溴化鋰機(jī)組制冷性能下降的原因

何旭東，薛衛(wèi)東，席引尚，喬媛媛

(陜西金泰氯堿化工有限公司，陜西 榆林 718100)

陜西金泰氯堿化工有限公司(以下簡稱金泰氯堿)5 ℃水系統(tǒng)配置3臺溴化鋰機(jī)組，自2005年投入運(yùn)行至今已運(yùn)行10多年，自2014年之后陸續(xù)出現(xiàn)各類異常狀況，導(dǎo)致制冷能力明顯下降，影響生產(chǎn)的滿負(fù)荷運(yùn)行。為此，金泰氯堿結(jié)合生產(chǎn)實際情況，對發(fā)生的各類異常現(xiàn)象進(jìn)行分析研究，并采取有效措施解決問題，保證了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

1 機(jī)組運(yùn)行情況介紹

金泰氯堿一線裝置配置3臺溴化鋰機(jī)組，配套PVC裝置需冷量為2 508～4 180 萬kJ/h (600～1 000萬kcal/h)，設(shè)計使用方式為2開1備，單臺機(jī)組額定制冷能力為1 609萬kJ/h(385萬kcal/h)，蒸汽流量為5.6 t/h,5 ℃水量為770 m3/h，機(jī)組使用蒸汽壓力為0.8 MPa，溫度為280 ℃。 2011年8月，金泰氯堿進(jìn)行了PVC裝置的擴(kuò)能改造，單體系統(tǒng)需冷量增加了約836 萬kJ/h(200萬kcal/h)。擴(kuò)能改造前，2臺機(jī)組運(yùn)行均可滿足生產(chǎn)需求，改造后當(dāng)年8月中旬，在(32±5) ℃溫度環(huán)境下，2臺溴化鋰制冷機(jī)組運(yùn)行一直維持滿負(fù)荷狀態(tài)，高溫再生器溫度最高至153 ℃，已至歷年來最高值；總蒸汽流量最大已至15.9 t/h，超過設(shè)計量42%；機(jī)組溶液泵變頻器已至最大值60 Hz運(yùn)行，2臺機(jī)組供5 ℃水流量已至1 800～2 100 m3/h，約為設(shè)計流量的123%。為保證生產(chǎn)所需及設(shè)備運(yùn)行周期，機(jī)組改為3臺運(yùn)行。表1為溴化鋰機(jī)組歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)。

表1 溴化鋰機(jī)組歷年運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 1 Operation data of lithium bromide unit over the years

從表1可看出:自2014年之后，溴化鋰機(jī)組投用臺數(shù)增加，但機(jī)組能耗明顯增大，制冷能力明顯下降。

2 原因分析

引起溴化鋰機(jī)組制冷能力下降的原因有：冷卻水量過少；冷卻水溫過高；溶液的濃度控制不當(dāng)；溶液的循環(huán)量過少；冷劑水被污染；蒸汽壓力過低；機(jī)組密封性差,滲入空氣或內(nèi)有不凝性氣體；真空泵抽空性能差；吸收器、冷凝器傳熱管水垢太厚或者有污物阻塞。對于上述因素，金泰氯堿逐項進(jìn)行了排查。

(1)冷卻水量過少、冷卻水溫過高。

該機(jī)型溴化鋰機(jī)組的設(shè)計冷卻水量為1 292 m3/h，溫差為5.5 ℃。通過對冷卻水流量測算，單臺溴化鋰機(jī)組的冷卻水流量在1 000 m3/h以上，冷卻水上水溫度為21.5 ℃，回水溫度為25 ℃，均滿足生產(chǎn)需要，故可排除因冷卻水量少、冷卻水溫高引起的制冷能力下降。

(2)溴化鋰溶液濃度控制不當(dāng)。

溴化鋰溶液由質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%溴化鋰溶液和氫氧化鋰、鉬酸鋰、辛醇配制而成的。加入鉬酸鋰起到緩釋阻垢作用，加入氫氧化鋰可將pH值調(diào)整到9～11，加入辛醇可提高溴化鋰溶液表面擴(kuò)張力。對溴化鋰溶液進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表2。

表2 溴化鋰溶液分析數(shù)據(jù)Table 2 Analysis data of lithium bromide solution

從分析結(jié)果可以看出:溴化鋰溶液各項分析值均在控制范圍內(nèi)，排除了溶液濃度對制冷性能的影響。

(3)冷劑水被污染。

正常運(yùn)行時，冷劑水密度應(yīng)小于1.02 kg/m3。抽取冷劑水測量其密度平均為1.05 kg/m3，最高1臺達(dá)到1.1 kg/m3，隨即安排對冷劑水進(jìn)行凈化操作，凈化后冷劑水密度均在1.02 kg/m3以下。機(jī)組投運(yùn)后，制冷能力并未出現(xiàn)明顯提高。

(4)機(jī)組真空度下降問題排查。

機(jī)組真空度不足會嚴(yán)重影響機(jī)組的制冷能力甚至不制冷[1]。而引起機(jī)組真空度不足的原因是機(jī)組運(yùn)行多年后，各個閥門、泵、視鏡、焊縫處等密封點(diǎn)會有微量滲漏，機(jī)組的密封不好會使氧氣進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部，鐵與銅在堿性的溴化鋰溶液中與氧反應(yīng)生成氫氧化物，鐵和銅被氧化失去電子與氫反應(yīng)生成不凝性氣體氫氣，從而影響溴化鋰機(jī)組的真空度。經(jīng)更換3#機(jī)組各個閥門、泵、視鏡墊片，并給墊片處涂膠，對機(jī)組整體進(jìn)行刷漆，再進(jìn)行充氮查漏，多次試漏均未找到漏點(diǎn)。經(jīng)保壓試驗，48 h壓力下降0.01 MPa。因泄漏量太小，目前靠正壓檢漏無法查到漏點(diǎn)。將機(jī)組投入運(yùn)行后，抽真空時間從每班1次延長至每天1次，制冷能力未見明顯提高。這說明該機(jī)組雖然真空度下降較快，但通過加大抽氣頻率，機(jī)組仍可維持制冷，說明該問題不是引起機(jī)組制冷能力下降的主要因素。

(5)機(jī)組換熱能力下降。

隨著機(jī)組運(yùn)行時間增長，冷卻水、冷劑水的污染會嚴(yán)重影響蒸發(fā)器內(nèi)冷劑水與冷水之間的換熱，造成制冷能力下降。機(jī)組內(nèi)換熱銅管結(jié)垢、污堵嚴(yán)重影響機(jī)組的制冷性能，1 mm的污垢可使導(dǎo)熱系數(shù)下降27%～32%。機(jī)組內(nèi)沉淀物的附著也會使熱交換器性能下降，并引起噴淋系統(tǒng)噴嘴的堵塞，導(dǎo)致溴化鋰制冷能力下降。

2014年，因2#機(jī)組溴化鋰?yán)淠靼l(fā)生多次泄漏，故對冷凝器銅管進(jìn)行了更換。更換前后溴化鋰機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。

表3 溴化鋰機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)Table 3 Operation data of lithium bromide unit

從表3可以看出：更換溴化鋰銅管后，機(jī)組的制冷能力明顯提高，說明冷凝器傳熱管傳熱性能下降是引起機(jī)組制冷能力下降的主要原因。

3 經(jīng)濟(jì)效益

對各種原因進(jìn)行逐項排查后，發(fā)現(xiàn)冷凝器傳熱管傳熱性能下降是引起溴化鋰機(jī)組制冷能力下降的主要原因，所以更換了機(jī)組冷凝器。從經(jīng)濟(jì)效益看，按節(jié)約蒸汽2.13 t/h、蒸汽價格60元/t、1年運(yùn)行時間8 000 h計算，去除機(jī)組更換冷凝器銅管費(fèi)用約20萬元，每年可節(jié)約費(fèi)用102.24萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)語

金泰氯堿的溴化鋰機(jī)組設(shè)計使用壽命為60 000 h，超過此運(yùn)行時間后，機(jī)組出現(xiàn)異常狀況的概率大增，嚴(yán)重時影響到整體生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。在機(jī)組日常運(yùn)行管理到位后，機(jī)組結(jié)垢問題是影響機(jī)組制冷能力下降的主要因素，所以在溴化鋰機(jī)組運(yùn)行后期，要加強(qiáng)機(jī)組的日常運(yùn)行管理和計劃性維護(hù)檢修，加強(qiáng)冷卻水水質(zhì)管理，定期對機(jī)組換熱器進(jìn)行清洗，通過解決機(jī)組傳熱問題，可極大地提高機(jī)組制冷能力，延長機(jī)組的使用壽命。