熱水型溴化鋰機組的經(jīng)濟運行

白保安，賀 誠，魏自強

（陜西北元化工集團股份有限公司，陜西 榆林 719319）

陜西北元化工集團股份有限公司（以下簡稱“公司”）公用系統(tǒng)為用戶提供的冷卻水有循環(huán)水、7℃水和-26℃冷凍鹽水。7℃冷凍水系統(tǒng)主要利用溴化鋰機組換熱降溫制取，通過冷凍水泵輸送給用戶，工藝流程見圖1。公司采用江蘇雙良空調(diào)設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)的熱水二段溴化鋰吸收式機組，在實際運行過程中，由于熱水溫度低，影響換熱效率。分析發(fā)現(xiàn)目前的工藝系統(tǒng)可以通過改造滿足機組所需熱水量，提高運行效率，降低成本，實現(xiàn)機組的經(jīng)濟運行[1-3]。

圖1 熱水型溴化鋰機組制7℃水流程

1 熱水型溴化鋰機組應(yīng)用

熱水型溴化鋰機組是借助真空環(huán)境的一定壓力，通過溴化鋰濃溶液強大的吸水性，吸收機組內(nèi)水蒸氣的同時帶走熱量，達到降低水溫的目的。溴化鋰吸水后變?yōu)橄∪芤?，?jīng)過加熱揮發(fā)重新變?yōu)闈馊芤海瑥亩鴮崿F(xiàn)循環(huán)制冷操作[4]。

1.1 溴化鋰溶液的性質(zhì)

（1）一般性質(zhì)

溴化鋰溶液是將固態(tài)溴化鋰溶于水所形成的溶液。

因為Li元素與Br元素歸屬堿性金屬物質(zhì)與鹵族元素，因此該物質(zhì)的特性與氯化鈉較為類似。在空氣環(huán)境中不容易氧化，也不容易與其他物質(zhì)反應(yīng)，不具有揮發(fā)性，化學特性相對穩(wěn)定[5]。

讓溴化鋰溶液能夠滿足熱水型制冷機組工作運行的要求，需要對其具體的指標數(shù)據(jù)實施嚴格的把控，濃度控制在50%±1%，pH值控制在9.0～10.5，緩蝕劑Li2CrO3的濃度控制在0.2%以內(nèi)[6]，對該溶液中其他雜質(zhì)含量也要控制到合適的范圍內(nèi)，具體見表1。

表1 溴化鋰溶液雜質(zhì)含量控制范圍表

（2）溶解度

溴化鋰具有極強的溶解度，常溫時飽和溶液濃度能夠達到60%。當達到一定濃度后，溫度降低時就會出現(xiàn)晶體析出；同理，溫度一定時，濃度升高也會有晶體析出。因此在溴化鋰機組制冷運行或者停機時要避免造成結(jié)晶故障，影響正常的運轉(zhuǎn)[7]。

（3）水蒸氣分壓

溴化鋰溶液的水蒸氣分壓不高，所以有極高的吸水性。對于水蒸氣來說是一種極好的吸收劑，能夠吸收溫度低很多的水蒸氣。

（4）腐蝕性

溴化鋰溶液對于一些常見的金屬物質(zhì)有著較高的腐蝕性，特別是在有氧氣的環(huán)境中腐蝕性更強。因此，機組內(nèi)部真空無氧的環(huán)境是有效防止腐蝕的關(guān)鍵。

1.2 機組運行原理

熱水型溴化鋰機組能夠有效運用低溫位的熱值，還具有良好的熱能系數(shù)，被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)中冷卻水的生產(chǎn)，以滿足化工設(shè)備降溫對冷卻水的需求。

生產(chǎn)水補入公用7℃儲槽進入7℃水泵，加壓輸送至蒸汽型（熱水型）制冷機組蒸發(fā)器，蒸發(fā)形成的制冷劑蒸汽運送至吸收器，由來自發(fā)生器的工質(zhì)對其吸收，經(jīng)過溶液泵加壓后轉(zhuǎn)至發(fā)生器，循環(huán)工作進行冷量的制取。本著提升機組工作效率的原則，配備了溶液熱交換器；同時為了提升蒸發(fā)器的導熱能力配有冷劑泵[9]。其本質(zhì)是借助工質(zhì)的濃度變動實現(xiàn)相應(yīng)制冷工作，因此又叫做吸收式制冷。合格的7℃冷水送至用戶，換熱后的冷凍水流回至7℃儲槽循環(huán)使用。

2 機組關(guān)鍵操作程序及系統(tǒng)調(diào)試

2.1 關(guān)鍵操作程序

溴化鋰機組開車操作過程。（1）開機時需要先將機組控制箱斷路器合上，確保機組沒有故障，且檢查機組沒有故障燈亮后進入機組監(jiān)視界面；（2）要保障冷水泵始終處于良好運行狀態(tài)，再緩慢打開機組進出口的閥門，進行冷水壓力和流量的調(diào)整，確定供給溴化鋰機組的冷卻水溫度與壓力。之后慢慢打開冷卻水出口的閥門，開度在3%～5%，保障通道順暢；（3）排除蒸汽系統(tǒng)內(nèi)部冷凝水，將機組蒸汽進口閥門打開至5%，盡可能排凈蒸汽管內(nèi)的冷凝水；（4）在監(jiān)控界面上點擊機組啟動按鈕，機組開始工作后，將冷卻水管的控制閥調(diào)整為自動控制；（5）調(diào)控機組冷卻水進口閥門，保證冷凝水溫度約40℃和監(jiān)控界面中蒸汽壓力值處于不斷增加的趨勢，同時冷水出口的溫度降低到7℃，時刻關(guān)注監(jiān)控界面多參數(shù)值的變化；（6）將蒸汽進口的閥門狀態(tài)調(diào)整到最佳狀況，保證機組的蒸汽壓力維持在0.5 MPa以下，冷水溫度控制在6.8～7.2℃，調(diào)節(jié)機組閥門的狀態(tài)，使機組時刻保持在正常運作狀況；（7）機組運行穩(wěn)定后，實時監(jiān)控與巡查機組的運行過程，保證每2 h記載數(shù)據(jù)以及設(shè)備運轉(zhuǎn)良好。

溴化鋰機組停車操作過程。（1）打開凝水的放凈閥門，將蒸汽的進口閥門關(guān)閉，停止給凝水罐中的凝水輸送，通知氯化氫裝置停止輸送冷凝水；（2）管控冷卻水進出口閥門，將冷凝溫度盡可能維持在48℃以下；（3）蒸汽壓力變?yōu)?以后，點擊系統(tǒng)停止按鈕，此時機組就會自動進入稀釋的運轉(zhuǎn)狀態(tài)；（4）運行3～5 min后把機組內(nèi)的冷卻水進出口閥門關(guān)閉，將VCM循環(huán)水供水壓力值調(diào)整到合理范圍；（5）一旦機組稀釋運行停止以后，就要避免機組內(nèi)部冷水通過，保障至少30 min，待到機組全部冷卻，不再有慣性蒸汽制冷情況時可以將冷水閥門關(guān)上；（6）做好停機后的維護保養(yǎng)檢查，切斷機組控制箱電源。

2.2 系統(tǒng)調(diào)試

進行熱水型溴化鋰機組運行調(diào)試主要包括對氣密性的檢測、水洗、填充溴化鋰溶液及工況調(diào)試等。

（1）氣密性檢測主要是為了保障機組內(nèi)部良好的壓力狀況，維持熱循環(huán)從而支撐制冷工作。在熱水型溴化鋰機組制冷過程中主要涉及水蒸氣與一些不被吸收的氣體（如氫氣、氮氣等），根據(jù)溴化鋰強烈的腐蝕特點，需要保證工作狀況下嚴密的無氧環(huán)境，形成有效的防止腐蝕的效果。一旦發(fā)生系統(tǒng)漏氣，會對系統(tǒng)運行產(chǎn)生極為嚴重的不良影響，如機組內(nèi)水蒸氣吸收不充分造成供應(yīng)不足、液位不穩(wěn)定使機組內(nèi)吸空、蒸發(fā)器內(nèi)冷劑水不斷增加、溴化鋰濃度過高出現(xiàn)結(jié)晶等問題，造成系統(tǒng)運行不暢，影響生產(chǎn)運行。

（2）及時進行機組內(nèi)部水洗及溶液的補注。完成對機組氣密性的檢查后要進行水洗操作，保證機組部件運轉(zhuǎn)正常，避免存在鐵銹或油污，保障冷劑與溶液循環(huán)管道的通暢。在水洗過程中要及時查看蒸發(fā)器內(nèi)部積水情況，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理，水洗完成后要打開閥門進行放氣放水操作，盡可能將水排空，然后立即啟動真空泵，實現(xiàn)真空工作狀態(tài)。最后進行溶液的補注，將符合標準的溶液注入管道內(nèi)，依照相關(guān)要求注入足量的溶液，滿足機器運轉(zhuǎn)的需求。

（3）進行工作狀況下的參數(shù)調(diào)試運行。首先對冷卻水的溫度進行調(diào)控，保證蒸汽壓力相對穩(wěn)定，在保證鍋爐以及制冷劑符合要求的狀況下及時進行蒸汽調(diào)節(jié)，使冷卻水溫度在合理范圍內(nèi)；然后進行冷卻水的質(zhì)量處置，通過排污、反應(yīng)等措施保證冷卻水的質(zhì)量；后要進行相關(guān)運轉(zhuǎn)設(shè)施的檢測，保證設(shè)備運轉(zhuǎn)正常、管道無堵塞等；最后開始具體的運行調(diào)試工作，包括檢漏、水洗以及灌注操作，維持溶液濃度與體積的穩(wěn)定。借助濃縮或者稀釋的方式達到對溴化鋰溶液濃度的調(diào)節(jié)，維持溶液濃度在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)析晶或者循環(huán)量不足的問題。

3 提高溴化鋰機組制冷能力和機組內(nèi)部換熱效果

3.1 日常保養(yǎng)與檢修

溴化鋰機組額定制冷功率為3 490 kW，但實際達不到額定值，主要與制冷劑的循環(huán)量、運行參數(shù)控制、外界負荷以及日常維護保養(yǎng)有關(guān)。機組在運行過程中要進行日常維護，日常維護包括對機組進行抽真空、凝水液封的清理、清洗換熱列管和過濾機組溶液。抽真空可以確保機組內(nèi)部真空度良好，提高溴化鋰機組制冷效果，保護機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)，防止腐蝕對機組造成重大損害。凝水液封的清理可以使凝水排水暢通，提高高壓發(fā)生器的換熱效率[10]。定期清洗機組的換熱列管，可以保證水流暢通，并且提升列管間的換熱效果，防止垢下腐蝕，延長機組使用壽命。對機組溶液進行過濾，提高溶液的制冷效能。

（1）停機保養(yǎng)

對于2周內(nèi)短期內(nèi)的停機操作需要進行一定的保養(yǎng)。首先要將機組內(nèi)部的溴化鋰溶液進行稀釋，并且維持運行的真空狀態(tài)，每天2次真空檢測，及時進行真空閥片的檢查與更換。對于超過2周的長期停機，就需要將通往蒸發(fā)器的冷劑水調(diào)整至其他吸收器內(nèi)，并進行容器內(nèi)溶液的稀釋，避免出現(xiàn)析晶，通常包括真空與充氮保養(yǎng)兩種形式。

（2）保養(yǎng)與檢修

在機組運轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)溴化鋰機組真空不良、冷劑水污染等問題，嚴重影響機組正常的工作狀態(tài)，因此要進行及時的不同部位的保養(yǎng)與檢修。例如對于傳熱管道，經(jīng)過一段時間的工作后，可能會出現(xiàn)因為泥沙等物質(zhì)造成的堵塞現(xiàn)象，因此要及時進行清潔，提高熱傳導效率。需借助一定的工具或者藥物進行具體的清洗工作。針對沒有污垢存在的管道，只需通過氣槍以及尼龍刷將管道內(nèi)泥沙吹洗以及刷洗的方式進行清潔；針對存在結(jié)存污垢的管道，就需要借助化學試劑酸洗，進行污垢的去除。對于真空泵可能存在的真空不足等問題，要及時進行密封件的更換以及添油等操作，保證真空泵良好運轉(zhuǎn)；同時還要注意日常運轉(zhuǎn)過程中一些零部件的更換，尤其是對于真空環(huán)境下的密封部件，包括密封膠圈、真空隔膜閥片等，根據(jù)更換周期進行更換。

3.2 熱源提供

目前，熱水型溴化鋰機組使用的熱水來自合成裝置VCM熱水塔所供熱水，并經(jīng)過蒸汽再加熱。機組產(chǎn)生的蒸汽冷凝水A線送至電廠，B線送至氯化氫裝置，經(jīng)過除氧裝置，送至VCM合成裝置進行回用，實現(xiàn)自身循環(huán)利用。因此在日常崗位工作及時調(diào)整溴化鋰機組制冷效果，可降低蒸汽消耗，達到節(jié)能降耗、經(jīng)濟運行的目的。

（1）凝水直接用于熱水型溴化鋰機組

把蒸汽溴冷產(chǎn)生的凝水用作熱水溴冷熱源，然后再送至電廠。凝水溫度為97℃，凝水流量為15 m3/h，熱水罐的溫度為79℃，合成熱水供水溫度為92℃，回水溫度為79℃，B線凝水泵流量為30 m3/h，A線冷凝水泵流量為25 m3/h。

（2）增加換熱器

增加1臺小型熱水換熱器，加在熱水換熱器與熱水加熱器之間，改造后如果經(jīng)過熱水換熱器和小型熱水換熱器后的熱水溫度不滿足溴化鋰機組需求，還可以再開蒸汽通過熱水加熱器給熱水升溫。

（3）VCM熱水直接用于機組換熱

目前1臺熱水循環(huán)泵不能滿足4臺熱水機組所需熱源量，可以利用VCM熱水塔所供的熱水直接給1臺溴化鋰機組加熱，溫度由VCM熱水塔供給崗位控制，可以保證剩余3臺熱水溴化鋰熱源充足，制冷效果明顯提升，降低了熱水加熱器的蒸汽消耗。

（4）增加流量提升流速

在一定的溫度下提高熱水的流量和流速，是提高換熱效率的有效手段。提高循環(huán)冷卻水的流速，讓加熱后產(chǎn)生的冷劑蒸汽更快冷凝，更有效地進行換熱。通過啟用增壓循環(huán)泵的方式，可提升流速，增加進溴化鋰機組冷卻水量。

3.3 熱水泵節(jié)能改造

熱水泵主要是為熱水的流動提供動力，保證機組換熱。選用的熱水泵功率315 kW，流量1 800 m3/h，揚程40 m。每臺溴化鋰機組的熱水額定用量為441 200 kg/h，換算得441.2 m3/h。

目前熱水泵按照效率計算，并不能充分滿足為4臺熱水溴冷提供熱水。所以選擇改造為變頻泵，根據(jù)7℃水溫度來調(diào)整出口流量，降低熱水泵電耗。或者利用VCM熱水塔所供的熱水直接給1臺溴化鋰機組加熱，降低熱水泵的負荷，達到節(jié)能降耗的目的。

4 結(jié)語

節(jié)能降耗以及強化化工余熱循環(huán)利用是有效降低企業(yè)運行成本、提升企業(yè)競爭力的關(guān)鍵，更是企業(yè)進行自身經(jīng)濟效益提升，落實國家長久可持續(xù)發(fā)展理念的核心。熱水型溴化鋰機組制冷能夠廣泛應(yīng)用，主要是由于其具備穩(wěn)定運行、操作簡單等特點，能夠?qū)崮苡行Ю?，對外界環(huán)境的適應(yīng)能力較強，不需要較高的環(huán)境要求，但是在運行過程中存在一些能量消耗與產(chǎn)出不相匹配的問題。不僅要在機組充分發(fā)揮額定制冷效率上解決制約因素，更要從驅(qū)動能源上尋找節(jié)約要點，確保溴化鋰機組的經(jīng)濟運行。