溴化鋰制冷機組節能改造

吳紅忠 ，張曉蓮

(1.焦作煤業(集團)開元化工有限責任公司，河南 焦作 454191； 2.海洋化工研究院有限公司，山東 青島 266071)

隨著國家環保、安全督察力度不斷加強，如何在新的形勢下適應國家環保、安全要求，大量回收生產過程中可以利用的熱能，降低生產成本，做到清潔生產是當前化工企業首要考慮的問題。建設具有清潔、環保、安全、穩定、高效的化工生產模式是氯堿行業發展的必然趨勢。

焦作煤業(集團)開元化工有限責任公司(以下簡稱“開元化工”)成立于2009年10月，隸屬于河南能源化工集團。現有20萬t/a離子膜法燒堿、2萬t/a三氯氫硅、3萬t/a環氧氯丙烷、4萬t/a環氧樹脂生產裝置。20萬t/a離子膜法燒堿裝置于2011年10月投產，目前生產穩定，形成了產、供、銷一體的運營模式，是河南能源骨干企業之一。

1 副產蒸汽情況

開元化工氯化氫合成崗位有5臺二合一副產蒸汽石墨合成爐，正常生產時，3臺合成爐便可滿足鹽酸生產需要。3臺合成爐副產蒸汽約7.5 t/h。原設計將副產蒸汽并入開元化工低壓蒸汽管網，為1臺溴化鋰機組提供動力，或者送至一次鹽水和電解崗位用于板式換熱器對物料進行預熱。由于利用性不高，多為排空處理，造成能源浪費；還消耗大量動力電，增加生產成本。

2 冷媒系統裝置情況

開元化工離子膜法燒堿裝置現有3套RHSCW-275*2J(T)A螺桿制冷機組，每套機組有4臺壓縮機，2臺壓縮機為1組，共6組12臺壓縮機。單臺功率為110 kW,總功率為1 320 kW；單組制冷量為1 700 kW，總制冷量為10 200 kW。還有1套16JH057溴化鋰制冷機組，制冷量為1 900 kW，運行時，利用部分合成爐副產蒸汽作為動力，與螺桿機組配合使用。

為了充分利用合成爐副產蒸汽，將焦煤集團合晶科技閑置的C-360AST(制冷量分別為1 220 kW)和XI-330(制冷量3 300 kW)溴化鋰機組調到開元化工7 ℃水站進行利用，以降低投資成本，提高設備利用率。

3 螺桿制冷機組與溴化鋰制冷機組的對比[1]

3.1 螺桿冷水機組的特點

3.1.1 優點

(1)由于直接水冷式螺桿冷水機組以電能為動力，一般產品能效比大于4，是一種節能產品。

(2)使用年限長，能量衰減可忽略。

3.1.2 缺點

螺桿冷水機組以電能為動力，在電力緊張的地區，單位電價較高，造成整機運行費用相對較高。

3.2 溴化鋰冷水機組的特點

3.2.1 優點

(1)溴化鋰機組的制冷劑為水，對環境污染較少，且制冷劑價格便宜。

(2)溴化鋰制冷機組可利用廢蒸汽或直接以燃油(氣)為動力，實現制冷循環，對電力的需求量不大，僅需要電能來驅動溶液泵和溶劑泵。故對電力資源較為緊張的地區， 該產品有較大的優勢，且運行能源費用較螺桿冷水機組要低。

3.2.2 缺點

(1)由于所用溴化鋰溶液在有空氣的情況下，對普通碳鋼有較強的腐蝕性，設備在使用一段時間后出現較明顯的能量衰減，從而降低了整臺機組的實際產冷量，影響了使用效果，并且降低了機組的使用壽命。

(2)正常檢修時，排放的溴化鋰水溶液污染環境；設備造價較高，初期投資費用大。

(3)設備外形體積龐大，須配備專用機房(溴化鋰還需配備專用冷媒及備用冷媒)。

(4)溴化鋰冷水機組對冷卻水的水質要求高，且冷卻水用量一般為水冷螺桿式冷水機組的1.5倍左右，對于淡水資源較為缺乏的地區，投資及運行成本較高。

此外，螺桿制冷機組使用動力電，使用范圍廣。而溴化鋰冷水機組以蒸汽為動力，如使用一次蒸汽時費用高，但是使用生產中副產蒸汽或利用回收蒸汽，生產成本就會大幅度降低。因此，如果開元化工在生產中副產蒸汽，則溴化鋰制冷機組比螺桿制冷機組更節能。

4 節能改造方案[2]

在開元化工現有冷媒水站增加一座溴化鋰機組廠房，將新增溴化鋰機組和管道與原有工藝管道連通，形成一整套冷媒系統，然后利用5臺二合一石墨合成爐的副產蒸汽作為冷媒系統的動力，實現降低燒堿系統動力電的目的。

改造優化后的冷媒系統，正常情況下使用1臺XI-330溴化鋰機組即可滿足全廠冷凍水的需求，16JH057和C-360AST溴化鋰機組作為備用，3臺溴化鋰機組交替使用；特殊情況下，再使用螺桿制冷機組。這樣，可有效降低用電量，回收副產蒸汽和冷凝水。

5 制冷機組的清洗及維護保養

C-360AST和XI-330為閑置設備，因長時間未運行，部分零部件已經老化，制冷溶劑和潤滑油已經變質，換熱列管內存在水垢。為了保證設備最大化穩定與提升機組的運行性能，對該機組進行了徹底的清理、維護保養。

5.1 設備的清洗

5.1.1 方案

采用循環清洗和靜置浸泡相結合的方法進行清洗。安裝臨時清洗槽，使清洗設備形成一個閉合回路，清洗液不斷循環，沉積層等不斷受到新鮮清洗液的化學作用和沖刷作用而溶解和脫落。

5.1.2 清洗工藝流程

5.1.3 清洗操作

(1)系統檢查確認。清洗前必須打開主機水室端蓋，檢查結垢狀況；同時，檢查主機的外部綜合狀況和性能。

(2)若主機銅管因結垢嚴重而堵塞，應使用物理法疏通銅管(即高壓射流物理清洗)。

(3)機組清洗前，要遮蓋主機電控箱，以免液體濺到電控箱上。

(4)清洗系統補滿水后，啟動清洗泵開始循環，檢查清洗系統是否泄漏。

(5)投加緩蝕劑(SL-102)，按照清洗系統保有水量投加。循環15 min以上，確保緩蝕劑已經溶解且循環均勻后，才能加清洗劑(SL-101)。

(6)加清洗劑(SL-101)。加清洗劑應緩慢進行，且清洗劑盡量在清洗水箱中溶解后再打入清洗系統，不要用水泵將大量清洗劑直接吸到清洗管路中。

(7)通過控制加清洗劑速度來控制反應速度，避免系統出現大量氣體漲破清洗軟管，大量氣體出現還容易導致冷凝器內氣阻而造成部分銅管不能洗凈。

(8)停止循環，排掉少部分清洗劑。打開冷凝器端蓋，檢查除垢效果。如除垢效果不好，應裝好冷凝器端蓋，補水、加清洗劑，繼續清洗。

(9)確認除垢效果良好的情況下，清洗結束，排掉清洗劑，打開主機水室端蓋，用水槍沖洗銅管。沖洗完畢后，初步驗收，確認除垢效果。

(10)初步驗收后，恢復循環清洗系統，系統補滿水，繼續循環，投加預膜劑(SL-103)進行中和預膜。預膜劑循環均勻后，檢測循環水的pH值，確保pH值在9以上。如pH值不到9，須繼續投加預膜劑直至合格。

(11)預膜劑循環均勻后(循環1 h以上)，停止循環，清洗結束，拆掉臨時清洗系統。但此時預膜劑不需排放，而應在系統中保留12 h以上。如機組清洗后暫時不運行，則預膜劑不需排放，一直浸泡在機組內即可。

5.1.4 注意事項

(1)清洗沖掉傳熱管中的灰塵、泥沙、脫落的藻類及腐蝕產物時，注意檢查傳熱管及臨時系統是否泄漏，確保清洗質量，避免環境污染。

(2)中央空調機組內部材質一般為碳鋼和銅管，如清洗過程緩蝕處理不當，容易造成金屬的腐蝕，嚴重者可導致銅管被洗穿，因此必須嚴格控制緩蝕液的濃度。

(3)根據換熱管結垢程度和垢量，確定清洗劑的濃度和用量，避免出現除垢不徹底和換熱管腐蝕現象。

(4)循環清洗結束后，打開機組冷凝器端蓋進行檢查。對于殘存未完全脫落的浮垢，再次通過水力沖洗方式予以清除，避免出現除垢不徹底和換熱管腐蝕現象。

(5)為避免清洗后的新鮮金屬表面氧化腐蝕，殘液清除后立即進行中和鈍化處理與預膜工作。

(6)清洗技術操作工藝要求:①清洗溫度條件的控制,②清洗濃度條件的控制,③科學的清洗操作程序。

(7)清洗過程的分析控制：①清洗過程的監控項目，②清洗終點的監控項目，③腐蝕監控項目。

5.2 溴化鋰溶液的維護保養

5.2.1 方案

溴化鋰溶液是溴化鋰制冷機組的“血液”，溶液品質直接影響機組運行性能與使用壽命。溶液維護工藝主要包括：沉淀法和過濾法。沉淀指溶液在機內充分循環后將機內腐蝕產物帶出機外沉淀，經沉淀取上部清液，除去機內的沉淀物；沉淀需反復多次才能達到清潔溶液的目的。過濾指利用過濾裝置對溶液進行過濾，帶出溶液內的腐蝕物，從而達到清潔溶液的目的。

5.2.2 維護保養工藝流程

5.2.3 維護保養操作

(1)施工前的準備工作如軟管、接頭等配備后，清洗所有的連接膠管、過濾器、閥門、再生容器，確保溶液處理系統的清潔度。

(2)溶液處理系統的連接安裝：過濾器、再生容器的就位；加液閥→止回閥→過濾器→再生容器→濃溶液取樣閥的系統連接，并加裝連接夾頭。溶液回液管必須灌液處理后安裝，防止空氣漏入機組產生腐蝕。

(3)機組運行過程中將機內溶液從溶液加液閥分流至加裝濾膜后的過濾器進行再生處理，循環處理過程中必須全程跟蹤，以防空氣進入機組產生腐蝕?？諝庖坏┻M入機組，須在制冷運行過程中迅速抽高真空。

(4)為達到機組運行中溶液徹底處理的目的，溶液處理過程中須對機組進行變負荷運行，并定期旁通冷劑水。每天一次部分旁通，時間不低于30 min。

(5)機組內溶液的大量腐蝕物可在處理前壓入儲液罐，反復用濾膜沉淀數次后再吸入主機內循環再生處理。

(6)溶液處理過程中，根據化驗數據確定添加緩蝕劑SL-901及中和劑SL-902的量，并稀釋后分批次加入再生容器內，根據現場調整pH值。

(7)溶液處理過程中，根據化驗數據確定添加活性劑SL-904的量，并稀釋后分批次加入再生容器內。必須在pH值已經正常情況下進行。

(8)機組運行過程中溶液清澈無雜質后可初步視為再生處理合格，拆除溶液處理系統，將系統內的溶液集中處理后加入機內利用。

(9)對溶液過濾器、再生容器、膠管等用清水反復沖洗干凈，對機組外表面可能濺到溶液的地方用清水沖洗；施工期間每天在上、下班前清理施工現場；再生工作完成后，徹底對現場進行清理、清掃，保證機房的整潔。

(10)對機組制冷運行中多次抽高真空，確保機組真空度合格，以防機組腐蝕后溶液再次受到污染。

(11)制冷機組運行情況下取樣留存，以備復檢。

5.2.4 注意事項

(1)溴化鋰溶液發生質量變化后，根據機組溶液實際狀況，結合機組溶液的化驗報告(溴化鋰溶液)，及時準確調節溶液成分的含量，確保維護后溶液的高效品質與機組的正常運行質量。

(2)維修需更換的配件及溶液由維修廠家負責提供，必須經嚴格驗收合格后方能使用。

(3)溴化鋰污染環境，因此，機組在運行中禁止出現跑、冒、滴、漏；檢修時不能將溴化鋰溶液直接排入下水道，必須全部回收處理。

5.3 設備出現問題及解決方案

在試運行中，由于該設備長時間閑置，出現問題如下。

(1)控制面板電池電量不足，已更換。

(2)冷卻水出水管道流量開關不工作，已更換。

(3)測溫電阻有一根不工作，已更換。

(4)冷凝水水箱浮球開關不動作，隨即采用人工調節流量閥門控制，同時已報計劃，到貨后更換。

(5)冷凝水泵機封漏水，檢查發現機封損壞，已更換。

6 設備運行情況

該項目于2018年9月10日開始運行，到目前冷媒系統運行效果良好，完全滿足20萬t/a離子膜法燒堿裝置冷媒水的需求，已達到副產蒸汽回收利用替代動力電，降低生產成本的目的。

7 經濟效益分析

7.1 資金投入

含調劑設備、土建、材料、安裝等費用，合計213萬元。

7.2 節約動力用電費

1套螺桿機組包括4臺壓縮機，1臺壓縮機額定功率110 kW，每年節約電量為(年運行時間按8 000 h計算)：

110×4×8 000=3 520 000(kW·h)。

電費按0.62元/(kW·h)計算，每年節約電費：3 520 000×0.62=218.24萬(元)。

7.3 回收蒸汽冷凝水

溴化鋰機組正常運行時副產蒸汽冷凝水量6.5 t/h，每年以8 000 h計，可產生約5.2萬t蒸汽冷凝水?，F將冷凝水按純水全部回收回用，純水按8元/t計算，每年可創效41.6萬元。

以上兩項每年節約創效合計259.84萬元。

經計算可知：該裝置運行不到1年即可收回投資。

8 結語

開元化工冷媒系統以1臺大溴化鋰機組運行，1中1小2臺溴化鋰機組作為備用，正常情況下，不開啟螺桿制冷機組就能滿足全廠冷凍水的需求。充分利用合成爐副產蒸汽代替了動力電，不但提高了設備利用率，減少了設備投入，還達到了廢熱利用，為氯堿行業在冷媒系統節能創效工作中探索出一條可行的實踐之路。