新鄭卷煙廠制絲車間 范愛軍

新鄭卷煙廠CO2煙絲膨脹線氟利昂制冷系統由于制冷效率低，造成膨脹介質CO2消耗多，能源浪費大。通過對制冷系統中的壓縮機進行檢修、對系統檢查泄露、根據壓縮機進氣壓力調整膨脹閥等措施，最終找出是由于氟利昂制冷系統制冷效率低導致的設備故障的原因，并得到了很好的解決。

一、工作原理（圖1）

圖1 制冷系統工作原理

從圖中可以看出，整個系統包括CO2系統（1）～（6）和氟利昂制冷系統（4）、（7）～（22）。

煙絲從浸漬器（1）的上蓋進入，工藝罐（5）中的液體CO2通過泵（6）進入(1)中，對里面的煙絲浸泡、冷凍，達到要求以后液體CO2在重力作用下重新回到（5）中，（1）中剩余的氣體CO2回到緩沖罐（2）中，（2）中壓力達到規定值（0.8Mpa）后，高壓壓縮機（3）把0.8Mpa～1.15Mpa的氣體CO2壓縮為3Mpa的氣體CO2，3Mpa的氣體CO2進入蒸發器（4）中，（4）中的液體氟利昂和氣體CO2進行熱交換，氣體CO2變為液體CO2進到（5）中，這時液體氟利昂變為氣體氟利昂。

氣體氟利昂被吸入制冷壓縮機（9）中，經過（9）的壓縮變為高溫高壓的氣體氟利昂,再進入冷凝器（13）中，經過冷卻水（12）的冷卻而成液體氟利昂，再經液體收集罐（15）、膨脹閥（20），重新回到（4）中。

二、存在的問題

1.CO2系統中儲罐（2）中的CO2壓力經常超過設定值1.15Mpa，自動排放到大氣中，造成大量的CO2浪費。

2.由于工藝罐（5）中的壓力居高不下，制冷壓縮機（9）長期100%加載滿負荷運行，產生的摩擦熱、壓縮熱得不到很好的交換，造成（9）的曲軸箱油溫高，排氣溫度高，壓縮機保護性停機。

3.壓縮CO2的高壓壓縮機（3）由于儲罐（2）中的壓力居高不下，造成（3）開始生產就不停地運轉，長時間運轉使（3）的缸體溫度達到100℃以上，壓縮機活塞環快速磨損。

三、分析問題

經過分析認為，不管是壓縮機溫度高，還是壓縮機長期運行和CO2浪費嚴重，主要由于氟利昂系統的效率太低，不能有效地短期內把（5）中的壓力降下來的緣故。

四、解決問題

1.不打開壓縮機的情況下，觀察壓縮機的加載情況。在外部特征不是很明顯的情況下（油溫過高，排氣溫度過高等等），盡量少打開機器。先關閉出口主閥門，用加載25%的加載線圈，分別讓加載線圈對4組氣缸的加載裝置進行加載，從排不凝性氣體的出口（22）來觀察各組缸的加載與卸載情況。經過檢測發現有一組氣缸不管是否加載都有氣體從排氣口排出，說明這組氣缸的加卸載裝置出了問題。拆開壓縮機以后，發現這組加卸載裝置兩個拉簧斷裂，其他部位都很正常。

2.查找系統漏點。先把原有的氟里昂進行回收、放空，再充入氮氣。應根據不同部位充入的氮氣壓力充不同的氮氣量，系統不送電的情況下膨脹閥（20）相當于一個截至閥，可以把系統分成3部分充壓：閥門（16）到膨脹閥（20）充入1.6Mpa的壓力，從閥門（17）充入；膨脹閥（20）到閥門（8）充入1.2Mpa的壓力，把蒸發器（4）上面的雙聯安全閥去掉一個，從接口（21）處沖入氮氣；閥門（8）到閥門（10）充入0.8Mpa的壓力，先打開閥門（8），當壓力達到0.8Mpa時再關閉閥門（8）。保壓12小時，原來1.6Mpa變成了0.9Mpa，1.2Mpa沒有變化，0.8Mpa變成0.4Mpa。又按照原來的方式重新充壓，把肥皂水噴到接口、焊口以及可能泄漏的地方，有漏點的地方由于充入的氮氣壓力比較高，會出現吹泡現象，經過查找共查出5處漏點，有的地方漏的相當嚴重。

3.調整膨脹閥。理論上對膨脹閥（20）的調整是根據不同的適用場合在CO2壓一焓圖中找出合適的CO2飽和溫度，做為調整膨脹閥的依據。新鄭卷煙廠使用的CO2壓力是3.15Mpa，根據壓一焓圖曲線，與3.15Mpa對應的CO2的飽和溫度是-5℃，氟里昂的飽和溫度應比CO2的飽和溫度低10℃左右，就能達到工藝要求，即氟里昂的飽和溫度為-15℃，這套制冷系統用的氟里昂是R22，在吸氣壓力表中可以找出與-15℃相對應的吸氣壓力值是0.1～0.2Mpa。

實際操作中判斷膨脹閥調整的合適與否，首先對膨脹閥做小調整，讓壓縮機進氣口處結有薄薄的一層白霜，手放在上面，放一會兒以后，是否有粘手的感覺；如果結霜但不粘手，說明膨脹閥調整合適，進入蒸發器（4）的液體氟里昂的量也合適；如果結霜又粘手，說明膨脹閥調整的太大，回流的液體氟里昂太多；如果不結霜，說明膨脹閥調整的太小，進入蒸發器（4）的液體氟里昂的量太少。

4.氟利昂充入量。當氟利昂太少時，液體氟利昂不能和氣體CO2充分接觸，氣體CO2不能及時地變成液體，（5）中的壓力降不到要求值，制冷壓縮機就要長時間運轉；由于潤滑油和氟利昂是互溶的，輸送氟利昂的同時溶解的潤滑油對壓縮機起到冷卻和潤滑作用，當氟利昂太少時造成制冷機曲軸箱油溫高、排氣溫度高，壓縮機保護性停機。當氟利昂太多時，排氣壓力高，也造成制冷壓縮機保護性停機。

制冷壓縮機根據被冷卻的CO2系統壓力的不同，讓不同數量的氣缸加載，已經調整合適的膨脹閥因為工作氣缸的數量的不同吸氣壓力會隨之變化。

吸氣壓力調整到0.1～0.2Mpa，觀察視窗（18）中液體氟利昂流動情況，正常情況下液體應充滿（18），不應有氣泡存在，如有氣泡說明氟利昂太少，應補充氟利昂。

5.不凝性氣體對制冷系統的影響。煙絲膨脹系統是開放系統，每一批次都會有高沸點的空氣（不凝性氣體）隨著浸漬器（1）上、下蓋的開關進到CO2系統中，積累到一定數量，導致蒸發器（4）中的氟里昂熱交換效果變差，突出表現就是制冷壓縮機（9）多組氣缸同時運行，CO2系統的壓力還不能降低到要求值。

CO2系統中的不凝性氣體不可能完全排出，只有積累到一定量后手動排出，既保證了系統的正常運行，又減少CO2的浪費。

以制冷壓縮機（9）加載的情況確定，當制冷壓縮機加載75%（三組氣缸同時運行），這時手動排放不凝性氣體，一直排到制冷壓縮機怠速運行。

五、調整效果

膨脹煙絲制冷系統經過維修、調整后，制冷效果有了很大提高，具體數據如下：CO2耗量由調整前的每公斤煙絲耗費0.25公斤降低到0.19公斤，每年節省100噸以上的CO2。3臺總功率為175KW壓縮機由檢修前一開始投入生產就不停的運轉到檢修后只有一半的運行時間，每年可節省42萬度電。