工业溴化锂制冷机能力衰减的原因及控制措施

　　摘要：溴化锂冰机作为空分装置预冷系统中的主要设备之一，主要起到为喷淋冷却塔内循环使用的冷冻水降温的作用。本文主要根据一空分装置溴化锂冰机多年使用、维护、检修等情况，分析机组在使用过程中制冷效果下降、能耗增加的影响因素，解决处理控制系统落后、部分计量元件失灵及其他常见故障的方法，提出设备维修保养的建议。

　　关键词：溴化锂冰机; 制冷效果; 能耗; 故障处理;

　　1 溴化锂冰机作用及原理

　　溴化锂冰机通过溴化锂溶液中水分的蒸发—冷凝—蒸发—溶解等过程，吸收冷冻水中的热量，达到制冷效果，为空分预冷单元提供冷量。

　　1.1 溴化锂冰机在空分装置中的作用

　　预冷系统是空分装置一个重要环节，为后续纯化系统提供低温、洁净空气。系统主要通过水泵将循环水输及低温冷冻水送至喷淋冷却塔，与空压机出口空气进行换热降温，并进行清洗，除去杂质等作用。溴化锂冰机主要作用为给喷淋冷却塔内循环使用的冷冻水降温，保证喷淋冷却塔出口压缩空气温度符合工艺指标。

　　1.2 溴化锂机组制冷原理

　　机组的基本过程由四个部分组成，即发生、冷凝、蒸发和吸收。分别在发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器里进行。

　　(1）发生过程。一空分溴化锂冰机为双效机组，配备两个发生器：高压发生器和低压发生器。高发换热管内通入工作蒸汽加热管外溴化锂溶液，将稀溶液浓缩成浓溶液，同时分类出大量高压冷剂蒸汽。浓溶液经高温换热器与稀溶液交换热量后进入吸收器，高压冷剂蒸汽则进入低发换热管内，而工作蒸汽在管内放出凝结热以后变成冷凝水进入凝水换热器。低压发生器的原理与高压发生器相同，它的热源为高压冷剂蒸汽，稀溶液在浓缩时产生的水蒸气穿过挡液板后进入冷凝器。浓溶液经低温换热器后进入吸收器。

　　(2）冷凝过程。冷凝器内，冷却水吸收低压发生器内产生的冷剂蒸汽的热量及高压冷剂水的热量，并把热量带出机组。冷剂蒸汽及高压冷剂水降温后进入蒸发器。

　　(3）蒸发过程。蒸发—吸收过程是机组的核心。冷剂水进入蒸发器，通过顶部喷头喷淋在换热管上，在真空条件下吸收管内冷冻水的热量而低温沸腾，产生大量冷剂蒸汽。同时冷剂泵将未蒸发的冷剂水从底部再次输送至顶部喷头进行喷淋，保证冷剂水蒸发量及吸热效果。换热管内冷冻水温度被降低，用于喷淋冷却塔降低空气温度。

　　(4）吸收过程。蒸发器里沸腾时产生的大量水蒸气流入吸收器，由于压力、温度变化，水蒸气处于过饱和状态，形成水汽进入溶液里去，释放的热量由冷却水带走。

　　2 导致溴化锂冰机制冷效果下降、能耗增加的因素

　　溴化锂机组在实际运行中，影响机组制冷效果及能耗的因素有很多，如何追求设备最大功效，降低设备能耗是企业生存和发展中永久不变的主题。根据溴化锂冰机制冷原理，分析原因，查找不利因素，加以解决。

　　2.1 工作蒸汽品质对机组性能的影响

　　工作蒸汽主要作用为将高压发生器内溶液快速蒸发浓缩，分离出冷剂蒸汽及浓溶液，若加热蒸汽压力、温度降低，含有大量凝水，首先引起浓溶液温度与浓度降低，冷剂蒸汽蒸发量减小，加热蒸汽产生大量凝结水。浓溶液在吸收器中吸收冷剂蒸汽的能力减弱；高发中产生的冷剂蒸汽量减小，不能为蒸发器中提供充足的冷剂水；加热蒸汽产生的大量凝结水无法通过管路及时排出，导致进入发生器加热蒸汽流量进一步降低。

　　2.2 机组真空度对制冷效果的影响

　　根据机组制冷原理可知，获得冷冻水的过程在蒸发器中。冷剂水在低压真空条件下低温沸腾，吸收换热管内冷冻水热量，达到制冷效果。真空度越高，冷剂水沸腾温度越低，蒸发速度越快，制冷效果越好。例如，在绝对压力P=6.54mm Hg下的饱和水蒸汽的饱和温度为t=5℃，也就是在此压力下，冷剂水在5℃时沸腾蒸发。因此，若机组存在泄漏，将导致真空度下降，影响制冷效果。

　　2.3 换热设备对制冷效果的影响

　　一空分溴化锂冰机为蒸汽型双效溴化锂吸收冷水机组，共有8组管束式换热器，位于高压发生器、低压发生器、蒸发器、吸收器内，及机组外部的高温换热器、低温换热器、热回收器。机组制冷主要过程为换热过程，包括蒸汽加热、冷却水冷却、冷冻水降温、溴化锂溶液间换热等，因此，换热器管束的传热效率对机组性能影响较大。管束结垢及管束泄漏是影响换热器换热效果的主要因素。由于冷冻水、冷却水水质不好，容易在传热管内表面形成污垢，管束结垢导致传热效率下降。管束泄漏封堵维修后会减小传热面积，同样会降低机组制冷效率。

　　2.4 腐蚀对制冷效果的影响

　　铜、铁等金属材料在溴化锂溶液中被腐蚀，产生相应的氧化物，这些氧化物在溴化锂溶液的冲刷作用下，从筒体的内壁或换热管的外壁上脱离，并随溶液循环。若机组长期停机备用，这些氧化物会沉积在喷头、管路、阀门、储液槽底部等处，造成循环系统堵塞，阻碍介质循环流动，增加机组负荷，降低机组做功效率。

　　3 提高溴化锂冰机制冷效果的方法

　　3.1 提高工作蒸汽品质

　　溴化锂冰机引入蒸汽前，需对管网1.0MPa蒸汽进行大量排放，提高蒸汽温度、压力，消除凝水影响。引入机组的蒸汽为温度达到140～180℃，压力小于0.6MPa的饱和蒸汽。

　　3.2 保持机组真空度

　　保持溴化锂机组的真空度，是机组经济、高效运转的关键环节。一空分溴化锂机组共有两套抽气系统，一是利用手动操作真空泵，在机组运行前及运行期间，对机组进行抽真空操作。二是利用机组自抽系统，通过引射器将机组内的不凝气排出。另外，不管有无空气渗入，每周都应运转真空泵1～2次，抽出不凝性气体。根据机组真空度变化情况，判断是否存在泄漏点，可在停机后对机组充氮进行正压查漏，对可能存在的管路焊口、阀门、软管接头、视镜等部位重点检查，及时消除泄漏点。

　　3.3 及时清理检修换热器及管路

　　一空分溴化锂冰机1997年投运，由于机组制冷效率下降，溴化锂液位变化，分析为换热器故障。2006年，机组停机检修，对主机内腔及管路进行清洗，更换喷淋管及喷嘴一套，更换凝水换热器一台，更换部分管路阀门，2007年更换全部换热管束588根，检修后，机组制冷能量明显提高，达到设计能力值。

　　3.4 添加能力增强剂

　　为了提高热传质效果，可采用能量增加剂，在机组内加入辛醇。辛醇的作用为：（1）降低溶液的表面张力，溶液与水蒸气的结合能力增强；（2）冷凝器传热管冷剂水蒸汽由膜状凝结变为珠状凝结，提高了放热系数，改善了冷凝效果。试验证明，添加0.1%～0.7%（重量）的辛醇，机组制冷量可提高10%～15%。

　　4 机组常见故障分析与处理

　　4.1 结晶

　　原因：机组停机时没有按照操作步骤进行稀释运行或稀释运行时间不足，工作蒸汽阀门关闭不严，发生器处于加热状态；运行中蒸汽压力、温度过高，冷却水温度低。处理方法：高压发生器结晶，高发液位上升。此时可以将溶液尽可能多地打向发生器，随后停泵，使高发内溶液自稀溶液入口倒流回吸收器内，如此反复，直至完全熔晶。热交换器结晶，可启动发生泵，利用外接蒸汽从换热器外表面加热，逐渐稀释溶解。

　　4.2 冷剂水污染

　　原因：发生器液位过高或剧烈沸腾，溴化锂溶液将被冷剂蒸汽夹带进入，造成污染。冷却水温度、冷凝器压力同时降低，凝水换热器的排水温度及稀溶液温度升高，将导致进入低发的稀溶液产生剧烈的闪发，出现严重污染。因此需要在运行中，及时调整，控制机制各部温度压力。处理方法：打开冷剂泵旁通阀，将被污染的冷剂水旁通到吸收器中，可反复数次，直至合格。冷剂水比重d<1.02。

　　4.3 真空度下降

　　原因：机制产生的不凝气未及时排出，机制存在泄漏点。处理方法：利用自动抽气装置和启动真空泵，排出机内不凝气。若机组真空度快速下降，则需要对机组各密封点进行检查，可停机后充入0.1MPa氮气，利用肥皂水正压查漏，检查隔膜阀橡胶垫是否损坏，检查真空泵、真空计连接橡胶管，将密封点涂抹真空硅脂等。

　　4.4 开机时高发温度产生较大波动

　　原因：在2014年、2016年、2019年机组启动过程中，通入蒸汽后，当温度达到80～90℃时，高发温度产生较大波动，范围在50～90℃区间，高发液位及发生泵频率产生较大波动。经检查分析，确认高发内液位计在温度升高后失灵，无法联锁控制发生泵运行频率，而此时发生泵仍为高发温度值控制，因此当液位下降超过温度计测量点后，无法真实显示高发溶液温度，导致发生泵反复变频调整，高发液位上下波动，温度测量值亦随之波动。处理方法：停机，检查更换高发液位计，发生泵变频器，调试发生泵变频器联锁。

　　5 结语

　　本文根据一空分蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组，就工业溴化锂制冷机能力衰减的原因及对机组的影响进行了分析，并指出了导致能力衰减的原因及控制措施，开机运行中常见故障解决方法，在节能降耗总体方向下，及时对机组进行必要的检维修，恢复机组能效，达到生产要求。

　　参考文献

　　[1]高田秋一.吸收式制冷机[M].机械工业出版社，1987-07.

　　[2]罗森诺.传热学应用手册（上）[M].北京:科学出版社,1992.3-6(7).