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(huán)境綜合控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，為全船空調(diào)系統(tǒng)提供冷媒水，具有經(jīng)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(shè)備因密性破壞機組無法工作導(dǎo)致該船返航，造成極大經(jīng)濟損失。本文主要從機組密性破壞對設(shè)備運行產(chǎn)生影響進行深入分析，提出了應(yīng)對措施，對后續(xù)該型設(shè)備修理、試驗具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。

關(guān)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(huán)境綜合控制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，為海上正常航行和碼頭熱態(tài)系泊等工況常用制冷機組，為全船空調(diào)系統(tǒng)及其它空調(diào)冷水用戶提供空調(diào)冷媒水，保證了船員身心健康和機電設(shè)備可靠的工作。該制冷機組與其他類型的制冷機相比，其優(yōu)點是能利用該型船動力裝置的廢熱或低壓蒸汽來制冷，經(jīng)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(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)溴化鋰制冷機組冷媒水出口溫度突然持續(xù)上升，制冷量持續(xù)下降。采用對機組抽真空等措施后，機組仍無法恢復(fù)正常運行。隨后停止機組，開展冷機狀態(tài)排查，對機組內(nèi)溴化鋰溶液取樣化驗發(fā)現(xiàn)機組中稀溶液密度為1.24kg/L，低于正常值。隨即通過關(guān)閉相應(yīng)系統(tǒng)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(xiàn)象后，初步判定海水冷卻的傳熱管發(fā)生泄漏。船返港?？看a頭后，對機組充氮氣至0.05MPa時，發(fā)現(xiàn)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(shù)第3列、自上向下數(shù)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(wěn)各運行參數(shù)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(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器等換熱設(shè)備和自動控制裝置、自動抽氣裝置、報警裝置以及冷劑泵、發(fā)生泵、吸收泵、真空泵、真空閥件等配套設(shè)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(fā)（絕對壓力為5.3mmHg柱時，相應(yīng)水的蒸發(fā)溫度為2℃），吸收空調(diào)冷媒水熱量以達到空調(diào)制冷效果，具體工作流程原理見圖2所示。本設(shè)備實際運行工況為：當蒸發(fā)器冷媒水出水溫度為5℃時，蒸發(fā)器、吸收器工作絕對壓力為650Pa，即該設(shè)備正常運行時機組內(nèi)部始終處于高真空狀態(tài)。

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(nèi)，造成吸收劑溴化鋰溶液污染，隨著海水的不斷進入，機組內(nèi)的絕對氣密性破壞，運行的機組將依次出現(xiàn)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(fā)器、發(fā)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(nèi)，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(nèi)的絕對氣密性破壞，運行的機組將依次出現(xiàn)制冷量降低、結(jié)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(dǎo)，降低溴化鋰稀溶液吸收過程和冷凝過程的傳質(zhì)推動力及吸收系數(shù)、冷凝傳熱系數(shù)，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(shù)據(jù)標明，機組內(nèi)含有1%的不凝性氣體，冷凝傳熱系數(shù)會下降約60%。隨著空氣的不斷大量進入機組內(nèi)絕對氣密性破壞，機組制冷量將持續(xù)降低，出現(xiàn)結(jié)晶直至停機或者直接停機等故障。

b）對機組設(shè)備間接影響

1）該機組殼體為碳鋼結(jié)構(gòu)，傳熱管為銅質(zhì)。機組運行時蒸發(fā)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(fā)器傳熱管內(nèi)為飽和蒸汽），機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)長期處于高溫濕熱惡劣環(huán)境工作狀態(tài)。吸收器、冷凝器傳熱管若破損，冷卻海水直接泄漏至機組內(nèi)部，海水中鹽類易在殼體底部及傳熱管內(nèi)壁結(jié)垢或雜質(zhì)沉積。因結(jié)垢和雜質(zhì)沉積區(qū)域密度、厚度和化學(xué)組成通常呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，而這種不均勻的覆蓋可造成殼體、傳熱管金屬表面電化學(xué)不均勻性，阻礙金屬陽離子的擴散，引發(fā)電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，雜質(zhì)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(dǎo)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(zhì)，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(xué)反應(yīng)，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(chǎn)物。同時氧化失去的電子與溶液中的氫離子結(jié)合產(chǎn)生H2，H2與空氣中的N2等以不凝性氣體的形式在機組內(nèi)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(chǎn)生的鐵銹、銅銹等腐蝕產(chǎn)物，在溴化鋰溶液的沖刷作用下，將從殼體內(nèi)表面或傳熱管的外壁上脫離，隨溶液循環(huán)極易造成各換熱器噴嘴和屏蔽泵濾網(wǎng)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(xù)溴化鋰制冷機組的修理中實施，經(jīng)過機組實際運行檢驗至今未再發(fā)生因機組密性破壞導(dǎo)致機組無法運行故障。具體實施措施為：

1）結(jié)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(jù)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(jié)果，預(yù)防因檢查不到位傳熱管腐蝕銹穿造成機組密性破壞現(xiàn)象的發(fā)生。

2）結(jié)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）