淺析溴化鋰冷水機組結晶的原因及處理方法

蔣雪冬

摘 要：本單位采用的設備為遠大Ⅶ型溴化鋰直燃機，共3臺機組。自1999年開始投入運行以來，在我單位所有運行及維護人員的精心維護下，一直處于正常平穩的運行狀態，圓滿的完成了廣播大樓每年度的供冷，供暖及衛生熱水的工作。但任何設備在運行過程中總會出現或大或小的各種故障。本文就遠大Ⅶ型直燃機機組在調試過程中曾經出現的一次比較嚴重的結晶故障結合：溴化鋰直燃機組的的工作原理、結晶的概念、本次結晶故障出現過程、本次結晶故障處理的過程、可能導致結晶故障發生原因的分析、本次故障原因分析等幾方面進行的總結分析。

關鍵詞：溴化鋰；結晶；冷劑水；溶液

中圖分類號：TB651 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0064-02

1 溴化鋰冷水機組的工作原理

1.1 溴化鋰溶液的性質

溴化鋰溶液是由溴化鋰溶于水而得，標準大氣壓下溴化鋰的沸點是1265℃，水的沸點是100℃，二者沸點之間相差很大，因此溴化鋰溶液沸騰時產生的蒸汽基本上沒有溴化鋰，只有水蒸氣。溴化鋰水溶液是一種無色無毒的液體，具有非常強烈的腐蝕性和吸收性，因此通常情況下都是密封保存的。

1.2 溴化鋰冷水機組的工作原理

機組由高壓發生器（高發）、低壓發生器（低發）、蒸發器、吸收器、冷凝器、高溫熱交換器（高交）、低溫熱交換器（低交）等主要部件組成。稀溶液經發生泵后分兩路，其中一路經高交到高發由燃燒機加熱分離成高溫蒸汽和濃溶液，高溫蒸汽首先進入低壓發生器，加熱其中的稀溶液，同時自身降溫后進入冷凝器，冷凝成冷劑水后進入蒸發器進行噴淋。高發中的濃溶液經高交后進入吸收器，經吸收泵進行噴淋后吸收蒸發器中的冷劑水蒸汽成為稀溶液后再次循環，如此往復。另一路稀溶液經低交進入低發，經高發中來的高溫蒸汽加熱后分離成蒸汽和濃溶液后，蒸汽進入冷凝器，濃溶液經低交進入吸收器后進行噴淋，吸收蒸發器中的冷劑水蒸汽成為稀溶液后繼續參加循環。以上過程均在真空狀態下進行，蒸發器中的最低壓甚至可以達到6mm hg左右，水在此環境下的蒸發溫度只有大約4℃，因為溴化鋰溶液具有非常強烈的吸收性，吸收周圍的冷劑水蒸汽，從而維持一個低壓的環境，溴化鋰冷水機組的制冷就是利用這個原理實現的。

2 結晶的概念

結晶是指熱的飽和溶液冷卻后，溶質以晶體的形式析出這一過程叫結晶。結合到遠大直燃機，它是利用“溴化鋰—水”組成的二元溶液為工質對完成制冷循環。溴化鋰是一種無機鹽，它在不同的溫度下有相應的溶解度，溫度越高相應的溶解度也越高，一定濃度的溶液當其溫度降低到結晶溫度時就會析出溴化鋰晶體，發生比較輕微的結晶時，晶體會被流動的溶液帶走，機組的正常運行不會受到影響。當結晶現象嚴重時，析出的溴化鋰晶體就有可能阻塞溶液流通路徑（如：熱交換器出口部分及溶液管道），致使溴化鋰水溶液不能正常循環流動，從而導致制冷機也就無法正常運行，嚴重的結晶情況可能造成機組報廢。

3 結晶故障出現過程

1999年五月底，大樓還在裝修中，C區提前使用，此時中午時段氣溫較高，部分辦公室內感覺很熱，于是決定提前調試直燃機單獨為C區供冷。機組運行兩小時左右時開始出現異常，高發內溶液超溫報警，高發液位波動異常，同時制冷效果大幅下降，已經開始下降的冷水溫度開始迅速上升，停機檢查后發現高溫熱交換器出口管路溫度明顯偏低（此處正常運行時手感較熱）。結合以上各種現象分析后確定，高溫熱交換器出口部分出現結晶，析出的溴化鋰晶體堵塞了管路，致使高發流出的濃溶液不能正常到達吸收器，從而影響了整個機組溶液的正常循環。

4 結晶故障處理的過程

確定了故障及故障發生的部位后，立即著手進行處理。首先減少燃燒量，間歇啟動燃燒機，控制高發溫度在110℃-130℃之間，關小冷卻水泵的出口閥，減少冷卻水量，把稀溶液溫度控制在60℃左右，間斷啟動發生泵，由于結晶較為嚴重，反復采用此法溶晶，結晶未解除，隨后采取在結晶部位用紅外燈在局部加熱，榔頭敲擊震動，均無明顯效果，最后，向機組內加大約150公斤自來水以稀釋溶液（理應加蒸餾水，鑒于情況急無蒸餾水），反復采用以上方法，經過近兩晝夜工作，最終結晶問題得到解決。

溶晶后，及時調整燃燒量，調整濃度調節閥，調整設定參數，各項準備工作做好后，按照正常開機程序開機，待機組運行穩定后，通過自制的一個特殊裝置把溶晶時加入機組內的自來水取出。然后，對機組溶液進行化驗，然后對溶液進行再生處理。最終使機組恢復正常運行。

5 可能導致結晶故障發生原因的分析

可能導致機組出現結晶的原因有很多種：

5.1 機組內有大量不凝性氣體存在或者機組發生局部泄漏

機組內有大量不凝性氣體存在或者機組發生局部泄漏，使得吸收器及蒸發器內的壓力迅速上升，從機組正常壓力的幾十Pa升高到幾百Pa，甚至達到幾千Pa，過高的蒸發壓力會嚴重影響冷劑水的蒸發，造成機組制冷效果顯著下降。同時吸收器內的濃溶液不能充分吸收冷劑水蒸汽，在沒有得到充分稀釋的情況下即被送往高發和低發，開始新的發生過程，這種濃度的溶液被進一步濃縮，再經熱交換器降溫進入吸收器。由于此濃溶液流經熱交換器時的濃度、溫度不同，有可能在熱交換器濃溶液出口段、熱交換器內、熱交換器濃溶液入口段中某一個部位，由于濃溶液溫度降至析晶點而析出溴化鋰晶體，晶體不斷生長，則有可能會引發機組結晶故障。

5.2 機組冷卻水流量過大或溫度過低

溴化鋰濃溶液在吸收冷劑水蒸汽的稀釋過程中會放出大量熱量，冷劑水蒸汽冷凝為低溫冷劑水過程中也會放出大量熱量。這兩部分熱量均由流經吸收器的冷卻水負責帶走，如果冷卻水流量過大或溫度過低，可能使吸收器中的溶液溫度降得過低達到析晶點，從而出現結晶現象。所以控制好冷卻水流量大小和進水溫度是防止機組出現結晶的關鍵因素之一。

5.3 機組負荷過小

機組負荷過小會使機組制取的冷量不能及時傳送出去，如果機組的制冷量大于冷凍水所帶走的冷量，必將使蒸發器內的蒸發溫度不斷降低，嚴重時可導致凍管現象的發生，也可能因冷劑蒸汽溫度太低而導致稀溶液溫度降低，在流經熱交換器內時使流經的濃溶液溫度降到析晶點，從而發生結晶故障。

5.4 冷劑水污染

溴化鋰冷水機的冷劑水在一般情況下是在高低壓發生器內從其溶液中蒸發出的純凈水蒸汽經冷凝而成的。但在某些特殊情況下，例如：、蒸汽壓力波動劇烈、溶液循環量過大、機內存在大量不凝性氣體等使高發或低發內的液位提高，以至于部分溶液直接進入凝結水盤后流入蒸發器內參與冷劑水噴淋，因溴化鋰分子本身在蒸發器內并不能蒸發（它的蒸發溫度是1265℃），直接進入冷劑水水箱，參與冷劑水再循環。由于冷劑水中含有溴化鋰分子將使得冷劑水的蒸發溫度明顯升高，冷劑水蒸發量也將顯著減少。從而稀溶液濃度升高，再次進入高發及低發后溴化鋰溶液又將進一步被濃縮，如此循環，則極易導致機組結晶故障的發生。

5.5 溶液循環量調整不當

高發溶液循環量過小或過大都對機組的運行不利，循環量過大容易使溶液泵負荷增加，從而長時間高頻率的運轉，循環量過小則容易使高發溫度上升速度過快，與其他部位溫差過大從而出現結晶的現象。

5.6 參數設置不當

機組運行參數的設置應綜合機組本身的狀況及負荷的大小等多方面因素綜合考慮，一旦參數設置不當，會使機組運行出現很多意想不到的情況，嚴重的就可能機組結晶的情況。

5.7 環境因素

機組所處環境的溫度濕度等對機組的平穩運行也有很大的影響。

6 本次故障原因的具體分析

通過對本機組的實際運行情況檢查分析，造成機組出現結晶故障的原因包括（1）冷卻水溫度偏低，當時冷卻水的溫度為22℃，機組參數設定值要求為不低于24℃。（2）機組負荷過小，當時整個大樓只有C區的辦公區運行，從而使機組處于一種“大馬拉小車”的狀態。（3）高發溶液循環閥調節不當，經檢查當時該閥設置偏小，從而造成溶液升溫過快。（4）大火啟動溫度偏低（工程師采用手動模式），調試階段大火啟動溫度設置過低導致燃燒量過大，溶液升溫過快，同時由于機組采用的是與以往機組不同的板式熱交換器，換熱效率大大高于以往的殼管式熱交換器，交換器出口溫度比以前的低很多（這也是當時的調試工程師所未料到的）。（5）環境溫度偏低，盡管當時室外溫度已達到30℃左右，由于機組處于地下二層，機房又正在施工，遍地污水，陰冷潮濕，機組附近的溫度也就十幾攝氏度。以上因素綜合在一起，造成了這次比較嚴重的結晶故障。

7 結語

這次結晶故障發生在機組的調試階段，雖然當時操作者是廠家的技術工程師，但作為一直參與此次故障處理全過程的我來說，可以說是受益匪淺，對后來的運行維護工作也積累了很多寶貴的經驗和啟示。那就是要想做好機組的運行維護工作首先要深入了解自己的設備，熟練掌握設備的操作使用方法，具備一定的處理突發事故的能力，同時還能實時更新對設備的認識，跟上設備更新改造的步伐，只有這樣才能更好的運用，掌握，駕馭它。從而使設備滿足不斷增加的更高的要求。再就是要愛護自己的設備，維護保養樣樣及時到位，防患于未然，盡可能的把工作做在前面，不要等問題出現了才去補救，只有這樣平時做好維護保養工作，才能使設備一直保持正常的運行，到了關鍵時刻才不至于出問題。

以上是本人對直燃機曾經出現的一次結晶故障的分析與總結，如有不當之處，敬請批評指正。

參考文獻：

[1]戴永慶.溴化鋰吸收式制冷技術及應用[M].機械工業出版社，1999.

[2]何耀東.空調用溴化鋰吸收式制冷機[M].中國建筑工業出版社，1996.