基于仿真模型的溴化鋰吸收式制冷機性能優化設計*

韓 靜

（長沙民政職業技術學院電子信息工程學院，湖南 長沙 410004）

溴化鋰吸收式制冷機在實際運行過程中存在一定的復雜性，盡管現在與以前相比，我國在這方面的研究已經取得了較多的成果，但在實際應用階段依然面臨著性能不足的問題，基于此，有必要對溴化鋰吸收式制冷機展開更為深入的研究。

1 溴化鋰吸收式制冷機

1.1 仿真簡介

仿真主要針對不便于直接進行改造的設備，它通過建立系統模型并對系統內部所產生的實際過程進行模擬，再針對系統模型展開相應的實驗工作，以便于對系統進行更為深層次的探究，從而為后續系統的優化改造提供依據。其所使用的模型的種類相對較多，具體包括離散、連續、動態以及靜態等等。若是所要探究的系統本身面臨著極高的危險性，并在整體有著較高的造價，同時工作人員往往要使用大量時間，才能夠明確系統參數實際變化情況，便可以利用仿真展開相應的研究。從實際情況來看，仿真主要包括兩個步驟，分別是建立仿真模型以及開展仿真實驗。

1.2 吸收式制冷仿真模型

針對吸收式制冷系統而言，其仿真本質上其實是一種連續系統的仿真，工作人員可以通過歸納法、演繹法等手段的應用實現對其的建模，現階段的仿真建模大多是基于部件模型。筆者之前就利用MATALAB 先建立各部件的仿真模型，在相關算法流程的基礎上使得各個部件模型之間能夠有效連接起來，將其看成是系統模型[1]。立足于時間維度進行考慮能夠將系統仿真劃分成靜態和動態兩種模型，而從空間維度著手則可以將其劃分成集中和分布參數兩種模型。其中靜態模型是應用時間比較長的仿真模型，在使用該模型的過程中，研究人員可以利用少量一階微分方程以及代數方程來對制冷系統的實際工作特性進行描述。相對于動態模型來說，其在應用階段并不會涉及大量的計算工作，所以能夠在原有的基礎上有效減少花費在計算上的時間[2]。

在使用靜態模型的過程中，其研究的側重點主要是探究當系統處在平穩運行狀態中時，各個部件之間所具有的匹配關系，將靜態模型應用在特性分析以及系統優化方面有著較強的應用價值。靜態模型主要由靜態分布以及靜態集中參數模型兩部分所組成。而其中的靜態集中參數模型主要指的是統一將系統看成是一個整體，進而對其采取相應的處理措施，在此過程中僅僅是關注進出口參數方面所呈現出的變化情況。筆者在此前的研究中已經就雙效溴化鋰吸收式制冷系統模型，進行了詳細的建模分析，并建立了各部件的模型和系統模型[1]。其中系統模型就是將系統看成一個整體，再控制系統不結晶等，同時主要關注其進出口參數變換，為后續的仿真建模工作提供了理論和實驗依據。靜態分布參數模型是針對部分有著相對較大參數變化量并且十分重要的部件，使其作為分布參數展開相應的處理工作[3]。當制冷系統處在正常運行階段時，其冷媒水、冷卻水、溴化鋰溶液以及冷劑水將會進行循環流動，在時間變化的過程中，各個點本身的狀態參數也會呈現出變化的狀態。因此合理使用動態模型能夠為工況變化情況的仿真提供支持。與靜態模型相比，在對動態模型進行建立的過程中要面臨更多的阻礙，為了能夠有效消除其在計算方面的復雜性和壓力，一般情況下會將系統的部分部件看成是分布參數模型。本文所研究的參數更加適用于靜態模型，并且在已有仿真模型基礎上結合實際運行情況進行分析，如圖1所示。

圖1 系統模型框架圖

2 基于仿真的溴化鋰吸收式制冷機性能優化策略

2.1 優化工藝管理

2.1.1 氣密性管理

通常情況下來說，溴化鋰吸收式制冷機的工作環境基本處在高真空的狀態下，而在吸收器以及蒸發器中，其絕對工作壓力大多僅能夠達到幾百帕，這使得其內部很容易漏進外部空氣，即便是其機組整體質量較高，但經過其長時間的運用，也不能夠完全保障其具有優質的氣密性條件。與此同時，在不斷運行機組的過程中，溶液將會對各種金屬材料造成腐蝕，具體包括銅和鋼等等，進而產生一定的氫氣，雖然該類不凝性氣體有著相對較少的數量，但同樣會在極大程度上對機組整體造成嚴重的影響[4]。

基于此，為了充分保障機組的性能，工作人員需要在日常管理工作中加強對于機組氣密性的重視。當處在停車保養階段時，工作人員可以將溶液從單效機組中拿出，并將其放到溶液貯罐內部，同時還要采用向其中充氮氣的方式以保障其正壓能夠始終維持在0.05 MPa[5]。當處在運行階段時，其機組基本會處在真空狀態下，一般來說，機組中的真空度大概會維持在2.266 kPa以下。工作人員需要充分考慮真空度的相關要求，每周都對機組中的壓力和外界大氣壓展開相應的檢查工作，同時還要將其完整記錄下來，并針對機組的氣密性狀況展開分析工作。若是其壓力產生了一系列的變化，那么相關工作便需要針對機組采取真空措施。若其展現出了明顯的真空變化則應當進行正壓、負壓檢漏，一旦發現便立即定位其具體漏點并采取相應的手段將其消除。即便是充氮機組產生泄漏問題也不會導致空氣的進入，而且其在出現泄漏之后能夠實時動態地對其采取檢漏措施，整體有著極為方便的特點[6]。針對機組部分位置展開檢修工作，具體包括視鏡以及閥門等，還需要針對其采取相應的正壓、負壓檢漏措施，同時還要進行保壓，在維持一段時間之后便可以針對其當前的氣密性情況展開詳細的檢查工作。除此以外，工作人員還應當針對吸收器損失進行計算，進而充分展現出其實際的吸收能力，這樣便可以達到動態監測機組氣密性的效果。若是吸收器損失有所增加，那么便代表著其中的不凝性氣體也存在一定增加，這樣便能夠高效落實對于不凝性氣體具體含量的有效推測，同時還能夠對氣體量進行有效測定，精確了解機組此刻實際所處的密封狀態，繼而從實際情況出發進行妥善應對[7]。

2.1.2 冷劑水管理

因為其運轉條件始終處在動態變化的過程當中，當機組在初期運轉時，溶液質量分數呈現出相對較稀的狀態。再加上部分操作行為欠缺合理性，這便導致在發生器中所存在的溴化鋰溶液有極大的可能性會在冷劑水蒸氣的基礎上流入蒸發器以及冷凝器中，進而導致在冷劑水中包含著一定的溴化鋰，最終使得冷劑水遭受到污染。即便是機組整體能夠處在正常運轉的情況下，但是在不斷增加其運轉時長的過程中同樣會使其面臨著一定的冷劑水受污染的風險。一旦冷劑水遭到污染便會在原有的基礎上降低其制冷量。通常情況下，工作人員可以通過對冷劑水的密度進行測定，進而明確冷劑水中所包含的溴化鋰含量。由此可見，相關工作人員需要按照具體標準和要求定期開展對于冷劑水密度的測定工作，進而判斷是否要再生。當其處在正常運行過程中，若是工作人員發現冷劑水的液位正處在持續升高階段，便能夠判定冷劑水面臨著污染問題，應當對其展開再生處理工作[8]。

2.2 加強設備維護

2.2.1 制冷機組

除了要優化工藝管理以外，相關工作人員還應當強化開展設備維護工作，具體來看，工作人員需要針對機組展開短期的停機保養工作。該工作能夠有效稀釋機組內部的溴化鋰溶液，與此同時，還能夠確保機組內部所具有的真空度能夠充分滿足相關要求。在對機組展開長期的停機保養工作時，需要使冷劑水通入到吸收器內部，保障溶液能夠得到均勻的稀釋，這樣便可以有效避免其在環境溫度下出現結晶的問題[9]。

針對單效機組而言，一般來說可以使用充氮保養的策略，并且還應當專門搭建起相應的除鹽水站。一旦單效機組進入到了長期停機的狀態，便可以使得原本在其中的溶液全都轉移到溶液儲罐內部，接下來還要將除鹽水注入到機組內部，并對溶液泵進行啟動，針對單效機組中的內系統展開全方位的水洗工作，具體包括以下兩方面功能。

一方面，其能夠針對單效機組中所包含的剩余溶液展開清洗工作，這樣便可以在機組內部構建起一個良好的中性環境，以有效減少溶液在機組中所產生的腐蝕作用；另一方面，也能夠隨之帶出機組中所存在的部分雜質，進而保障機組整體能夠有良好的清潔性。當溶液從機組內部出去之后，機組充氮需要營造出良好的正壓環境，這樣既能夠防止外部空氣進入機組中，還可以為后續機組檢修工作的高質量開展創造良好的條件[10]。

2.2.2 附屬設備

除了制冷機組以外，工作人員還需要針對其附屬設備采取相應的維護措施，對于溶液泵以及冷劑水泵來說，工作人員應當做到全面開展對于下述項目的檢查工作。例如應當每天檢查其是否存在不正常的聲音，同時還要合理檢查電動機的電流，判斷其是否符合相關要求，工作人員還應當針對溶液泵的泵體溫度展開檢查工作，判斷其是否處在正常的范圍內。除此以外，還應當檢查電動機的絕緣以及石墨軸承在運行階段的實際磨損程度。在真空泵系統的維護工作中，工作人員需要定期針對真空泵油進行檢查，以明確其當前的乳化以及污染程度，并且還要定期檢查真空性能，同時還要基于現有條件及時清洗阻油器。

而在隔膜式真空閥的維修保養階段，工作人員應當將側重點放在檢查其隔膜老化程度以及密封性能等方面，在此過程中還需要針對真空調節閥和球閥展開密封性檢查工作。工作人員在實際進行閥門檢查時應當通過對于正壓檢漏方式對此刻閥門的具體狀態進行確定。針對隔膜閥而言，若是閥門本身已經有了較長的應用時間，但工作人員無法利用檢漏對閥門的實際密封情況進行了解，通常情況下，可以針對此類閥門采取解題的方式，然后針對橡皮頭部展開更加仔細的檢查工作，進而為機組后續的持續平穩運行奠定堅實的基礎。

2.3 優化日常運行

2.3.1 冷水調節

冷水出口溫度的實際情況會在一定程度上影響制冷量，機組在運行狀態下，若是各個條件維持不變，那么隨著冷水出口溫度提升1 ℃，其制冷量便會產生4%～7%的提高。具體指的是，若是機組的運轉處在冷水出口溫度較高的狀態下，那么在對同樣冷量進行制取時不會產生過大的冷卻水量以及蒸汽消耗。基于此，當各種參數和用戶實際需求等相符合時，工作人員需要盡可能使得機組能夠運轉在較高冷水出口溫度當中，這便能夠在原有的基礎上促進機組自身運行經濟效益的提升。若是其溫度過高，便會降低冷劑水液位，進而使得制冷量的增加開始呈現出相對平緩的態勢。

2.3.2 冷卻水調節

當機組處在運轉狀態下，工作人員應當加強對于冷卻水進口溫度的控制力度，通常情況下需要使其維持在28 ℃～32 ℃之間。結合實際情況來看，冷水量基本上不會對制冷量造成影響。與此同時，工作人員應當合理控制管內流速，不管是冷水量還是冷卻水量，都應當盡可能符合設計要求，盡可能維持在設計值120%以內，以免其流速過高產生一定的腐蝕作用，對機組整體的性能和使用年限造成負面影響。

3 結論

綜上所述，在仿真的基礎上開展相應的性能試驗，能夠輔助工作人員積極開展對于溴化鋰吸收式制冷機性能的優化工作，對于其應用成效的提升有著積極的促進作用，能夠在提高運行效率的基礎上延長其使用壽命。因此，相關研究人員應當加強對其的重視程度，進而為其應用效果的提高創造良好的條件。