噴射—吸收式氨水制冷機(jī)的調(diào)試＊

繆寶龍，孫文哲，段 龍，韓笑生，遲翠華

(上海海事大學(xué)，上海 201306)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類已面臨著日益嚴(yán)重的全球氣候變暖和化石能源枯竭的威脅，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已越來越受人們的重視!因此，太陽能、地?zé)岷凸I(yè)廢熱等低品位能源的利用已被人們所關(guān)注。而吸收式制冷，以其具有可直接利用低品位熱源驅(qū)動(dòng)、不使用對臭氧層有破壞作用的CFCs為工質(zhì)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，也越來越受到國際研究工作者的青睞。研究如何高效利用工業(yè)余熱、太陽能和地?zé)幔捎梦帐街评溲h(huán)進(jìn)行制冷，提高吸收式制冷循環(huán)的性能系數(shù) (COP)，減小制冷設(shè)備的體積，對加快CFC替代進(jìn)程、節(jié)約能源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前最為常用的吸收式制冷系統(tǒng)為溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)和氨水吸收式制冷系統(tǒng)。前者制冷溫度由于受到制冷劑的限制，不能低于5℃，一般僅用于空調(diào)，后者的制冷溫度范圍非常大(+10～－50℃)，不僅可用于空調(diào)，而且更重要的是可用于0℃以下的普通制冷場合。因此，在冷凍冷藏業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，對氨水吸收式制冷系統(tǒng)的研究無疑具有更加重大的意義。

1 噴射—吸收式氨水制冷技術(shù)及原理

1.1 噴射—吸收式氨水制冷循環(huán)

氨水吸收式制冷系統(tǒng)主要由四個(gè)熱交換設(shè)備組成，即發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器，組成兩個(gè)循環(huán)環(huán)路:制冷劑循環(huán)和吸收劑循環(huán)。它以氨水溶液的熱力學(xué)特性為基礎(chǔ)，即在常溫下氨水溶液能夠強(qiáng)烈地吸收氨蒸氣，而在高溫下又可以將氨蒸氣釋放出來，由熱能驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)制冷的目的。制冷劑循環(huán)，從發(fā)生器產(chǎn)生的高溫高壓氨蒸氣流入冷凝器，在冷凝器中被冷卻介質(zhì)冷卻成液態(tài)，然后經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后流入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)吸熱，吸取被冷卻介質(zhì)的熱量產(chǎn)生制冷效果。吸收劑循環(huán)，從發(fā)生器流出的稀氨水溶液不斷吸收蒸發(fā)器產(chǎn)生的低壓氨蒸氣，維持蒸發(fā)器內(nèi)低壓狀態(tài)，稀溶液吸收氨蒸氣后變成濃溶液經(jīng)溶液泵升壓后進(jìn)入發(fā)生器，在發(fā)生器中被加熱，產(chǎn)生氨蒸氣，而剩下的稀氨水溶液返回吸收器再次吸收低壓氨蒸氣。

本文主要是對一種基于噴射—吸收理論提出的新型氨水制冷循環(huán)的性能進(jìn)行研究，該循環(huán)由柴油機(jī)高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)，是船舶制冷技術(shù)方面研究的一項(xiàng)重要成果，循環(huán)流程圖見圖1。

圖1 噴射—吸收式氨水制冷循環(huán)流程圖Fig.1 Jet-absorption type ammonia refrigerating cycle flow diagram

噴射—吸收制冷機(jī)基本結(jié)構(gòu)由高溫發(fā)生器、低溫發(fā)生器、分離器、噴射器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、儲液器以及溶液熱交換器等主要部件組成。本機(jī)選用氨水為工質(zhì)對，其中氨為制冷劑、水為吸收劑，安裝2個(gè)不同設(shè)計(jì)尺寸的噴射器，按照不同的工況要求選用不同的噴射器加入循環(huán)。

高溫?zé)煔庖来瓮ㄟ^高低溫發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了熱量的分級利用。由吸收器流出的濃氨水溶液經(jīng)溶液泵加壓后，先經(jīng)過溶液熱交換器，與來自高溫發(fā)生器的高溫稀溶液換熱，然后流入低溫發(fā)生器經(jīng)煙氣加熱達(dá)到過熱進(jìn)行一次發(fā)生，流入分離器閃發(fā)氣液分離，高濃度的氨蒸氣上升進(jìn)入精餾段與回流冷凝器冷凝下來的氨水溶液進(jìn)行熱質(zhì)交換，溫度逐漸降低，濃度逐漸升高直至達(dá)到99.8% 以上。由塔頂流出的高濃度的氨蒸氣進(jìn)入冷凝器冷凝為氨液，經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器產(chǎn)生制冷量。分離器底部中等濃度的氨水溶液流入高溫發(fā)生器，在高溫?zé)煔獾募訜嵯逻M(jìn)行二次發(fā)生，產(chǎn)生的高溫高壓的氨蒸氣作為噴射器的工作蒸氣，引射蒸發(fā)器中的氨蒸氣。兩股蒸氣在混合擴(kuò)壓后分別進(jìn)入兩個(gè)吸收器，在冷卻水作用下被稀溶液吸收最終形成濃溶液，以此循環(huán)往復(fù)。

1.2 噴射—吸收式氨水制冷機(jī)電氣控制

機(jī)組電源為三相五線制交流電源，電壓380 V，電源線由用戶送至機(jī)組電控箱，調(diào)試時(shí)由專業(yè)人員接通 (相線和零線接至電控箱內(nèi)端子排，地線接至箱內(nèi)接地螺絲)。動(dòng)力線規(guī)格必須滿足機(jī)組配電功率要求，配電功率見機(jī)組銘牌。

為保證機(jī)組安全運(yùn)行，機(jī)組必須有專門的接地極，接地電阻不得大于10Ω。機(jī)組電氣設(shè)備接地端應(yīng)可靠地與接地極相連。

圖2 機(jī)組電氣原理圖Fig.2 The unit of electrical schematic diagram

1.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

機(jī)組控制系統(tǒng)可編程序控制器 (PLC)、鉑電阻、流量開關(guān)、壓力傳感器、液位控制器等先進(jìn)的檢測、控制元件一起，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的最優(yōu)化控制。

1.2.2 系統(tǒng)功能

控制系統(tǒng)有自動(dòng)、手動(dòng)兩種控制方式，一般情況下均采用自動(dòng)控制方式，手動(dòng)控制方式僅在機(jī)組調(diào)試及處理故障時(shí)采用。

控制系統(tǒng)具有參數(shù)設(shè)定、按程序自動(dòng)啟停機(jī)組、冷卻水進(jìn)口溫度限度控制、溶液濃度限度控制、負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)、溶液循環(huán)量自動(dòng)調(diào)節(jié)以及運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)檢測和顯示、安全保護(hù)、故障自動(dòng)報(bào)警、數(shù)據(jù)記憶、資料貯存等功能，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組運(yùn)行高效、全自動(dòng)控制。

1.2.3 機(jī)組電氣原理

1.2.4 操作方法

打開控制箱箱門，將控制箱最上部的控制電源開關(guān)置于on位置后，再將控制箱下部箱體上的最左側(cè)控制機(jī)組的空氣開關(guān)置于on位置，鎖上控制箱箱門。此時(shí)電源接通，再將控制柜上的開關(guān)旋鈕旋到“開”處，電腦左側(cè)的“POWER”燈亮 (綠色)，表明電腦已接通電源。當(dāng)整個(gè)控制柜線路接通電源時(shí)，在控制柜表面，我們還可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔風(fēng)機(jī)頻率，對機(jī)組實(shí)行全方位控制。

1.2.5 參數(shù)設(shè)定

在控制柜上通過手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕按照設(shè)定值調(diào)節(jié)冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)以及溶液泵頻率，頻率調(diào)節(jié)范圍在0～50 Hz。

1.2.6 機(jī)組啟停

按前面介紹的方法完成機(jī)組供電及參數(shù)設(shè)定后，進(jìn)入機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)視畫面，檢查機(jī)組無故障指示燈呈紅色后，再進(jìn)行下述操作。

在確認(rèn)冷水泵出口閥門處于關(guān)閉位置后，啟動(dòng)冷水泵，慢慢打開出口閥門，調(diào)整流量至額定值。同時(shí)還需啟動(dòng)冷卻水泵，方法與冷水泵的啟動(dòng)相同。隨后打開機(jī)房通風(fēng)扇，并根據(jù)所選擇的控制方式按下面步驟啟停機(jī)組。

當(dāng)機(jī)組采用遠(yuǎn)程控制時(shí)，先把控制柜內(nèi)空氣開關(guān)置于1處，然后將旋鈕開關(guān)置于關(guān)處，再通過組態(tài)王上的啟動(dòng)界面的啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)機(jī)組。停機(jī)時(shí)也可通過組態(tài)王界面上的停止按鈕停止機(jī)組。

當(dāng)機(jī)組采用手動(dòng)控制時(shí)，當(dāng)給機(jī)組控制柜 (3個(gè)信號燈，2個(gè)蜂鳴器，1個(gè)電源開關(guān)，1個(gè)溶液泵自動(dòng)手動(dòng)選擇開關(guān)，啟動(dòng)、停止按鈕各一個(gè))供電后，首先把控制柜內(nèi)空氣開關(guān)置于1處，然后將旋鈕開關(guān)置于開處，再按一下啟動(dòng)按鈕，電源信號燈亮，機(jī)組開始運(yùn)行。

運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，操作人員需調(diào)整冷卻水出口溫度，將其控制在36～38℃。停機(jī)時(shí)，按機(jī)組控制柜上的停止按鈕，電源信號燈熄滅，同時(shí)把開關(guān)旋鈕旋到關(guān)處。隨后關(guān)閉冷卻塔風(fēng)機(jī)，3 min后慢慢關(guān)閉冷卻水泵出口閥門后停泵，隨后慢慢關(guān)閉冷水泵出口閥門并停泵。

2 噴射—吸收式氨水制冷機(jī)調(diào)試過程

2.1 機(jī)組外觀及安裝工程審查

(1)檢查機(jī)組是否受過重震及碰傷;油漆是否擦破;電控柜、變頻器、儀表、閥門及電纜是否有損傷或異樣;機(jī)組是否遭受長時(shí)間的雨淋;在戶外放置時(shí)間是否過長。如發(fā)現(xiàn)有明顯損傷，應(yīng)及早處理。

(2)檢查安裝是否符合要求。

2.2 水系統(tǒng)檢查

(1)檢查管路系統(tǒng)是否清洗干凈，冷卻塔、水池與外界相通的裝置是否有雜物。

(2)檢查在系統(tǒng)管路最低處是否設(shè)有排水閥及在各聯(lián)管的最高處設(shè)排氣閥門。

(3)檢查水管路系統(tǒng)中是否裝過濾網(wǎng)。

(4)按照現(xiàn)場接管圖檢查管路。檢查水管的位置和方向是否正確，管路是否吊掛、支撐，以防壓力承受在水蓋上等。

(5)檢查水管路系統(tǒng)有無滲漏，水泵及管道是否有振動(dòng)，水流量是否達(dá)到規(guī)定值，水質(zhì)是否符合要求，若水質(zhì)不合格，需加裝水處理設(shè)備。

(6)檢查管路上所有的溫度計(jì)、流量開關(guān)、溫度傳感器及壓力表是否安裝，安裝位置是否合理。

(7)檢查水泵，包括:各連接螺栓是否松動(dòng);潤滑油、潤滑脂是否充足;填料是否漏水，漏水大小以流不成線為界線;檢查時(shí)間繼電器、空開、繼電器及電氣接線是否正常，用萬用表檢查運(yùn)轉(zhuǎn)電流是否正常;泵的壓力、聲音及電機(jī)溫度等是否正常。

(8)檢查冷卻塔的型號是否正確，流量是否達(dá)到要求，溫差是否合理;檢查風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，運(yùn)轉(zhuǎn)電流是否正常。

2.3 真空泵檢查

(1)檢查真空泵油牌號是否正確;檢查真空泵油外觀，油是否乳化。

(2)判斷并調(diào)整真空泵正反轉(zhuǎn)。確認(rèn)真空泵下抽氣閥關(guān)閉，取下取樣抽氣閥口的密封塞并用手指堵住后打開取樣抽氣閥，啟動(dòng)真空泵，根據(jù)是否有吸氣來判斷真空泵正反轉(zhuǎn)，吸氣為正轉(zhuǎn)。若真空泵反轉(zhuǎn)，調(diào)整控制箱三相電源的任意兩根輸入線，使真空泵正轉(zhuǎn)。

2.4 機(jī)組氣密性檢查

機(jī)組在出廠前已對其各部分進(jìn)行過嚴(yán)格的氣密性檢查，但由于運(yùn)輸、起吊及安裝時(shí)振動(dòng)與碰撞等原因，可能造成某些部位泄漏，在機(jī)組調(diào)試前應(yīng)對其重新進(jìn)行氣密性檢查。首先應(yīng)進(jìn)行真空檢驗(yàn)，若不合格則需進(jìn)行壓力找漏，找到泄漏點(diǎn)并修補(bǔ)后再進(jìn)行真空檢驗(yàn)，反復(fù)進(jìn)行，直至真空檢驗(yàn)合格。

2.5 真空檢查

將機(jī)組通大氣閥門全部關(guān)閉。對未調(diào)試的機(jī)組，用真空泵把機(jī)組內(nèi)壓力抽至30 Pa以下。停真空泵，記錄下當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度t1，并從麥?zhǔn)秸婵沼?jì)上讀取機(jī)組內(nèi)絕對壓力值p1。保持24 h后，再記錄當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度t2以及機(jī)組內(nèi)絕對壓力值p2。按下式計(jì)算壓力升高值，壓力升高值△p不超過5 Pa為合格。

對調(diào)試過的機(jī)組，在真空泵排氣口接一根橡膠管或塑料管，并將另一端管口放入裝有真空泵油的桶中，用氣泡法來判斷機(jī)組氣密性。(a)測試真空泵的極限抽氣能力; (b)合格后打開冷凝器抽氣閥、吸收器抽氣閥，再慢慢打開真空泵下抽氣閥和真空泵上抽氣閥，抽氣2 min后，關(guān)閉真空泵氣鎮(zhèn)閥，觀察不凝性氣體的氣泡，并對氣泡計(jì)數(shù)1 min。正常氣泡數(shù)每分鐘應(yīng)小于等于7個(gè)，若每分鐘氣泡數(shù)大于7個(gè)，應(yīng)按上述方法再次檢查，直至氣泡數(shù)達(dá)到正常值。如果2 h后氣泡數(shù)仍達(dá)不到正常值，且每分鐘的氣泡數(shù)維持在一個(gè)較大的值沒有減少，則應(yīng)及早進(jìn)行壓力找漏。

2.6 壓力找漏

往機(jī)組內(nèi)充入表壓0.1～0.12 MPa(760～910 mmHg)的氮?dú)?，若無氮?dú)?，可用干燥無油的空氣，但對已經(jīng)調(diào)試或運(yùn)轉(zhuǎn)過的機(jī)組，必須用氮?dú)?。充入氮?dú)夂?，在焊縫、閥門、法蘭密封面、視鏡等可能泄漏的部位涂以肥皂水，有泡沫產(chǎn)生并擴(kuò)大的部位就有泄漏。找出所有泄漏點(diǎn)后，將機(jī)組內(nèi)的氮?dú)夥疟M進(jìn)行修補(bǔ)。再按前面的真空檢驗(yàn)方法進(jìn)行氣密性檢查。

在往機(jī)組內(nèi)充氣和從機(jī)組內(nèi)放氣時(shí)，一般通過冷劑水取樣閥進(jìn)行 (先旁通冷劑水后放氣)。機(jī)組內(nèi)沒有溶液和冷劑水時(shí)還可通過其他通大氣閥門充、放氣。

2.7 自控元件和電氣設(shè)備檢查

機(jī)組在運(yùn)輸及安裝過程中，電氣設(shè)備和自控元件有可能被損壞，因此在機(jī)組安裝完畢后，均應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)檢查。

(1)現(xiàn)場接線檢查。參照現(xiàn)場接線圖，檢查電源及其設(shè)備 (冷卻塔、水泵等)的動(dòng)力與聯(lián)鎖接線。

(2)機(jī)組控制檢查。仔細(xì)檢查和確認(rèn)機(jī)組控制箱內(nèi)的元器件，接線，各設(shè)定值，以及各傳感器和流量開關(guān)的安裝是否正確。

2.8 機(jī)組加溶液

氨水溶液中一般已加入0.1% ～0.3% 的鉻酸鋰或0.05%～0.2% 鉬酸鋰作為緩蝕劑，溶液pH值已調(diào)至9～10.5，濃度為50%，在注入機(jī)組之前應(yīng)再次確認(rèn)。

采用負(fù)壓吸入方法由溶液泵出口側(cè)的加液閥處加溶液。將機(jī)組抽真空至絕對壓力低于100 Pa后，如圖3所示，將一根DN25真空橡膠管或鋼絲增強(qiáng)橡膠管一頭套在涂有真空脂的加液閥接口上，向管中灌滿溶液后，另一端包上過濾網(wǎng)插入盛滿溶液的容積約為0.6 m3的容器內(nèi)，打開加液閥即可將溶液吸入機(jī)組內(nèi)。加液過程中，軟管一頭應(yīng)始終浸入溶液中，并注意向容器內(nèi)的加液速度及加液閥的開度，使容器內(nèi)溶液保持一定液位。

圖3 機(jī)組加溶液圖Fig.3 The graph of adding solution into unit

3 結(jié)語

在了解吸收式制冷技術(shù)的發(fā)展前景后，本文對噴射—吸收式氨水制冷原理作了簡單的介紹，同時(shí)對系統(tǒng)在調(diào)試過程中所遇到的問題和注意事項(xiàng)也作了比較詳細(xì)的闡述。接下來的工作將是對噴射—吸收式制冷機(jī)組進(jìn)行性能測試和更進(jìn)一步的研究，達(dá)到提高其制冷量的目的。

［1］杜塏.氨水吸收式制冷研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ［J］.流體機(jī)械，2006，28(6):25-30.

［2］EЯ索科洛夫，HM津格爾.噴射器 ［M］.北京:科學(xué)出版社，1977.

［3］吳業(yè)正.制冷原理及設(shè)備 ［M］.2版.西安:西安交通大學(xué)出版社，1997.

［4］李征宇，等.噴射式氨—水吸收制冷系統(tǒng)的研究 ［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28(3):241-245.

［5］董景明，等.噴射式制冷在船舶空調(diào)中的應(yīng)用研究［J］.船舶工程，2011，33(1):29-31.

［6］孫洲陽，等.噴射制冷循環(huán)及其關(guān)鍵技術(shù) ［J］.潔凈與空調(diào)技術(shù)，2002(2):48-53.

［7］茅以惠，余國和.吸收式與蒸汽噴射式制冷機(jī) ［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

［8］尉遲斌，盧世勛，周祖毅.實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊［J］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.