淺析溴化鋰吸收式制冷機組密性對機組運行的影響

王曉國

摘 要：溴化鋰吸收式制冷機組是某型船大氣環境綜合控制系統的關鍵設備，為全船空調系統提供冷媒水，具有經濟性高、工作安全可靠、機組振動噪音小等特點。前期，某船航行過程中，本設備因密性破壞機組無法工作導致該船返航，造成極大經濟損失。本文主要從機組密性破壞對設備運行產生影響進行深入分析，提出了應對措施，對后續該型設備修理、試驗具有現實的指導意義。

關鍵詞：溴化鋰吸收式制冷機;機組密性;機組運行

1引言

溴化鋰吸收式制冷機組是某型船大氣環境綜合控制系統的關鍵設備，為海上正常航行和碼頭熱態系泊等工況常用制冷機組，為全船空調系統及其它空調冷水用戶提供空調冷媒水，保證了船員身心健康和機電設備可靠的工作。該制冷機組與其他類型的制冷機相比，其優點是能利用該型船動力裝置的廢熱或低壓蒸汽來制冷，經濟性高，無毒無味無爆炸危險，工作安全可靠;運動部件少，機組振動噪音小，操作維護方便等。但也有缺點，主要是機組對氣密性要求高，即使漏入微量的空氣也會影響機組的性能。

2 故障情況

2018年某船在海上航行時，監控人員發現溴化鋰制冷機組冷媒水出口溫度突然持續上升，制冷量持續下降。采用對機組抽真空等措施后，機組仍無法恢復正常運行。隨后停止機組，開展冷機狀態排查，對機組內溴化鋰溶液取樣化驗發現機組中稀溶液密度為1.24kg/L，低于正常值。隨即通過關閉相應系統閥門方式，檢查機組冷媒水傳熱管和加熱蒸汽傳熱管未存在泄漏現象后，初步判定海水冷卻的傳熱管發生泄漏。船返港?？看a頭后，對機組充氮氣至0.05MPa時，發現冷凝器出口法蘭有氣流流出，拆卸冷凝器端蓋并將氣壓升至0.1MPa，定位至面對管板，自中間隔板位置向船舷數第3列、自上向下數第7行的一根冷凝器傳熱管存在泄漏。利用拔管專用工裝將泄漏的傳熱管拔出后，發現在傳熱管沉積物易聚集的底部有一個直徑約1mm的孔洞，具體孔洞樣式見圖1所示。工廠利用盲堵對拔管后的冷凝器傳熱管管板孔洞焊接封堵，機組經蒸餾水串洗清潔（直至氯化物離子濃度小于500PPm為止）、氮氣正壓保壓密性試驗、真空保壓密性試驗，加注溴化鋰溶液后起機，機組運行平穩各運行參數工作正常。

3 機組組成及制冷工作原理

該型船溴化鋰吸收式制冷機組主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器等換熱設備和自動控制裝置、自動抽氣裝置、報警裝置以及冷劑泵、發生泵、吸收泵、真空泵、真空閥件等配套設備組成。其主要工作原理是以水作為制冷劑，溴化鋰溶液作為吸收劑，利用水在高真空下蒸發（絕對壓力為5.3mmHg柱時，相應水的蒸發溫度為2℃），吸收空調冷媒水熱量以達到空調制冷效果，具體工作流程原理見圖2所示。本設備實際運行工況為：當蒸發器冷媒水出水溫度為5℃時，蒸發器、吸收器工作絕對壓力為650Pa，即該設備正常運行時機組內部始終處于高真空狀態。

4 機組密性對機組的影響

a）對機組性能直接影響

1）吸收器、冷凝器傳熱管破損泄漏造成機組密性破壞時，冷卻海水直接進入機組內，造成吸收劑溴化鋰溶液污染，隨著海水的不斷進入，機組內的絕對氣密性破壞，運行的機組將依次出現制冷量降低直至機組無法正常制冷停機，或者直接停機等故障。

2）蒸發器、發生器傳熱管破損泄漏造成機組密性破壞時，冷媒水或水蒸汽直接進入機組內，造成溴化鋰溶液稀釋污染，隨著冷媒水或蒸汽的不斷進入，機組內的絕對氣密性破壞，運行的機組將依次出現制冷量降低、結晶，直至停機或者直接停機等故障。

3）屏蔽泵、真空泵、真空閥件等部件泄漏造成機組密性破壞時，空氣進入機組，空氣中的氮氣等將以不凝性氣體形式存在，易聚集于冷凝器和吸收器中，增大冷凝換熱器的熱阻和阻礙吸收器傳熱管與吸收溶液的熱傳導，降低溴化鋰稀溶液吸收過程和冷凝過程的傳質推動力及吸收系數、冷凝傳熱系數，從而直接造成吸收速率和冷凝效率的下降，機組制冷量大幅度降低。有數據標明，機組內含有1%的不凝性氣體，冷凝傳熱系數會下降約60%。隨著空氣的不斷大量進入機組內絕對氣密性破壞，機組制冷量將持續降低，出現結晶直至停機或者直接停機等故障。

b）對機組設備間接影響

1）該機組殼體為碳鋼結構，傳熱管為銅質。機組運行時蒸發器、吸收器、冷凝器工作溫度高（濃溶液溫度為94.6℃，中間溶液溫度為62.5℃，蒸發器傳熱管內為飽和蒸汽），機組內部結構長期處于高溫濕熱惡劣環境工作狀態。吸收器、冷凝器傳熱管若破損，冷卻海水直接泄漏至機組內部，海水中鹽類易在殼體底部及傳熱管內壁結垢或雜質沉積。因結垢和雜質沉積區域密度、厚度和化學組成通常呈現不均勻狀態，而這種不均勻的覆蓋可造成殼體、傳熱管金屬表面電化學不均勻性，阻礙金屬陽離子的擴散，引發電化學腐蝕反應，雜質的沉積還會使水中的某些腐蝕成分如H+、Cl-、S2-等在垢下金屬表面富集，進一步導致殼體、傳熱管局部被損傷減薄。

2）屏蔽泵、真空泵、真空隔膜閥件等部件若密封失效泄漏，則空氣進入機組，因溴化鋰溶液是一種較強的堿性腐蝕介質，空氣中的氧與機組殼體中金屬鐵及傳熱管中金屬銅進行電化學反應，失去2個或3個電子，生成鐵和銅的氫氧化物，最終形成腐蝕產物。同時氧化失去的電子與溶液中的氫離子結合產生H2，H2與空氣中的N2等以不凝性氣體的形式在機組內存在，直接影響吸收過程和冷凝過程的進行，降低機組的制冷量。

3）因海水泄漏或空氣進入機組產生的鐵銹、銅銹等腐蝕產物，在溴化鋰溶液的沖刷作用下，將從殼體內表面或傳熱管的外壁上脫離，隨溶液循環極易造成各換熱器噴嘴和屏蔽泵濾網的堵塞，妨礙機組的正常運行。

5 措施及效果

通過分析研究機組密性對機組運行的影響，制定了以下措施并在該型船后續溴化鋰制冷機組的修理中實施，經過機組實際運行檢驗至今未再發生因機組密性破壞導致機組無法運行故障。具體實施措施為：

1）結合該型船計劃修理，對溴化鋰制冷機組換熱器的傳熱管全部進行渦流探傷檢驗，腐蝕超標傳熱管按照標準進行封堵或換管，并根據使用強度制定周期渦流探傷檢查制度，比對歷次機組渦流檢測結果，預防因檢查不到位傳熱管腐蝕銹穿造成機組密性破壞現象的發生。

2）結合該型船計劃修理，對屏蔽泵、真空泵、真空隔膜閥件等部件的橡膠密封件換新，杜絕因橡膠密封件老化密封失效，造成機組密性破壞的問題。

3）機組修理后，對機組分別進行充氮氣正壓保壓密性試驗和抽真空保壓密性試驗，密性試驗合格后，再加注溶液，排除因機體焊縫泄漏造成機組密性破壞的問題。

參考文獻：

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（青島前進船廠，山東 青島 266000）