淺析水冷離心式冷凍機維護保養

高永亮 馬美飛 袁玉祥

（南京中電熊貓液晶材料科技有限公司，江蘇 南京 210033）

0 引言

該公司的廠務系統主要有生產配電、潔凈壓縮空氣制備及供應、純水制備及供應、工藝冷卻水、工藝真空、潔凈（冷凍、空調、排氣和蒸汽）和重要自控等系統。

冷凍系統由冷凍機、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔，以及管道和閥門等組成，冷凍機是關鍵設備，其維護保養的質量關系到整個系統穩定地運行。筆者既要根據設備說明書和廠商建議做好冷凍機的日常維護保養，也要考慮設備內部的結構和相關介質，對冷凍機進行深入和重點的維護保養，尤其是運轉已超過60000 h的冷凍機，如重點管控潤滑油、制冷劑、冷卻水和管理冷凝器、壓縮機等。

1 水冷離心式冷凍機

1.1 水冷離心式冷凍機用途

該公司的水冷離心式冷凍機有低溫、中溫和熱回收3種機型，為其他廠務系統供給中、低溫冷凍水和熱水的冷、熱負荷。

低溫冷凍機的冷凍水供/回水溫度為7℃/14℃，供給新風空調器除濕盤管和辦公區空調所需冷負荷；中溫冷凍機的冷凍水供/回水溫度為12℃/19℃，供給新風空調器預冷盤管、潔凈室干盤管、工藝冷卻水熱交換器、壓縮空氣預冷卻器、工藝真空泵、超純水拋光系統熱交換器等所需冷負荷；熱回收冷凍機的冷凍水供/回水溫度為12℃/19℃和28℃/35℃，其中12℃/19℃冷凍水供給終端同上，28℃/35℃熱水供給新風空調器預熱及再熱盤管所需熱負荷。

1.2 結構及工作原理

該公司冷凍機都采用三級壓縮和水冷方式，主要包括4個部件、4個制冷循環過程、4種狀態、4種介質和4個系統。4個部件是指壓縮機、冷凝器、節流裝置和蒸發器，圖1是部件結構示意圖，圖中還包括熱回收機和熱回收冷凝器。

圖1 部件結構示意圖

4個制冷循環過程是指壓縮、冷凝、節流和蒸發，4種狀態是指制冷劑在制冷循環過程中變化的4種狀態。圖2是制冷循環過程圖，即從蒸發器流出的低溫低壓氣態制冷劑經過壓縮機做功，三級壓縮成高溫高壓氣態，在冷凝器中與冷卻水發生熱交換而冷凝成中溫高壓液態，經過節流裝置節流降壓成低溫低壓氣液混合態，在蒸發器內與冷凍水發生熱交換而汽化蒸發成低溫低壓氣態，使冷凍水降溫冷卻，制成所需的冷凍水。4個過程周而復始，不斷循環，制成所需溫度的冷凍水。

圖2 制冷循環過程圖

低溫、中溫機有制冷劑、冷卻水、冷凍水和潤滑油等4種介質，4個系統包括制冷劑、冷卻水、冷凍水和潤滑油系統，熱回收機還有熱水介質，各種介質在各自系統內流動，并各自發揮作用。

2 維護保養的探討

冷凍機長期穩定運行離不開日常維護保養，如跑冒滴漏檢查及處理、電控箱元器件檢查、溫度和壓力傳感器清洗及更換、制冷劑更換、潤滑油及油濾更換等。冷凍水和熱水都在封閉的系統內流動，受外界影響小，其水質穩定。而潤滑油與轉動部件接觸，制冷劑影響制冷效果，冷卻水在半封閉的系統內流動，對冷凝器影響很大，因此須重點管控潤滑油、制冷劑、冷卻水和管理冷凝器、壓縮機等。

2.1 管控潤滑油

潤滑油在潤滑系統中流動，給壓縮機、齒輪軸、主驅動電機軸的軸承和齒輪的嚙合面供油潤滑和冷卻，保證壓縮機和主電機等良好運轉。潤滑系統由油箱、油泵、油冷卻器、油過濾器、調節閥和油管等組成。

冷凍機潤滑油有特殊的要求，如凝點必須低于冷凍機的冷凍溫度，保證低溫時有良好的流動性；閃點必須高于排氣溫度30℃，且揮發性低；不能有水分，以免結冰；與制冷劑相容，并具有良好的氧化安定性和防腐性。

管控潤滑油不僅要管控潤滑油的使用，按照操作使用說明書選用潤滑油品牌、牌號、油量和運行巡視，更要重視油品檢測和實時更換。該公司冷凍機潤滑油的基礎油是礦物油，后期考慮選用基礎油是合成油的潤滑油，合成油的黏溫特性好，性能比礦物油穩定，使用壽命長，缺點就是價格貴。

潤滑油提前或滯后更換，會造成“欠潤滑”和“過潤滑”現象，導致浪費和設備故障。該公司采取“按期更換”，更換周期是8000h，存在浪費。冷凍機運轉中，油品質隨其理化指標變化而變化，潤滑油的主要理化指標有黏度、閃點、水分、酸值和機械雜質等。為實現“按質換油”，就應該對運轉8000h后潤滑油進行多頻次檢測，摸索出合理的更換周期。后期可以在更換周期前300h進行多次檢測、分析，并實時更換。

通過潤滑油檢測，可以判定潤滑油的性能變化和零部件磨損情況，能夠實現“按質換油”，也能預判隱患，提前進行預防性維護和維修，表1是潤滑油檢測標準表。換油前，委托第三方檢測機構對油樣進行理化性能檢測、光譜分析和鐵譜分析，但是檢測時間長，不能實時反映油品質?？梢袁F場使用便攜式油質分析儀檢測油樣，通過測量油樣介電常數的變化來確定潤滑油理化性能指標變化程度，就能快速判斷是否可以繼續使用或實時換油。

表1 潤滑油檢測標準表

2.2 管控制冷劑

該公司冷凍機采用高效率的環保低壓制冷劑是HCFC123（R123），是一種含氫氟利昂，在大氣中的壽命短，只有1a~4a，對臭氧層破壞作用小，熱力性能良好，大氣壓力下沸點是27.61℃，凝固溫度為-101℃，臨界溫度183.79℃，臨界壓力3.676MPa。運行狀態下，R123在蒸發器側的壓力小于大氣壓，而在冷凝器側的壓力接近大氣壓，減少了制冷劑泄漏的可能性。制冷劑在壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器和主驅動電機等部件構成的系統內流動，發揮制冷和冷卻作用，將4個部件間接聯系起來，也間接地將4個系統連為一體，其品質既對其流經接觸的部件產生影響，也影響冷凍機的制冷效果，4個系統內部滲漏或泄漏，都會造成壓縮機故障，甚至報廢，因此制冷劑的檢測和更換對保證其品質至關重要。

該公司制冷劑采取“按期更換”，更換周期是8000h，也存在很大浪費。冷凍機運轉中，制冷劑品質隨其酸值、水分和純度等指標變化而變化，為最大化發揮制冷劑的效能，實現按質更換，探索出合理的更換周期，筆者可以參照上述潤滑油的做法。

制冷劑檢測就是通過物理、化學分析手段全面分析制冷劑樣品，根據樣品的酸值、水分和純度等數據來確定制冷劑的品質。通過制冷劑檢測，可以判斷制冷劑是否需要更換、主機的運行情況、運動部件磨損狀況和系統是否泄漏等，為冷凍機維護保養提供了依據，表2是制冷劑檢測標準表。

表2 制冷劑檢測標準表

2.3 管控冷卻水

冷卻水在半封閉系統內循環流動，在冷凍機冷凝器、空壓機冷卻器、水泵、冷卻塔，以及管道系統內循環流動，對制冷劑和壓縮空氣進行降溫冷卻，在冷卻塔內對已升溫的冷卻水降溫。

管控冷卻水就是冷卻水品質管控和及時處理品質差的冷卻水，如定期化驗、加藥處理和排污置換等，表3是冷卻水控制指標標準表。使用便攜式檢測儀每日檢測冷卻水的酸堿度和電導率，如果檢測值異常，聯系冷卻水處理公司來現場確認，并調整加藥方案和處理；定期化驗就是由冷卻水處理公司每月抽樣化驗冷卻水，如果主要指標異常，也應調整加藥方案和現場加藥處理，如pH值較低，則有腐蝕偏向；而堿度和鈣硬濃縮較高，則有結垢傾向；濁度超標時，水質非常差，應該清洗冷卻塔，排污置換，補充新自來水等。

表3 冷卻水控制指標標準表

水質變差，冷卻塔就會滋生青苔和菌，而循環系統中會有結垢和腐蝕現象。冷凝器的銅管管徑小、管壁薄和數量多，同時，銅管內冷卻水與銅管外的制冷劑進行熱交換過程中，水流速度較緩，換熱溫度較高，因此在銅管內更容易發生結垢或腐蝕現象。銅管結垢后，管徑變細，影響制冷效果，降低了制冷量；而銅管因腐蝕而變薄、穿孔滲漏，使冷卻水滲入制冷劑，導致不能制冷，甚至壓縮機報廢。

由于冷卻水不是在完全封閉的系統內流動，尤其是冷卻塔的布水器完全暴露于大氣中，更利于青苔滋生。為避免或延緩布水器中滋生青苔，保證冷卻水品質，筆者在布水器上安裝了蓋子，減少冷卻水與大氣接觸，起到了不錯的效果。

為避免冷卻水循環系統發生結垢和腐蝕現象，就應管控冷卻水品質，定期進行水質化驗，并根據化驗情況，及時調整防腐蝕或防結垢加藥方案及處理，或進行排污置換等。

2.4 管理冷凝器

冷卻水品質變化對冷凝器銅管都產生很大影響，如管內壁結垢，管徑縮小或者管壁因腐蝕變薄，甚至管壁穿孔泄漏等。銅管泄漏導致冷卻水滲入制冷劑，損壞制冷部件，尤其是壓縮機，甚至造成冷凍機報廢。為防止造成或擴大銅管的損傷，避免造成更大的損失或后果，需要重視管理冷凝器，尤其對運行超過60000h的冷凍機，需要定期對銅管進行除垢和探傷。銅管除垢方法如下。1）物理除垢：拆卸冷凝器兩端蓋，用軟刷清除每根銅管內壁附著的垢，并用高壓水槍沖洗；2）反沖洗除垢：采用臨時水泵、水箱和管路等向結垢不嚴重銅管內泵入自來水，自來水流向與冷卻水流向相反，反沖洗2 h~4 h；3）藥洗和反沖洗除垢：采用方法2中的裝置對結垢非常嚴重的銅管進行藥洗1h~2h后，再反沖洗4h~6h。

銅管探傷通常采用渦流無損探傷，就是通過一種雙模式分析儀內部的高頻發生器，在探頭的線圈中產生脈沖磁場。當所被測銅管進入該磁場時便會有渦電流產生，并隨之形成一個二級磁場。當銅管的管壁發生變化時，渦電流便會隨之發生變化，相應的二級磁場也會發生變化，它們的改變將導致探頭線圈阻抗的變化。雙模式分析儀對探頭線圈阻抗變化進行監測，將模擬信號轉化成相應的數字圖形反映在LED顯示屏上，從而為監測人員提供被測銅管的相關信息。

通過銅管探傷，能夠發現冷凝器中存在一些瑕疵銅管，并采取針對性措施。表4是銅管探傷情況與處理措施表。

表4 銅管探傷情況與處理措施表

銅管探傷也能夠反映出冷卻水品質的好壞，例如瑕疵較大的管或泄露管多，能夠反映水質有腐蝕性傾向，而探頭無法通過的管多，也能夠說明水質有結垢傾向?？梢越Y合冷卻水檢測情況，及時調整冷卻水加藥及處理方案，保證冷卻水水質指標在控制標準范圍內。

針對銅管除垢和探傷，筆者的想法如下：方法（2）1年1次；方式（1）和銅管探傷同時進行，3年1次；方式（3）5年1次。（需要參考制冷劑和冷卻水的檢測情況）

2.5 管理壓縮機

壓縮機不僅是制冷系統的關鍵部件，也是整個冷凍機組的核心。蒸發器中的冷凍水是自來水，又在相對封閉的系統中循環流動，因此其品質比較穩定，對蒸發器銅管影響很小。前述的潤滑油、制冷劑、冷卻水品質管控和冷凝器管理水平關乎著壓縮機能否安全、穩定運轉。要管理好壓縮機，一方面是關注其運行，壓縮機運行的一些工藝參數是在線監控的，如潤滑油、制冷劑壓力和溫度，軸承溫度等，工藝參數異常時，應分析原因和處理。另一方面是關注壓縮機主驅動電機的狀況，尤其是其振動狀況的測量和管控，對其軸向、徑向和水平方向的振動速度情況進行測量，分析異常原因，并進行針對性處理，避免損傷壓縮機，表5是機器振動值標準表。

表5 機器振動值標準表

3 結語

水冷離心式冷凍機安全、穩定運行既離不開對其運行的工藝參數進行在線監控，也離不開對其進行日常維護保養，而潤滑油、制冷劑、冷卻水管控和冷凝器、壓縮機管理的好差關乎著冷凍機維護保養是否科學、合理、深入和高效。冷凍機的四（五）大部件或四（五）大系統通過制冷劑聯系成相互關聯的一個整體，重點關注機組內部流動的幾大介質和相對薄弱的部件，如冷凝器銅管、蒸發器銅管或壓縮機等，實施科學、合理的“腔內檢測”，也避免了經驗的“望、聞、問、切”造成誤判。根據介質檢測和銅管探傷情況，筆者就能提前預判機組是否存在隱患和異常，哪個部件存在缺陷，也很容易幫助我們找到根本原因，就能夠采取針對性處理措施，真正做到預防性維護和維修，避免發生設備故障。