溴化鋰制冷機(jī)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行攻關(guān)

肖篤斌

(中國(guó)石化洛陽(yáng)分公司，河南 洛陽(yáng) 471012)

隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們生活水平的日益提高，需要制冷設(shè)備的范圍越來(lái)越廣，需求量也越來(lái)越大，因而制冷技術(shù)也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，制冷設(shè)備與日俱增。比如需要用到制冷設(shè)備的地方有:用冷庫(kù)、家庭用冰箱等來(lái)保存食品，要求食品的溫度低于常溫，甚至要低于零度;星級(jí)賓館要求室溫常年控制在某一范圍內(nèi)，以滿足客人身體舒適的需要;有些生產(chǎn)工藝，如紡織等亦需要進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)以滿足生產(chǎn)工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量等等。

洛陽(yáng)分公司空壓車間冷凍站的溴化鋰制冷機(jī)為吸收式制冷機(jī)，整個(gè)制冷循環(huán)過(guò)程中，溴化鋰溶液在機(jī)組內(nèi)吸收蒸汽的熱量由稀變濃，吸收流經(jīng)機(jī)組銅管內(nèi)的循環(huán)水的熱量，而循環(huán)水吸熱汽化后的熱能被冷凍水吸收，冷凍水的溫度從而降低送出。主要向長(zhǎng)絲車間、短絲車間和合纖裝置正常生產(chǎn)過(guò)程中提供空調(diào)用冷凍水及部分設(shè)備冷卻用水。自2009年以來(lái)，6臺(tái)制冷機(jī)組出現(xiàn)故障率上升、制冷效果變差、個(gè)別機(jī)組出現(xiàn)長(zhǎng)期不能備用現(xiàn)象，導(dǎo)致外供的冷凍水溫度不能滿足裝置的生產(chǎn)需要，嚴(yán)重影響長(zhǎng)絲、短絲的產(chǎn)品質(zhì)量。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，采取必要措施實(shí)現(xiàn)機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 溴化鋰制冷機(jī)的制冷原理

1.1 制冷循環(huán)

溴化鋰吸收式制冷機(jī)是利用水在低壓真空環(huán)境下的蒸發(fā)進(jìn)行制冷的，利用吸收劑(溴化鋰溶液)極易吸收制冷劑(水)的特性，通過(guò)溴化鋰溶液的濃度變化(發(fā)生與吸收過(guò)程)使制冷劑在封閉的系統(tǒng)中不斷地循環(huán)，這就是吸收式制冷循環(huán)的基礎(chǔ)。空壓車間冷凍站溴化鋰吸收式制冷機(jī)是蒸汽雙效型機(jī)組，其制冷循環(huán)原理框圖見(jiàn)圖1。

圖1 蒸汽雙效型機(jī)組制冷循環(huán)原理圖Fig.1 Steam double compressor refrigeration cycle diagram

1.2 發(fā)生—冷凝過(guò)程

在高壓發(fā)生器中，稀溶液被高溫?zé)嵩醇訜幔渌魵獾姆謮毫Σ粩嗌撸?dāng)溶液中的水蒸氣壓超過(guò)發(fā)生器中的壓力時(shí)，水蒸氣從溶液中蒸發(fā)出來(lái)，作為低壓發(fā)生器的加熱熱源，對(duì)低壓發(fā)生器中的中間溶液進(jìn)行加熱放出熱量而成為冷劑水，冷劑水經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入冷凝器，低壓發(fā)生器中的中間溶液經(jīng)加熱產(chǎn)生低壓冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器內(nèi)，被冷卻水冷凝成冷劑水。

1.3 蒸發(fā)—吸收過(guò)程

冷凝器中的冷劑水經(jīng)“U”形管流入蒸發(fā)器液囊，再由冷劑泵從蒸發(fā)器液囊送至噴嘴，將冷劑水噴至蒸發(fā)器的換熱管(即冷水管)表面，蒸發(fā)吸熱，吸取管內(nèi)冷水的熱量氣化成冷劑蒸汽。

低壓發(fā)生器濃縮后的濃溶液經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器進(jìn)入吸收器，經(jīng)淋激盤均勻布在第一排換熱管上，在吸收來(lái)自蒸發(fā)器冷劑蒸汽的同時(shí)，放出凝結(jié)熱，這部分凝結(jié)熱量由管內(nèi)的冷卻水帶出機(jī)組。

1.4 熱交換器換熱過(guò)程

高低溫?zé)峤粨Q器又稱為溶液熱交換器，其作用是回收熱量，提高機(jī)組的效率。一方面，使進(jìn)入發(fā)生器的稀溶液溫度升高，降低發(fā)生器的熱負(fù)荷;另一方面，冷卻發(fā)生器出來(lái)的濃溶液，減少吸收器的熱負(fù)荷。

凝結(jié)水熱回收器是用來(lái)回收蒸汽機(jī)組中工作蒸汽凝結(jié)水的余熱，降低凝結(jié)水的溫度，提高能源的利用率。

2 影響溴化鋰吸收式制冷機(jī)性能的條件分析

溴化鋰吸收式制冷機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，往往由于氣候、負(fù)荷和熱源參數(shù)等外界條件的變化，以及機(jī)組本身內(nèi)部條件的改變等，使制冷機(jī)不能在名義設(shè)計(jì)工況下工作，并引起制冷機(jī)的制冷量、熱源消耗量等性能指標(biāo)發(fā)生變化。影響機(jī)組性能的主要因素包括:外部條件［1］(冷水出口溫度、熱源溫度、冷卻水進(jìn)口溫度、冷水與冷卻水流量等)和內(nèi)部條件(溴化鋰溶液循環(huán)量、不凝性氣體的存在、傳熱管的結(jié)垢、冷劑水的污染以及表面活性劑的添加等)方面。

掌握外部條件和內(nèi)部條件的變化對(duì)溴化鋰制冷機(jī)性能的影響，特別是掌握機(jī)組的變工況特性，對(duì)于正確設(shè)計(jì)機(jī)組的調(diào)節(jié)控制方法、合理選用機(jī)組、確保機(jī)組無(wú)故障操作，并實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2.1 冷水出口溫度的影響

外界空調(diào)負(fù)荷隨季節(jié)和空調(diào)對(duì)象的發(fā)熱量經(jīng)常變化，而機(jī)組產(chǎn)生的制冷量必須與外界空調(diào)熱負(fù)荷相匹配，這就要求機(jī)組的制冷量也要隨之變化。若機(jī)組的其他運(yùn)轉(zhuǎn)條件不變即冷卻水進(jìn)口溫度、熱源溫度、冷水與冷卻水流量、稀溶液循環(huán)量為定值，當(dāng)外界空調(diào)熱負(fù)荷低于機(jī)組名義制冷量時(shí)，冷水進(jìn)口溫度將降低，經(jīng)過(guò)溴化鋰吸收式機(jī)組后，冷水出口溫度亦隨之下降。

2.2 冷卻水進(jìn)口溫度的影響

在使用冷卻塔的冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水進(jìn)口溫度是通過(guò)啟、停冷卻塔風(fēng)機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)，而冷卻塔的冷卻能力又和周圍空氣的干濕球溫度有關(guān)，故冷卻水溫度隨季節(jié)而變化。當(dāng)其他條件不變而冷卻水進(jìn)口溫度變化時(shí)，制冷量也隨之發(fā)生變化，與名義工況相比較，冷卻水進(jìn)口溫度每升高1℃，制冷量約下降5%～8%。

2.3 冷卻水量的影響

冷卻水量變化對(duì)制冷量的影響，與冷卻水進(jìn)口溫度變化對(duì)制冷量的影響相似。當(dāng)冷卻水量提高，則吸收器出口冷卻水溫度下降，冷凝器出口冷卻水溫度下降，同時(shí)吸收器、冷凝器中傳熱管內(nèi)冷卻水的流速上升，增強(qiáng)了換熱效果。這樣，吸收器出口稀溶液濃度下降，發(fā)生器出口濃溶液濃度提高，制冷量上升。

2.4 冷水量的影響

當(dāng)蒸發(fā)器冷水溫度恒定時(shí)，冷水量變化對(duì)制冷量的影響較冷卻水量變化對(duì)制冷量的影響較小。當(dāng)冷水量降低時(shí)，冷水出口溫度差增大。若冷水出口溫度恒定，冷水進(jìn)出口平均溫度值上升，使傳熱溫差增大。另一方面，蒸發(fā)器管內(nèi)冷水流速下降，致使傳熱系數(shù)下降。

2.5 熱源溫度的影響

空壓車間冷凍站溴化鋰制冷機(jī)組的熱源來(lái)源于熱電站專供化纖板塊的蒸汽線，蒸汽壓力為1.0 MPa，蒸汽溫度在160～180℃。熱源溫度即為加熱蒸汽壓力所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度，因而可看作加熱蒸汽壓力對(duì)制冷量的影響。

提高加熱蒸汽壓力，是提高機(jī)組制冷量的方法之一。但隨著加熱蒸汽壓力的提高，濃溶液的濃度升高，機(jī)組在高濃度下運(yùn)行，易產(chǎn)生結(jié)晶，特別是雙效機(jī)組，若加熱蒸汽壓力過(guò)高，高壓發(fā)生器中溶液溫度超過(guò)一定值時(shí)，會(huì)使鉻酸鋰緩蝕劑失效而影響緩蝕效果。空壓冷凍站雙效蒸汽型溴冷機(jī)L103和L105在2010年8月份因?yàn)檎羝麎毫Σ▌?dòng)大而結(jié)晶。

2.6 表面活性劑的影響

為了提高熱交換設(shè)備的熱、質(zhì)交換效果，常在溴化鋰溶液中加入表面活性劑，如辛醇。這類活性劑能強(qiáng)烈地降低表面張力，可以提高機(jī)組吸收器的吸收效果和冷凝器的冷凝效果。

2.7 不凝氣體的影響

不凝氣體指溴化鋰吸收式機(jī)組工作時(shí)，既不會(huì)冷凝，也無(wú)法被溴化鋰溶液所吸收的氣體。外部漏入機(jī)組的空氣(氧氣、氮?dú)獾?及內(nèi)部腐蝕而產(chǎn)生的氫氣，均屬不凝性氣體。由于溴化鋰吸收式機(jī)組是在高真空下工作的，蒸發(fā)器、吸收器中的絕對(duì)工作壓力僅有幾百帕(6～7 mmHg)，外部空氣極易漏入，即使制造完好的機(jī)組，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的不斷增加，也難保證機(jī)組的絕對(duì)氣密性。同時(shí)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，溶液總會(huì)腐蝕鋼、銅等金屬材料而生成氫氣，這類不凝性氣體即使數(shù)量極微，對(duì)機(jī)組性能也將會(huì)產(chǎn)生極大的影響。

2.8 溶液循環(huán)量的影響

當(dāng)蒸汽壓力一定時(shí)，溶液循環(huán)量減少，導(dǎo)致機(jī)組的制冷量降低。反之，溶液循環(huán)量增大，機(jī)組制冷量上升。

當(dāng)然，也不是說(shuō)溶液循環(huán)量越大越好，當(dāng)發(fā)生器熱負(fù)荷一定時(shí)，溶液循環(huán)量過(guò)大，容易導(dǎo)致冷劑蒸汽的發(fā)生量減少，從而使制冷量下降，因此，在一定的外界加熱條件下，溶液循環(huán)量有一最佳值，并且不同的機(jī)組根據(jù)自身設(shè)備的特性最佳值也不一樣。

2.9 冷劑水的純度

由于運(yùn)轉(zhuǎn)條件變化(如熱源溫度突然升高或冷卻水溫過(guò)低)，或機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)初期溶液濃度過(guò)稀，加之操作不當(dāng)?shù)仍颍l(fā)生器中的溴化鋰溶液可能隨冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器，使冷劑水中含有溴化鋰，這種現(xiàn)象稱為冷劑水污染。

冷劑水污染對(duì)制冷量的影響可以通過(guò)機(jī)組吸收機(jī)理加以說(shuō)明:冷劑水含溴化鋰后實(shí)際呈稀溶液狀態(tài)，而在同一溫度下溴化鋰水溶液的飽和蒸汽壓力總是低于純水的蒸汽壓力，在同一蒸發(fā)溫度下，蒸發(fā)壓力降低，即吸收液周圍的冷劑蒸汽壓力下降，因此傳質(zhì)推動(dòng)力減小，吸收效果下降，制冷量下降。

2.10 污垢系數(shù)的影響

溴化鋰吸收式機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，在傳熱管內(nèi)壁與外壁逐漸形成了一層污垢，污垢的影響常用污垢系數(shù)來(lái)度量，污垢系數(shù)越大，則熱阻越大，傳熱性能越差，機(jī)組制冷量下降。

水側(cè)污垢的形成取決于管內(nèi)流動(dòng)的水質(zhì)，可見(jiàn)水質(zhì)的變化對(duì)機(jī)組制冷量性能有較大的影響，尤其是冷卻水的水質(zhì)，除了使機(jī)組結(jié)垢，還使機(jī)組產(chǎn)生腐蝕，影響到機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與使用壽命。

3 溴冷機(jī)存在的問(wèn)題狀況分析

目前機(jī)組存在的問(wèn)題狀況:

1.設(shè)備本體原因。機(jī)組從1999年11月運(yùn)行至今有13年，部分設(shè)備組件已經(jīng)到壽命期，如其中蒸汽自動(dòng)調(diào)節(jié)閥現(xiàn)今有5個(gè)不能投用，起不到調(diào)節(jié)蒸汽壓力的作用，對(duì)機(jī)組高壓發(fā)生器沖擊較大;蒸發(fā)器、吸收器及冷凝器里面的銅管長(zhǎng)時(shí)間通循環(huán)水，已結(jié)垢嚴(yán)重，嚴(yán)重影響機(jī)組的換熱效果;凝水換熱器里面的銅管長(zhǎng)期通入高溫介質(zhì)，部分銅管出現(xiàn)漏點(diǎn)，導(dǎo)致管程與殼程互相竄流，使溴化鋰溶液的濃度降低，大大降低了制冷效果。

2.外界因素。空壓冷凍站溴冷機(jī)是通過(guò)高壓蒸汽在高壓發(fā)生器中給溴化鋰溶液加熱，所產(chǎn)生的高溫冷劑水蒸氣再給低壓發(fā)生器加熱，使低壓發(fā)生器中溴化鋰溶液濃度進(jìn)一步提高，然后濃溶液經(jīng)過(guò)噴淋管噴淋，跟冷凍水進(jìn)行熱交換，達(dá)到降低冷凍水溫的目的。在這個(gè)熱交換循環(huán)的過(guò)程中，蒸汽壓力是一個(gè)不穩(wěn)定的因素，壓力過(guò)高，會(huì)致使溴化鋰溶液濃度過(guò)高而結(jié)晶，起不到制冷效果。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在蒸汽總管線上加上了一個(gè)蒸汽自立式調(diào)節(jié)閥及6個(gè)蒸汽自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，并在蒸汽管線上加上跨線，進(jìn)一步可調(diào)蒸汽壓力，現(xiàn)由于長(zhǎng)期通入高溫蒸汽，導(dǎo)致管線上的調(diào)節(jié)閥、截止閥開(kāi)關(guān)不靈活，致使蒸汽壓力成為一個(gè)不可控制的因素，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)蒸汽高壓使溴化鋰溶液結(jié)晶事故的發(fā)生。

3.設(shè)備管理上的軟件欠缺。其中一臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)L106沒(méi)有引入PLC監(jiān)控，導(dǎo)致在崗職工在操作室不能監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，需要職工經(jīng)常往返廠房觀察機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，這就會(huì)有時(shí)間差，使職工不能及時(shí)調(diào)整機(jī)組的制冷效果，導(dǎo)致總的機(jī)組制冷效果差。另外5臺(tái)L101～L105溴化鋰制冷機(jī)PLC監(jiān)控也因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行有些線路老化、短接，致使一些參數(shù)不能客觀準(zhǔn)確地反映出來(lái)。

4 解決對(duì)策及能達(dá)到的效果

1.對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)致老化、腐蝕的關(guān)鍵機(jī)組配件進(jìn)行更換。如長(zhǎng)期處于高溫蒸汽介質(zhì)環(huán)境中的蒸汽調(diào)節(jié)閥、凝水換熱器，處于低溫環(huán)境的高低溫?fù)Q熱器。爭(zhēng)取在硬件上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期運(yùn)行保障。

2.對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修。蒸發(fā)器、吸收器及冷凝器里面的銅管長(zhǎng)時(shí)間與循環(huán)水換熱，結(jié)垢嚴(yán)重，影響機(jī)組的換熱效果，對(duì)換熱器進(jìn)行清洗，更換溶液等。提高換熱系數(shù)，保證機(jī)組有良好的換熱效果。

3.提高職工操作技能，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化操作。溴化鋰制冷機(jī)在蒸汽壓力不穩(wěn)的情況下易出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象，在正常生產(chǎn)過(guò)程中加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化操作，穩(wěn)定蒸汽壓力，避免蒸汽波動(dòng)。有條件的定期組織職工進(jìn)行有關(guān)溴化鋰制冷機(jī)組方面的培訓(xùn)，強(qiáng)化技術(shù)水平，提高專業(yè)操作技能。

4.儀控系統(tǒng)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測(cè)。對(duì)運(yùn)行參數(shù)沒(méi)有引入操作室的第6臺(tái)制冷機(jī)，通過(guò)儀控系統(tǒng)改進(jìn)，引入到室內(nèi)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決，在軟件方面杜絕次生事件發(fā)生。

5.加強(qiáng)日常運(yùn)行管理和維護(hù)。根據(jù)運(yùn)行情況及時(shí)對(duì)機(jī)組進(jìn)行抽真空，保證機(jī)組在良好的環(huán)境中工作。定期檢測(cè)冷劑水的pH值，觀察顏色。定期檢測(cè)溴化鋰溶液的pH值、濃度和顏色，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證溶液不受污染。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合石化行業(yè)的工作環(huán)境及使用介質(zhì)情況，優(yōu)化操作條件，掌握溴化鋰吸收式制冷機(jī)的工作原理及條件要求，加強(qiáng)機(jī)組日常的一些維護(hù)與保養(yǎng)工作非常有必要，為機(jī)組長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。同時(shí)及時(shí)有效地為下游長(zhǎng)絲車間、短絲車間和合纖裝置正常生產(chǎn)過(guò)程提供空調(diào)用冷凍水及部分設(shè)備冷卻用水。

［1］梅炳良.蒸汽型溴化鋰制冷機(jī)制冷技術(shù)［Z］.江蘇:江蘇雙良制冷出版，2002:62-65.