溴化鋰制冷機(jī)組節(jié)能改造

吳紅忠 ，張曉蓮

(1.焦作煤業(yè)(集團(tuán))開元化工有限責(zé)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(guó)家環(huán)保、安全督察力度不斷加強(qiáng)，如何在新的形勢(shì)下適應(yīng)國(guó)家環(huán)保、安全要求，大量回收生產(chǎn)過(guò)程中可以利用的熱能，降低生產(chǎn)成本，做到清潔生產(chǎn)是當(dāng)前化工企業(yè)首要考慮的問(wèn)題。建設(shè)具有清潔、環(huán)保、安全、穩(wěn)定、高效的化工生產(chǎn)模式是氯堿行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

焦作煤業(yè)(集團(tuán))開元化工有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱“開元化工”)成立于2009年10月，隸屬于河南能源化工集團(tuán)?，F(xiàn)有20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿、2萬(wàn)t/a三氯氫硅、3萬(wàn)t/a環(huán)氧氯丙烷、4萬(wàn)t/a環(huán)氧樹脂生產(chǎn)裝置。20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置于2011年10月投產(chǎn)，目前生產(chǎn)穩(wěn)定，形成了產(chǎn)、供、銷一體的運(yùn)營(yíng)模式，是河南能源骨干企業(yè)之一。

1 副產(chǎn)蒸汽情況

開元化工氯化氫合成崗位有5臺(tái)二合一副產(chǎn)蒸汽石墨合成爐，正常生產(chǎn)時(shí)，3臺(tái)合成爐便可滿足鹽酸生產(chǎn)需要。3臺(tái)合成爐副產(chǎn)蒸汽約7.5 t/h。原設(shè)計(jì)將副產(chǎn)蒸汽并入開元化工低壓蒸汽管網(wǎng)，為1臺(tái)溴化鋰機(jī)組提供動(dòng)力，或者送至一次鹽水和電解崗位用于板式換熱器對(duì)物料進(jìn)行預(yù)熱。由于利用性不高，多為排空處理，造成能源浪費(fèi)；還消耗大量動(dòng)力電，增加生產(chǎn)成本。

2 冷媒系統(tǒng)裝置情況

開元化工離子膜法燒堿裝置現(xiàn)有3套R(shí)HSCW-275*2J(T)A螺桿制冷機(jī)組，每套機(jī)組有4臺(tái)壓縮機(jī)，2臺(tái)壓縮機(jī)為1組，共6組12臺(tái)壓縮機(jī)。單臺(tái)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(jī)組，制冷量為1 900 kW，運(yùn)行時(shí)，利用部分合成爐副產(chǎn)蒸汽作為動(dòng)力，與螺桿機(jī)組配合使用。

為了充分利用合成爐副產(chǎn)蒸汽，將焦煤集團(tuán)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(jī)組調(diào)到開元化工7 ℃水站進(jìn)行利用，以降低投資成本，提高設(shè)備利用率。

3 螺桿制冷機(jī)組與溴化鋰制冷機(jī)組的對(duì)比[1]

3.1 螺桿冷水機(jī)組的特點(diǎn)

3.1.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)由于直接水冷式螺桿冷水機(jī)組以電能為動(dòng)力，一般產(chǎn)品能效比大于4，是一種節(jié)能產(chǎn)品。

(2)使用年限長(zhǎng)，能量衰減可忽略。

3.1.2 缺點(diǎn)

螺桿冷水機(jī)組以電能為動(dòng)力，在電力緊張的地區(qū)，單位電價(jià)較高，造成整機(jī)運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高。

3.2 溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組的特點(diǎn)

3.2.1 優(yōu)點(diǎn)

(1)溴化鋰機(jī)組的制冷劑為水，對(duì)環(huán)境污染較少，且制冷劑價(jià)格便宜。

(2)溴化鋰制冷機(jī)組可利用廢蒸汽或直接以燃油(氣)為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，對(duì)電力的需求量不大，僅需要電能來(lái)驅(qū)動(dòng)溶液泵和溶劑泵。故對(duì)電力資源較為緊張的地區(qū)， 該產(chǎn)品有較大的優(yōu)勢(shì)，且運(yùn)行能源費(fèi)用較螺桿冷水機(jī)組要低。

3.2.2 缺點(diǎn)

(1)由于所用溴化鋰溶液在有空氣的情況下，對(duì)普通碳鋼有較強(qiáng)的腐蝕性，設(shè)備在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)較明顯的能量衰減，從而降低了整臺(tái)機(jī)組的實(shí)際產(chǎn)冷量，影響了使用效果，并且降低了機(jī)組的使用壽命。

(2)正常檢修時(shí)，排放的溴化鋰水溶液污染環(huán)境；設(shè)備造價(jià)較高，初期投資費(fèi)用大。

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

(4)溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組對(duì)冷卻水的水質(zhì)要求高，且冷卻水用量一般為水冷螺桿式冷水機(jī)組的1.5倍左右，對(duì)于淡水資源較為缺乏的地區(qū)，投資及運(yùn)行成本較高。

此外，螺桿制冷機(jī)組使用動(dòng)力電，使用范圍廣。而溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組以蒸汽為動(dòng)力，如使用一次蒸汽時(shí)費(fèi)用高，但是使用生產(chǎn)中副產(chǎn)蒸汽或利用回收蒸汽，生產(chǎn)成本就會(huì)大幅度降低。因此，如果開元化工在生產(chǎn)中副產(chǎn)蒸汽，則溴化鋰制冷機(jī)組比螺桿制冷機(jī)組更節(jié)能。

4 節(jié)能改造方案[2]

在開元化工現(xiàn)有冷媒水站增加一座溴化鋰機(jī)組廠房，將新增溴化鋰機(jī)組和管道與原有工藝管道連通，形成一整套冷媒系統(tǒng)，然后利用5臺(tái)二合一石墨合成爐的副產(chǎn)蒸汽作為冷媒系統(tǒng)的動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)降低燒堿系統(tǒng)動(dòng)力電的目的。

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

5 制冷機(jī)組的清洗及維護(hù)保養(yǎng)

C-360AST和XI-330為閑置設(shè)備，因長(zhǎng)時(shí)間未運(yùn)行，部分零部件已經(jīng)老化，制冷溶劑和潤(rùn)滑油已經(jīng)變質(zhì)，換熱列管內(nèi)存在水垢。為了保證設(shè)備最大化穩(wěn)定與提升機(jī)組的運(yùn)行性能，對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了徹底的清理、維護(hù)保養(yǎng)。

5.1 設(shè)備的清洗

5.1.1 方案

采用循環(huán)清洗和靜置浸泡相結(jié)合的方法進(jìn)行清洗。安裝臨時(shí)清洗槽，使清洗設(shè)備形成一個(gè)閉合回路，清洗液不斷循環(huán)，沉積層等不斷受到新鮮清洗液的化學(xué)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(tǒng)檢查確認(rèn)。清洗前必須打開主機(jī)水室端蓋，檢查結(jié)垢狀況；同時(shí)，檢查主機(jī)的外部綜合狀況和性能。

(2)若主機(jī)銅管因結(jié)垢嚴(yán)重而堵塞，應(yīng)使用物理法疏通銅管(即高壓射流物理清洗)。

(3)機(jī)組清洗前，要遮蓋主機(jī)電控箱，以免液體濺到電控箱上。

(4)清洗系統(tǒng)補(bǔ)滿水后，啟動(dòng)清洗泵開始循環(huán)，檢查清洗系統(tǒng)是否泄漏。

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

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

(7)通過(guò)控制加清洗劑速度來(lái)控制反應(yīng)速度，避免系統(tǒng)出現(xiàn)大量氣體漲破清洗軟管，大量氣體出現(xiàn)還容易導(dǎo)致冷凝器內(nèi)氣阻而造成部分銅管不能洗凈。

(8)停止循環(huán)，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(yīng)裝好冷凝器端蓋，補(bǔ)水、加清洗劑，繼續(xù)清洗。

(9)確認(rèn)除垢效果良好的情況下，清洗結(jié)束，排掉清洗劑，打開主機(jī)水室端蓋，用水槍沖洗銅管。沖洗完畢后，初步驗(yàn)收，確認(rèn)除垢效果。

(10)初步驗(yàn)收后，恢復(fù)循環(huán)清洗系統(tǒng)，系統(tǒng)補(bǔ)滿水，繼續(xù)循環(huán)，投加預(yù)膜劑(SL-103)進(jìn)行中和預(yù)膜。預(yù)膜劑循環(huán)均勻后，檢測(cè)循環(huán)水的pH值，確保pH值在9以上。如pH值不到9，須繼續(xù)投加預(yù)膜劑直至合格。

(11)預(yù)膜劑循環(huán)均勻后(循環(huán)1 h以上)，停止循環(huán)，清洗結(jié)束，拆掉臨時(shí)清洗系統(tǒng)。但此時(shí)預(yù)膜劑不需排放，而應(yīng)在系統(tǒng)中保留12 h以上。如機(jī)組清洗后暫時(shí)不運(yùn)行，則預(yù)膜劑不需排放，一直浸泡在機(jī)組內(nèi)即可。

5.1.4 注意事項(xiàng)

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

(2)中央空調(diào)機(jī)組內(nèi)部材質(zhì)一般為碳鋼和銅管，如清洗過(guò)程緩蝕處理不當(dāng)，容易造成金屬的腐蝕，嚴(yán)重者可導(dǎo)致銅管被洗穿，因此必須嚴(yán)格控制緩蝕液的濃度。

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

(4)循環(huán)清洗結(jié)束后，打開機(jī)組冷凝器端蓋進(jìn)行檢查。對(duì)于殘存未完全脫落的浮垢，再次通過(guò)水力沖洗方式予以清除，避免出現(xiàn)除垢不徹底和換熱管腐蝕現(xiàn)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(jìn)行中和鈍化處理與預(yù)膜工作。

(6)清洗技術(shù)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(xué)的清洗操作程序。

(7)清洗過(guò)程的分析控制：①清洗過(guò)程的監(jiān)控項(xiàng)目，②清洗終點(diǎn)的監(jiān)控項(xiàng)目，③腐蝕監(jiān)控項(xiàng)目。

5.2 溴化鋰溶液的維護(hù)保養(yǎng)

5.2.1 方案

溴化鋰溶液是溴化鋰制冷機(jī)組的“血液”，溶液品質(zhì)直接影響機(jī)組運(yùn)行性能與使用壽命。溶液維護(hù)工藝主要包括：沉淀法和過(guò)濾法。沉淀指溶液在機(jī)內(nèi)充分循環(huán)后將機(jī)內(nèi)腐蝕產(chǎn)物帶出機(jī)外沉淀，經(jīng)沉淀取上部清液，除去機(jī)內(nèi)的沉淀物；沉淀需反復(fù)多次才能達(dá)到清潔溶液的目的。過(guò)濾指利用過(guò)濾裝置對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾，帶出溶液內(nèi)的腐蝕物，從而達(dá)到清潔溶液的目的。

5.2.2 維護(hù)保養(yǎng)工藝流程

5.2.3 維護(hù)保養(yǎng)操作

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

(2)溶液處理系統(tǒng)的連接安裝：過(guò)濾器、再生容器的就位；加液閥→止回閥→過(guò)濾器→再生容器→濃溶液取樣閥的系統(tǒng)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(jī)組產(chǎn)生腐蝕。

(3)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中將機(jī)內(nèi)溶液從溶液加液閥分流至加裝濾膜后的過(guò)濾器進(jìn)行再生處理，循環(huán)處理過(guò)程中必須全程跟蹤，以防空氣進(jìn)入機(jī)組產(chǎn)生腐蝕。空氣一旦進(jìn)入機(jī)組，須在制冷運(yùn)行過(guò)程中迅速抽高真空。

(4)為達(dá)到機(jī)組運(yùn)行中溶液徹底處理的目的，溶液處理過(guò)程中須對(duì)機(jī)組進(jìn)行變負(fù)荷運(yùn)行，并定期旁通冷劑水。每天一次部分旁通，時(shí)間不低于30 min。

(5)機(jī)組內(nèi)溶液的大量腐蝕物可在處理前壓入儲(chǔ)液罐，反復(fù)用濾膜沉淀數(shù)次后再吸入主機(jī)內(nèi)循環(huán)再生處理。

(6)溶液處理過(guò)程中，根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)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(nèi)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整pH值。

(7)溶液處理過(guò)程中，根據(jù)化驗(yàn)數(shù)據(jù)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(nèi)。必須在pH值已經(jīng)正常情況下進(jìn)行。

(8)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中溶液清澈無(wú)雜質(zhì)后可初步視為再生處理合格，拆除溶液處理系統(tǒng)，將系統(tǒng)內(nèi)的溶液集中處理后加入機(jī)內(nèi)利用。

(9)對(duì)溶液過(guò)濾器、再生容器、膠管等用清水反復(fù)沖洗干凈，對(duì)機(jī)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(xiàn)場(chǎng)；再生工作完成后，徹底對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理、清掃，保證機(jī)房的整潔。

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

(11)制冷機(jī)組運(yùn)行情況下取樣留存，以備復(fù)檢。

5.2.4 注意事項(xiàng)

(1)溴化鋰溶液發(fā)生質(zhì)量變化后，根據(jù)機(jī)組溶液實(shí)際狀況，結(jié)合機(jī)組溶液的化驗(yàn)報(bào)告(溴化鋰溶液)，及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)溶液成分的含量，確保維護(hù)后溶液的高效品質(zhì)與機(jī)組的正常運(yùn)行質(zhì)量。

(2)維修需更換的配件及溶液由維修廠家負(fù)責(zé)提供，必須經(jīng)嚴(yán)格驗(yàn)收合格后方能使用。

(3)溴化鋰污染環(huán)境，因此，機(jī)組在運(yùn)行中禁止出現(xiàn)跑、冒、滴、漏；檢修時(shí)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(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題及解決方案

在試運(yùn)行中，由于該設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間閑置，出現(xiàn)問(wèn)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(guān)不工作，已更換。

(3)測(cè)溫電阻有一根不工作，已更換。

(4)冷凝水水箱浮球開關(guān)不動(dòng)作，隨即采用人工調(diào)節(jié)流量閥門控制，同時(shí)已報(bào)計(jì)劃，到貨后更換。

(5)冷凝水泵機(jī)封漏水，檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)封損壞，已更換。

6 設(shè)備運(yùn)行情況

該項(xiàng)目于2018年9月10日開始運(yùn)行，到目前冷媒系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，完全滿足20萬(wàn)t/a離子膜法燒堿裝置冷媒水的需求，已達(dá)到副產(chǎn)蒸汽回收利用替代動(dòng)力電，降低生產(chǎn)成本的目的。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

7.1 資金投入

含調(diào)劑設(shè)備、土建、材料、安裝等費(fèi)用，合計(jì)213萬(wàn)元。

7.2 節(jié)約動(dòng)力用電費(fèi)

1套螺桿機(jī)組包括4臺(tái)壓縮機(jī)，1臺(tái)壓縮機(jī)額定功率110 kW，每年節(jié)約電量為(年運(yùn)行時(shí)間按8 000 h計(jì)算)：

110×4×8 000=3 520 000(kW·h)。

電費(fèi)按0.62元/(kW·h)計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi)：3 520 000×0.62=218.24萬(wàn)(元)。

7.3 回收蒸汽冷凝水

溴化鋰機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)副產(chǎn)蒸汽冷凝水量6.5 t/h，每年以8 000 h計(jì)，可產(chǎn)生約5.2萬(wàn)t蒸汽冷凝水?，F(xiàn)將冷凝水按純水全部回收回用，純水按8元/t計(jì)算，每年可創(chuàng)效41.6萬(wàn)元。

以上兩項(xiàng)每年節(jié)約創(chuàng)效合計(jì)259.84萬(wàn)元。

經(jīng)計(jì)算可知：該裝置運(yùn)行不到1年即可收回投資。

8 結(jié)語(yǔ)

開元化工冷媒系統(tǒng)以1臺(tái)大溴化鋰機(jī)組運(yùn)行，1中1小2臺(tái)溴化鋰機(jī)組作為備用，正常情況下，不開啟螺桿制冷機(jī)組就能滿足全廠冷凍水的需求。充分利用合成爐副產(chǎn)蒸汽代替了動(dòng)力電，不但提高了設(shè)備利用率，減少了設(shè)備投入，還達(dá)到了廢熱利用，為氯堿行業(yè)在冷媒系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)效工作中探索出一條可行的實(shí)踐之路。