淺析不凝性氣體對冷凍機(jī)組的影響

史斌豪，陳 雁

(蘭州石化公司化肥廠空分車間，甘肅 蘭州 730060)

某廠空分裝置一臺螺桿式氟利昂冷凍機(jī)組在開車后存在排氣壓力異常升高、排氣溫度增大的情況，懷疑系統(tǒng)內(nèi)存在有不凝性氣體(以下簡稱不凝氣)。系統(tǒng)存在不凝氣對氟利昂式冷凍機(jī)組的運(yùn)行有諸多不利的影響，會使排氣壓力升高，增加無用功、降低機(jī)組負(fù)荷、增大能耗等。

1 冷凍機(jī)組簡單原理及流程

低壓氟利昂氣體經(jīng)螺桿式壓縮機(jī)提壓后，在冷凝器內(nèi)與循環(huán)冷卻水換熱，被冷卻為高壓液態(tài)氟利昂。經(jīng)節(jié)流膨脹后成為低壓液態(tài)氟利昂具備冷量與循環(huán)冷卻水在蒸發(fā)器內(nèi)換熱，將冷卻水降至4.5～15.0℃，成為冷凍水送往空冷塔。自身吸收循環(huán)水的熱量，重新蒸發(fā)為低壓氣態(tài)氟利昂，經(jīng)壓縮機(jī)再次提壓，完成制冷循環(huán)(見圖1)。

圖1 冷凍機(jī)簡易流程

2 什么是不凝氣，系統(tǒng)中存在不凝氣的典型現(xiàn)象有哪些

2.1 什么是不凝氣

不凝氣一般是指混在制冷系統(tǒng)里的不凝性氣體，如：氫氣、空氣、氮?dú)狻⑾∮袣怏w、潤滑油蒸氣等。這些氣體隨制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)，在制冷系統(tǒng)當(dāng)前工況的壓力溫度下達(dá)不到其沸點(diǎn)，所以，不凝氣既不隨制冷劑一起冷凝或蒸發(fā),也不產(chǎn)生制冷效應(yīng)。以空氣為例，冷凍機(jī)正常運(yùn)行時，系統(tǒng)壓力一般在0.4～1.2 MPa ,而空氣在此壓力下的沸點(diǎn)為-177.502℃～-164.97℃，而系統(tǒng)內(nèi)的最低溫度不過0℃左右，空氣無法冷凝或蒸發(fā)，自然不產(chǎn)生制冷效應(yīng)。

2.2 存在不凝氣的典型現(xiàn)象有哪些

給出冷凍機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)對比如表1。

表1 冷凍機(jī)運(yùn)行參數(shù)

簡要分析：

對比三組工況可以明顯看到，在工況1中，冷凝氣壓力、排氣溫度、油溫均接近或超過了工藝指標(biāo)上限。工況1冷凝器壓力下的氟利昂飽和溫度為40.0 ℃，而排氣溫度達(dá)到96.5 ℃。兩者的差值就是排氣過熱度，達(dá)到56.5 ℃，排氣過熱度高是典型的系統(tǒng)中存在不凝性氣體的工況，其他現(xiàn)象表現(xiàn)為冷凝器內(nèi)壓力升高，壓縮機(jī)排氣溫度升高，油溫升高。

工況2、3是分兩次采取高點(diǎn)排氣操作后的參數(shù)，可以看到各項(xiàng)參數(shù)明顯回到了正常范圍內(nèi)，操作有效。

3 不凝氣的危害

3.1 工藝方面的危害

不凝氣的存在對系統(tǒng)有很大的危害，工藝方面主要表現(xiàn)在使冷凝器壓力升高，排氣過熱度升高，過熱度越高說明不凝氣越多，相應(yīng)蒸發(fā)器的工況越差 。也就是說系統(tǒng)壓力高、負(fù)荷高、但是效率低。

下面以工況1、3參數(shù)做一核算，計(jì)算兩種工況下冰機(jī)的制冷量，引入公式1：

(1)

式中：E2——冷凍機(jī)制冷量，kW；

CPW——水的定壓比熱容，kJ/kg.℃；

TE1——循環(huán)水進(jìn)蒸發(fā)器溫度，℃；

TE2——循環(huán)水出蒸發(fā)器溫度，℃。

∴ 將已知條件帶入(1)式得，

=0.73684,即：73.68%

也就是說，在滿負(fù)荷及相同的循環(huán)水量的前提下，含有不凝氣的工況1制冷量只有工況3制冷量的73.68%，雖然工況3尚未達(dá)到最佳工況，但工況1制冷效率明顯降低。如果要達(dá)到工況3的制冷量，必然要增加電耗。

3.2 設(shè)備方面的危害

通過表1可以看到，工況1的油溫達(dá)到88.8 ℃，超過工藝指標(biāo)上限。排氣溫度過高使?jié)櫥蜏囟壬?，潤滑油粘度降低，可能?dǎo)致潤滑油碳化，破壞潤滑效果，嚴(yán)重時燒毀電機(jī)。此外，如果是機(jī)組抽真空不夠造成的不凝氣積聚，系統(tǒng)內(nèi)存在不凝氣的同時往往還伴隨著水分，水分對于設(shè)備的危害更大。

潤滑油與氟利昂的混合物能夠溶解銅，銅離子隨著氟利昂回到壓縮機(jī)并與轉(zhuǎn)子接觸，會析出并沉積在轉(zhuǎn)子表面上，這就是“鍍銅現(xiàn)象”。這種現(xiàn)象會隨著系統(tǒng)中水分含量的提高和溫度的升高而加劇，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存在含有水分的不凝氣時，加劇了“鍍銅現(xiàn)象”的發(fā)生，對螺桿壓縮機(jī)有可能造成轉(zhuǎn)子抱死，使設(shè)備損壞。

4 不凝氣存在的原因及如何去除

一般不凝氣的存在主要有以下原因，啟動前沒有充分抽真空；充加氟利昂或潤滑油時操作不規(guī)范，沒有排出管線內(nèi)殘余不凝氣；設(shè)備存在漏點(diǎn)；如果停車時采取回收機(jī)回收氟利昂，氟利昂儲罐必須先充分抽真空，防止罐內(nèi)有不凝氣，復(fù)工時帶入冷凍機(jī)系統(tǒng)。

若運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在不凝氣，由于不凝氣分子量一般比氟利昂低(如：空氣、氮?dú)狻錃?，且不液化，積聚在系統(tǒng)上部，可以采取高點(diǎn)排氣的方法，適當(dāng)排放。若工況惡化無法運(yùn)行，則需要停車，抽真空后重新充加氟利昂。

5 結(jié)論

通過分析不凝氣對螺桿式氟利昂冷凍機(jī)組的影響，明確不凝氣對冷凍機(jī)組的危害，探討不凝氣存在的原因及去除的方法。得出結(jié)論，不凝氣的存在不僅降低冷凍機(jī)組的效率，還嚴(yán)重威脅機(jī)組運(yùn)行安全，在日常操作中應(yīng)予以重視。