吸收式制冷機制冷量減少的原因分析與整改措施

趙首永，于粉林

(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司，河南洛陽471012)

1 概述

中國石油化工股份有限公司洛陽分公司冷凍站吸收式溴化鋰制冷機共6臺，其中SXZ8-465DM型雙良機組5臺(工藝位號分別是L101-L105)，NG-83MT型三洋機組1臺(工藝位號是L106)。主要向下游裝置提供7～11℃中央空調(diào)用水。機組已運行14 a，6臺機組的制冷量都有不同程度的下降，冷水溫度得不到有效的降低，嚴重時會影響到下游用戶的產(chǎn)品質(zhì)量。

2 影響機組制冷量的主要因素

2.1 機組真空壓力升高

真空壓力是吸收式制冷機一個非常重要的參數(shù)。真空壓力升高，蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度也相對升高，冷劑水與冷水的溫度差減少，冷劑水噴淋在蒸發(fā)器內(nèi)的銅管表面時蒸發(fā)量就會減少，傳熱的動力就會降低。另外，機組吸收性能變差水蒸氣過多，引起蒸發(fā)壓力的升高，降低了蒸發(fā)與吸收的壓力差，這樣，冷水熱量因冷劑水蒸發(fā)不完全，造成部分熱量不能被帶走，冷水出口溫度會隨著蒸發(fā)量的減少而升高。

2.2 機組溶液雜質(zhì)多

機組經(jīng)過14 a的運行，期間經(jīng)歷了多次檢修，L102、L104都經(jīng)過氣割開腔故障處理，在處理過程中因機組內(nèi)腔直接與空氣接觸，空氣中的氧氣與內(nèi)腔進行氧化反應，造成內(nèi)腔表面鈍化膜脫落，使溶液直接與內(nèi)腔鋼板接觸產(chǎn)生腐蝕，溶液的質(zhì)量分數(shù)下降，pH值下降，銅離子、鐵離子的數(shù)量不斷增加，溶液的混濁度增加。溶液中的雜質(zhì)在辛醇粘度的作用下凝聚在一起，在噴淋過程中堵塞吸收器和蒸發(fā)器的噴淋小孔，使溶液和冷劑水噴淋過程不均勻，嚴重影響了機組的蒸發(fā)和吸收。最終使冷水溫降升高。機組的制冷量下降。標準溴化鋰溶液參數(shù)見表1。

表1 溴化鋰溶液的技術(shù)要求Table 1 Technical requirements of the lithium bromide solution

2.3 溶液中辛醇含量不足

為了提高溴化鋰制冷機換熱器的傳熱效果，在溴化鋰制冷機中廣泛采用辛醇作為能量增強劑，來達到使溶液的表面張力降低，提高溶液與水蒸氣的結(jié)合。但在實際使用過程中，由于溶液中雜質(zhì)含量多，辛醇又具有一定的粘合度與溶液幾乎不相溶，部分辛醇會積聚在蒸發(fā)器冷劑水表面上，因粘性的存在會積聚大部分的銹蝕雜物，堵塞蒸發(fā)器的噴嘴，造成冷劑水不能均勻地噴灑，部分傳熱管不能得到冷劑水蒸發(fā)帶走冷水的熱量，影響到蒸發(fā)器局部的冷水溫度不能被降低，最終使冷水溫降升高。為了杜絕這一現(xiàn)象的發(fā)生，采用減少辛醇含量的方法，用以達到減少部分噴嘴被堵塞的可能。其中，辛醇的添加量與制冷量的關(guān)系如圖1。

圖1 辛醇添加量與制冷量的關(guān)系Fig.1 Octanol add volume and cooling capacity

2.4 外部條件變化對機組性能的影響

2.4.1 蒸汽壓力

冷凍站溴化鋰制冷機所使用的蒸汽是動力車間熱電站經(jīng)長絲車間供給機組使用的，操作人員在蒸汽使用過程中沒有直接調(diào)節(jié)手段，蒸汽壓力經(jīng)常會出現(xiàn)波動，嚴重影響到運行機組的高發(fā)溫度，當蒸汽壓力降低時，高發(fā)溫度也相應地降低，這樣引起濃溶液的濃度降低，造成機組的吸收效果變差，蒸發(fā)器和吸收器壓力差減少，冷劑水不能得到很好的蒸發(fā)，進而導致機組的制冷量逐漸降低。蒸汽壓力變化對機組的制冷量影響如圖2所示。

圖2 蒸汽壓力與制冷量的關(guān)系Fig.2 The relationship of the steam pressure and the cooling capacity

2.4.2 雜質(zhì)、水垢影響換熱器的換熱效果

冷凍站位于循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)的末端，使用的循環(huán)水中存在較多雜質(zhì)，特別是一些填料雜質(zhì)，由于顆粒較大，不斷積聚在換熱器銅管端面，阻塞換熱器，影響換熱器的正常流通換熱。另一方面，循環(huán)水中的 Ca2+、CO2-3、SO2-4、Cl-等離子超標，冷卻器長期在這樣的水質(zhì)狀況下運行，銅管表面就會形成厚厚一層水垢，降低換熱器的換熱效率。機組內(nèi)冷凝器、吸收器的熱量將無法得到很好的冷卻，造成冷凝溫度、濃溶液溫度得不到有效的降低，嚴重影響到機組的正常蒸發(fā)和吸收。制冷量不斷下降。

2.5 凝水回水管堵塞，影響高發(fā)蒸汽的正常換熱

蒸汽與高發(fā)內(nèi)的稀溶液換熱放出熱量后凝結(jié)成水，凝水再經(jīng)過節(jié)流與稀溶液換熱排出機組。凝水作為一種高品質(zhì)的水被作為產(chǎn)品需要加以回收。凝水回收系統(tǒng)主要有輸送管線和回水箱組成，回水箱距離較遠，機組凝水要經(jīng)過一條較長的凝水管線，中間還需要經(jīng)過兩個彎道并具有一定的高度才可以到達回水箱。這樣，凝水在輸送過程中會夾帶蒸汽、換熱器中的一些銹蝕雜質(zhì)，這些雜質(zhì)逐漸在管內(nèi)積存阻礙了凝水的正常輸送，造成高發(fā)溫度的不斷波動，高發(fā)換熱器內(nèi)的稀溶液得不到穩(wěn)定的換熱濃縮，濃溶液的濃度會直接下降，機組的吸收效果變差，制冷量下降。

3 整改措施

3.1 穩(wěn)定機組的真空壓力

1.建立健全溴化鋰制冷機真空壓力的管理制度，要求每2 h巡檢檢查所有機組的真空壓力，并做好機組真空壓力數(shù)值的記錄，當發(fā)現(xiàn)機組真空壓力高于10 mmHg時，要及時開啟真空泵抽真空。

2.如果機組的真空壓力在較短的時間內(nèi)不斷上升，就應判斷機組的部件是否有泄漏，特別是真空隔膜閥閥片是否因閥片老化而產(chǎn)生泄漏，如果老化要及時更換膜片來保障機組的真空壓力。曾經(jīng)多次出現(xiàn)因膜片老化導致真空壓力下降。表2是近5年6臺機組真空壓力平均數(shù)值對照表。

表2 近5年6臺機組真空壓力平均數(shù)值對照表Table 2 The vacuum degree average value of 6 units in recent years

3.2 機組溶液質(zhì)量的改善

1.機組運行半年后，要將機組內(nèi)部的溶液抽出到儲罐，進行沉淀凈化，然后再將溶液用高效過濾器過濾后裝填入機組。裝入機組的溶液要進行充分循環(huán)，在稀溶液取樣口取出部分溶液進行化驗分析，各項參數(shù)均符合表1的指標后，說明溶液質(zhì)量得到了恢復，否則根據(jù)化驗結(jié)果添加相應的試劑來改善其質(zhì)量。

2.及時補充添加新溶液。添加新溶液時嚴格對新溶液的質(zhì)量進行監(jiān)測，安排專人對溶液的監(jiān)測報告和合格證進行查驗，保證加入機組的溶液質(zhì)量合格。溶液最好選擇溴化鋰制冷機生產(chǎn)廠家配套生產(chǎn)的溴化鋰溶液。我們選擇的是常熟制冷公司的溴化鋰溶液，所加緩蝕劑為鉬酸鋰，充裝時溴化鋰溶液的濃度為50%，pH值為9.5，質(zhì)量達到了要求。

3.3 改善溶液中辛醇的含量

當溶液經(jīng)過高效過濾器過濾后，溶液中的雜質(zhì)幾乎被清除干凈。檢驗溶液中辛醇的含量，在裝填溶液時就可以按照辛醇的裝填標準(0.1% ～0.3%)進行添加補充。這樣的添加措施就會減少銹蝕物的積聚，降低機組噴嘴堵塞的機會，同時機組的制冷量也得到了進一步的提高。當發(fā)現(xiàn)有雜物出現(xiàn)，重復第3.2節(jié)的操作步驟對溶液進行過濾處理。

3.4 機組外部條件的優(yōu)化

3.4.1 穩(wěn)定蒸汽壓力

根據(jù)現(xiàn)有的控制手段，只有利用每臺機組上的蒸汽自動調(diào)節(jié)閥來穩(wěn)定控制機組蒸汽壓力，經(jīng)過檢查各機組蒸汽調(diào)節(jié)閥，因運行時間長，且在高溫下工作，個別調(diào)節(jié)閥已經(jīng)不能準確地控制。和保運人員一起對調(diào)節(jié)閥進行逐一排查、試運、調(diào)整，恢復調(diào)節(jié)閥的靈敏度，同時做好調(diào)節(jié)閥的日常保養(yǎng)，確保調(diào)節(jié)閥靈活好用，實現(xiàn)穩(wěn)定蒸汽壓力的作用。

3.4.2 控制雜質(zhì)、水垢措施

1.建議供水車間采取措施，對循環(huán)水中的雜質(zhì)進行嚴格控制，防止雜物帶入管網(wǎng)，造成換熱器堵塞。同時我們在車間內(nèi)部也采取了相應措施:對溴化鋰制冷機的冷卻水流程進行優(yōu)化，在上水總閥前增加一條旁路，同時增加兩組V型過濾器，對V型過濾器進行定期檢查清洗，有效控制了進入溴化鋰制冷機組的循環(huán)水中的雜質(zhì)。

2.加強盯表，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水的上水溫度有明顯上升趨勢或超過32℃，及時與調(diào)度和供水車間聯(lián)系，要求降低循環(huán)水溫，防止循環(huán)水在高溫下加劇水垢的形成。

3.5 凝水回水管堵塞的處理

1.每半年把機組的凝水管線兩頭法蘭打開，用低壓水槍進行反向沖洗，直到管線內(nèi)的雜物徹底沖洗干凈為止。

2.凝水的排泄閥要定期打開泄壓，將出凝水換熱器中的雜物帶走，減少輸送凝水中的雜物，避免堵塞管路。

4 效果

1.機組的制冷量增加。尤其是2014年夏季，冷凍水各用戶(短絲、合纖)用量最大時，車間只開啟2臺溴冷機，冷水溫度就可以穩(wěn)定在10℃以下，完全滿足用戶需求。

2.蒸汽消耗減少。機組的換熱效果得到了改善，降低了蒸汽能耗。每臺機組由原來的3.5 t/h蒸汽耗量降低至目前的2.5 t/h。

3.電力消耗減少。溶液質(zhì)量提高，機組的腐蝕減緩，不凝氣減少，從而減少了真空泵的開啟次數(shù)。之前2 h開啟1次，現(xiàn)在只需要6～8 h開1次，就可以保持機組真空度在10 mmHg以下，降低了電力消耗。

5 結(jié)束語

通過對吸收式制冷機制冷量不足的原因進行分析并采取了相應的措施，極大的提高了機組的制冷量，同時也達到了節(jié)能降耗的目的。