蒸汽雙效溴化鋰制冷機應用

　　蒸汽雙效型溴化鋰吸收式制冷機組是以蒸汽為驅動熱源、溴化鋰溶液為吸收劑、水為制冷劑制取低溫水的設備。20世紀90年代以來，焦化行業對焦爐煤氣凈化工藝進行了大規模改造，新的煤氣凈化工藝需要低溫冷卻水保證煤氣凈化生產，溴化鋰吸收式制冷機開始廣泛運用于焦化行業。

　　某公司6臺雙效型溴化鋰吸收式制冷機在煤氣凈化裝置半負荷生產條件下，制冷機運行工況非常穩定。煤氣凈化裝置全負荷生產后，制冷機冷量出現逐年衰減的趨勢，在1999年制冷效果惡化，機組的冷量只有額定冷量的50%～60%，故障停機次數也日趨頻繁，直接影響了煤氣凈化裝置的生產。從1999年底開始，對機組進行開孔清洗和檢修，同時對回收車間的循環水系統進行了改造和優化。經過三年多的努力，機組的運行基本正常，冷量恢復至額定冷量的85%～90%。煤氣凈化系統的各項指標也大幅上升，取得了良好效果。

　　一、存在問題

　　⑴機組運轉時內部各點壓力、溫度偏高。機組的內部各點壓力、溫度與設計值相比均偏高。以吸收器為例，其稀溶液(運行濃度為53%～55%)設計溫度為39～41℃，對應的壓力為1403～1117Pa。而在運行過程中，其實際溫度為49℃，對應的壓力為2460～1988Pa，幾乎升高了一倍。

　　⑵溴化鋰溶液性狀惡化。溶液顏色為咖啡色，pH值大于10.5，溶液中鉻酸鋰消耗很快，取樣靜置后大量腐蝕物沉淀，導致屏蔽電泵損壞頻繁。

　　⑶不凝性氣體排出困難。機組自動抽氣裝置的窺鏡處能觀察到大量氣泡，且始終排不凈。真空泵必須頻繁啟動抽氣，真空泵油易乳化，用量大。機組腐蝕嚴重，機內溶液和冷劑水分布裝置堵塞嚴重。

　　⑷機組腐蝕嚴重。機組熱交換器的換熱管腐蝕穿孔，造成稀、濃溶液竄漏。高、低壓發生器銅管破裂，造成機組停機和冷劑水污染。吸收器濃溶液分布板的小孔堵塞率達50%～80%，嚴重影響了吸收效果。冷劑水二次噴啉噴頭堵塞率達80%以上，蒸發效果極差，冷劑水與冷媒水溫差達5℃以上。

　　以上問題，使得機組的冷量大幅衰減，冷媒水出機組溫度達22～26℃，與要求的16～18℃相去甚遠，煤氣凈化裝置無法正常運行。

　　二、問題分析與改進措施

　　機組的冷量大幅衰減的原因是機組的運行狀態嚴重偏離了設計運行狀態(變工況運行)，其主要原因如下。

　　1、機組的原因

　　過去，溴化鋰吸收式制冷機主要用于集中空調系統，其冷媒水進、出口溫度按12℃、7℃設計。而對煤氣凈化裝置而言，要求冷媒水(即煤氣凈化裝置所需的低溫循環水)的進、出口溫度為23℃、16℃。在溴冷機蒸發器內真空度不變的情況下，冷媒水進口溫度越高，冷劑水的蒸發量就越大。也就是說，焦爐煤氣凈化裝置所采用的溴冷機，其蒸發器工作壓力高于空調型機組。

　　隨著蒸發壓力的提高，在機組吸收器內溴化鋰濃溶液吸收冷劑蒸汽的傳質推動力升高，吸收器的吸收能力相應提高。隨著冷媒水進口溫度的升高，機組的冷量會相應提高，冷媒水進機組的溫度每升高1℃，機組的冷量可上升3%～5%。但這只適用于特定范圍內(冷媒水進口溫度上升3～5℃以內)，因為蒸發器的蒸發量加大后，而吸收器、發生器及冷凝器的工作能力是已經確定的，那么吸收器的吸收能力就會不夠，蒸發器蒸發出的水汽不能被有效吸收，造成吸收器的工作溫度和壓力上升;相應的發生器及冷凝器的工作能力不足，造成機組稀溶液的發生效果不好，冷凝溫度升高。機組就長期處于變工況運行狀態，各個部位的工作溫度、壓力均偏離設計值。

　　2、外部條件的影響

　　⑴機組超負荷運行。溴冷機所制取的低溫水用做煤氣凈化裝置的二段循環冷卻水，而一段循環冷卻水為敞開式循環冷卻水，致使凈化裝置的一段冷卻能力不足、冷卻效果不好，大量熱負荷下移至二段，使得低溫水進機組溫度進一步提高，夏季可達25～28℃，工況偏離程度進一步加大，溴冷機處于超負荷狀態，難以維持長期運行。

　　⑵真空管理。溴冷機是高真空狀態下運行的制冷設備，真空度一旦出現問題，s*先是制冷量下降，其次引起運行故障，嚴重時危及機組的使用壽命。真空管理的目的就確保溴冷機始終處于z*佳真空狀態，其核心是將機內的不凝性氣體含量控制在允許范圍。不凝性氣體的存在，增加了吸收過程的阻力，削弱了傳質傳熱過程，即使少量不凝性氣體也會造成冷量的大幅衰減。不凝性氣體中氧氣的存在，是造成機組內部腐蝕的主要原因，所以要嚴格控制機內氧的含量。

　　⑶循環冷卻水的水質管理。循環冷卻水存在的問題是旁濾、殺菌滅藻效果不好，使得水中沉積物和污垢過多，影響了冷卻效果，造成吸收器、冷凝器溫度過高，機組工況偏離程度上升。

　　⑷溴化鋰溶液的日常管理。在開工初期，對溴化鋰溶液的pH值和鉻酸鋰含量等指標沒有嚴格控制。加上蒸汽減溫減壓裝置的能力不足，進入機組蒸汽的溫度一般控制在180～190℃，使得溴化鋰溶液中膠泥狀絡合物及低價鉻產物增多，溶液性狀劣化。

　　多方面的原因使機組長期處于變工況運行狀態，而且偏離程度越來越大，造成機內腐蝕嚴重，溴化鋰溶液、冷劑水分布裝置堵塞，冷量大幅衰減，生產局面越來越被動。

　　針對以上問題，對機組進行了開孔清洗，清除大部分腐蝕產物，溶液進行更換再生以及更換竄漏的換熱器和破裂銅管。同時對減溫減壓裝置進行了改造，將蒸汽溫度控制在155～165℃。對車間一段循環冷卻水系統、制冷循環水系統進行了改造和水量的平衡、優化，有效減少了熱負荷下移，減輕了溴冷機的負擔。建立健全溴冷機機組的各項管理制度，并落實到位。目前機組的工況有了較大改觀，以吸收器為例，稀溶液工作溫度已控制在43℃以下。冷媒水出口溫度也降至20℃以下，機內的腐蝕已得到控制，不再繼續惡化。

　　三、經驗總結

　　通過幾年機組運行和科季維修保養的實踐表明，必須從以下幾方面對機組進行全過程管理。

　　⑴必須針對冷媒水溫的變化進行仔細核算和專門設計。吸收器、冷凝器及高、低壓發生器要作一定程度的放大，溶液及冷劑水循環也應做相應的調整。

　　⑵由于冷媒水進口溫度要求為23℃，蒸發器和吸收器的工作壓力上升問題無法回避，因此機組的冷量選擇應比所需冷量大，即有一定的裕量，可有效緩解這一矛盾。

　　⑶對機組本體的制造水平和檢測手段一定要精益求精，使其具有良好的氣密性，盡量消除外漏對機組的影響。

　　⑷機組的真空管理工作以控制不凝性氣體含量為核心。還必須強調兩點：一是因機組的絕對壓力為水汽分壓與不凝性氣體分壓之和。因此，單純用測絕對壓力的方法來管理機組真空，是無法判別機組內部不凝性氣體量的，應分別測出絕對壓力和溶液的水汽飽和壓力，再以兩者之差為參考，來判別機內不凝性氣體的含量。二是機組用旋片式真空泵，其極限真空度要定期檢查，實測值不得大于1.33Pa。

　　⑸溶液的日常管理z*重要的是檢測和控制溶液的pH值和緩蝕劑的含量。

　　⑹完善的冷卻水管理應包括控制水溫、控制循環量、控制系統水量平衡和水質穩定處理等工作，其核心是水質穩定處理工作，必須確保污垢系數小于0.086m2.℃/kW。

　　⑺機組自身及外部的計器儀表應準確無誤，只有準確了解各個部位的參數，才能正確掌握和判斷機組的運行效果和質量。