溴化鋰制冷機長周期穩(wěn)定運行攻關

肖篤斌

(中國石化洛陽分公司，河南 洛陽 471012)

隨著社會的發(fā)展、科學技術的不斷進步和人們生活水平的日益提高，需要制冷設備的范圍越來越廣，需求量也越來越大，因而制冷技術也在突飛猛進地發(fā)展，制冷設備與日俱增。比如需要用到制冷設備的地方有:用冷庫、家庭用冰箱等來保存食品，要求食品的溫度低于常溫，甚至要低于零度;星級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。

洛陽分公司空壓車間冷凍站的溴化鋰制冷機為吸收式制冷機，整個制冷循環(huán)過程中，溴化鋰溶液在機組內(nèi)吸收蒸汽的熱量由稀變濃，吸收流經(jīng)機組銅管內(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。主要向長絲車間、短絲車間和合纖裝置正常生產(chǎn)過程中提供空調(diào)用冷凍水及部分設備冷卻用水。自2009年以來，6臺制冷機組出現(xiàn)故障率上升、制冷效果變差、個別機組出現(xiàn)長期不能備用現(xiàn)象，導致外供的冷凍水溫度不能滿足裝置的生產(chǎn)需要，嚴重影響長絲、短絲的產(chǎn)品質(zhì)量。通過技術攻關，采取必要措施實現(xiàn)機組長周期穩(wěn)定運行。

1 溴化鋰制冷機的制冷原理

1.1 制冷循環(huán)

溴化鋰吸收式制冷機是利用水在低壓真空環(huán)境下的蒸發(fā)進行制冷的，利用吸收劑(溴化鋰溶液)極易吸收制冷劑(水)的特性，通過溴化鋰溶液的濃度變化(發(fā)生與吸收過程)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?？諌很囬g冷凍站溴化鋰吸收式制冷機是蒸汽雙效型機組，其制冷循環(huán)原理框圖見圖1。

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

1.2 發(fā)生—冷凝過程

在高壓發(fā)生器中，稀溶液被高溫熱源加熱，其水蒸氣的分壓力不斷升高，當溶液中的水蒸氣壓超過發(fā)生器中的壓力時，水蒸氣從溶液中蒸發(fā)出來，作為低壓發(fā)生器的加熱熱源，對低壓發(fā)生器中的中間溶液進行加熱放出熱量而成為冷劑水，冷劑水經(jīng)節(jié)流后進入冷凝器，低壓發(fā)生器中的中間溶液經(jīng)加熱產(chǎn)生低壓冷劑蒸汽進入冷凝器內(nèi)，被冷卻水冷凝成冷劑水。

1.3 蒸發(fā)—吸收過程

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)低溫熱交換器進入吸收器，經(jīng)淋激盤均勻布在第一排換熱管上，在吸收來自蒸發(fā)器冷劑蒸汽的同時，放出凝結熱，這部分凝結熱量由管內(nèi)的冷卻水帶出機組。

1.4 熱交換器換熱過程

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

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

2 影響溴化鋰吸收式制冷機性能的條件分析

溴化鋰吸收式制冷機組在實際運行時，往往由于氣候、負荷和熱源參數(shù)等外界條件的變化，以及機組本身內(nèi)部條件的改變等，使制冷機不能在名義設計工況下工作，并引起制冷機的制冷量、熱源消耗量等性能指標發(fā)生變化。影響機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)部條件的變化對溴化鋰制冷機性能的影響，特別是掌握機組的變工況特性，對于正確設計機組的調(diào)節(jié)控制方法、合理選用機組、確保機組無故障操作，并實現(xiàn)機組經(jīng)濟和穩(wěn)定運行具有重要意義。

2.1 冷水出口溫度的影響

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

2.2 冷卻水進口溫度的影響

在使用冷卻塔的冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水進口溫度是通過啟、停冷卻塔風機來調(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，故冷卻水溫度隨季節(jié)而變化。當其他條件不變而冷卻水進口溫度變化時，制冷量也隨之發(fā)生變化，與名義工況相比較，冷卻水進口溫度每升高1℃，制冷量約下降5%～8%。

2.3 冷卻水量的影響

冷卻水量變化對制冷量的影響，與冷卻水進口溫度變化對制冷量的影響相似。當冷卻水量提高，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，同時吸收器、冷凝器中傳熱管內(nèi)冷卻水的流速上升，增強了換熱效果。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

當蒸發(fā)器冷水溫度恒定時，冷水量變化對制冷量的影響較冷卻水量變化對制冷量的影響較小。當冷水量降低時，冷水出口溫度差增大。若冷水出口溫度恒定，冷水進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組的熱源來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應的飽和蒸汽溫度，因而可看作加熱蒸汽壓力對制冷量的影響。

提高加熱蒸汽壓力，是提高機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，機組在高濃度下運行，易產(chǎn)生結晶，特別是雙效機組，若加熱蒸汽壓力過高，高壓發(fā)生器中溶液溫度超過一定值時，會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L103和L105在2010年8月份因為蒸汽壓力波動大而結晶。

2.6 表面活性劑的影響

為了提高熱交換設備的熱、質(zhì)交換效果，常在溴化鋰溶液中加入表面活性劑，如辛醇。這類活性劑能強烈地降低表面張力，可以提高機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組工作時，既不會冷凝，也無法被溴化鋰溶液所吸收的氣體。外部漏入機組的空氣(氧氣、氮氣等)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組是在高真空下工作的，蒸發(fā)器、吸收器中的絕對工作壓力僅有幾百帕(6～7 mmHg)，外部空氣極易漏入，即使制造完好的機組，隨著運轉(zhuǎn)時間的不斷增加，也難保證機組的絕對氣密性。同時機組運行過程中，溶液總會腐蝕鋼、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，對機組性能也將會產(chǎn)生極大的影響。

2.8 溶液循環(huán)量的影響

當蒸汽壓力一定時，溶液循環(huán)量減少，導致機組的制冷量降低。反之，溶液循環(huán)量增大，機組制冷量上升。

當然，也不是說溶液循環(huán)量越大越好，當發(fā)生器熱負荷一定時，溶液循環(huán)量過大，容易導致冷劑蒸汽的發(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，并且不同的機組根據(jù)自身設備的特性最佳值也不一樣。

2.9 冷劑水的純度

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

冷劑水污染對制冷量的影響可以通過機組吸收機理加以說明:冷劑水含溴化鋰后實際呈稀溶液狀態(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

溴化鋰吸收式機組運轉(zhuǎn)一段時間后，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)來度量，污垢系數(shù)越大，則熱阻越大，傳熱性能越差，機組制冷量下降。

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

3 溴冷機存在的問題狀況分析

目前機組存在的問題狀況:

1.設備本體原因。機組從1999年11月運行至今有13年，部分設備組件已經(jīng)到壽命期，如其中蒸汽自動調(diào)節(jié)閥現(xiàn)今有5個不能投用，起不到調(diào)節(jié)蒸汽壓力的作用，對機組高壓發(fā)生器沖擊較大;蒸發(fā)器、吸收器及冷凝器里面的銅管長時間通循環(huán)水，已結垢嚴重，嚴重影響機組的換熱效果;凝水換熱器里面的銅管長期通入高溫介質(zhì)，部分銅管出現(xiàn)漏點，導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?？諌豪鋬稣句謇錂C是通過高壓蒸汽在高壓發(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一步提高，然后濃溶液經(jīng)過噴淋管噴淋，跟冷凍水進行熱交換，達到降低冷凍水溫的目的。在這個熱交換循環(huán)的過程中，蒸汽壓力是一個不穩(wěn)定的因素，壓力過高，會致使溴化鋰溶液濃度過高而結晶，起不到制冷效果。針對這個問題，在蒸汽總管線上加上了一個蒸汽自立式調(diào)節(jié)閥及6個蒸汽自動調(diào)節(jié)閥，并在蒸汽管線上加上跨線，進一步可調(diào)蒸汽壓力，現(xiàn)由于長期通入高溫蒸汽，導致管線上的調(diào)節(jié)閥、截止閥開關不靈活，致使蒸汽壓力成為一個不可控制的因素，經(jīng)常會出現(xiàn)蒸汽高壓使溴化鋰溶液結晶事故的發(fā)生。

3.設備管理上的軟件欠缺。其中一臺溴化鋰制冷機L106沒有引入PLC監(jiān)控，導致在崗職工在操作室不能監(jiān)控機組運行狀態(tài)時的各項數(shù)據(jù)，需要職工經(jīng)常往返廠房觀察機組運行狀態(tài)，這就會有時間差，使職工不能及時調(diào)整機組的制冷效果，導致總的機組制冷效果差。另外5臺L101～L105溴化鋰制冷機PLC監(jiān)控也因長時間運行有些線路老化、短接，致使一些參數(shù)不能客觀準確地反映出來。

4 解決對策及能達到的效果

1.對長期運行導致老化、腐蝕的關鍵機組配件進行更換。如長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)境的高低溫換熱器。爭取在硬件上實現(xiàn)長周期運行保障。

2.對設備進行檢修。蒸發(fā)器、吸收器及冷凝器里面的銅管長時間與循環(huán)水換熱，結垢嚴重，影響機組的換熱效果，對換熱器進行清洗，更換溶液等。提高換熱系數(shù)，保證機組有良好的換熱效果。

3.提高職工操作技能，實現(xiàn)標準化操作。溴化鋰制冷機在蒸汽壓力不穩(wěn)的情況下易出現(xiàn)結晶現(xiàn)象，在正常生產(chǎn)過程中加強標準化操作，穩(wěn)定蒸汽壓力，避免蒸汽波動。有條件的定期組織職工進行有關溴化鋰制冷機組方面的培訓，強化技術水平，提高專業(yè)操作技能。

4.儀控系統(tǒng)改進，實現(xiàn)運行參數(shù)在線監(jiān)測。對運行參數(shù)沒有引入操作室的第6臺制冷機，通過儀控系統(tǒng)改進，引入到室內(nèi)，能夠?qū)崟r監(jiān)控機組的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，在軟件方面杜絕次生事件發(fā)生。

5.加強日常運行管理和維護。根據(jù)運行情況及時對機組進行抽真空，保證機組在良好的環(huán)境中工作。定期檢測冷劑水的pH值，觀察顏色。定期檢測溴化鋰溶液的pH值、濃度和顏色，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，保證溶液不受污染。

5 結束語

結合石化行業(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的工作原理及條件要求，加強機組日常的一些維護與保養(yǎng)工作非常有必要，為機組長周期平穩(wěn)運行提供保障。同時及時有效地為下游長絲車間、短絲車間和合纖裝置正常生產(chǎn)過程提供空調(diào)用冷凍水及部分設備冷卻用水。

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