溴化锂制冷机长周期稳定运行攻关

肖笃斌

(中国石化洛阳分公司，河南 洛阳 471012)

随着社会的发展、科学技术的不断进步和人们生活水平的日益提高，需要制冷设备的范围越来越广，需求量也越来越大，因而制冷技术也在突飞猛进地发展，制冷设备与日俱增。比如需要用到制冷设备的地方有:用冷库、家庭用冰箱等来保存食品，要求食品的温度低于常温，甚至要低于零度;星级宾馆要求室温常年控制在某一范围内，以满足客人身体舒适的需要;有些生产工艺，如纺织等亦需要进行空气调节以满足生产工艺，保证产品质量等等。

洛阳分公司空压车间冷冻站的溴化锂制冷机为吸收式制冷机，整个制冷循环过程中，溴化锂溶液在机组内吸收蒸汽的热量由稀变浓，吸收流经机组铜管内的循环水的热量，而循环水吸热汽化后的热能被冷冻水吸收，冷冻水的温度从而降低送出。主要向长丝车间、短丝车间和合纤装置正常生产过程中提供空调用冷冻水及部分设备冷却用水。自2009年以来，6台制冷机组出现故障率上升、制冷效果变差、个别机组出现长期不能备用现象，导致外供的冷冻水温度不能满足装置的生产需要，严重影响长丝、短丝的产品质量。通过技术攻关，采取必要措施实现机组长周期稳定运行。

1 溴化锂制冷机的制冷原理

1.1 制冷循环

溴化锂吸收式制冷机是利用水在低压真空环境下的蒸发进行制冷的，利用吸收剂(溴化锂溶液)极易吸收制冷剂(水)的特性，通过溴化锂溶液的浓度变化(发生与吸收过程)使制冷剂在封闭的系统中不断地循环，这就是吸收式制冷循环的基础。空压车间冷冻站溴化锂吸收式制冷机是蒸汽双效型机组，其制冷循环原理框图见图1。

图1 蒸汽双效型机组制冷循环原理图Fig.1 Steam double compressor refrigeration cycle diagram

1.2 发生—冷凝过程

在高压发生器中，稀溶液被高温热源加热，其水蒸气的分压力不断升高，当溶液中的水蒸气压超过发生器中的压力时，水蒸气从溶液中蒸发出来，作为低压发生器的加热热源，对低压发生器中的中间溶液进行加热放出热量而成为冷剂水，冷剂水经节流后进入冷凝器，低压发生器中的中间溶液经加热产生低压冷剂蒸汽进入冷凝器内，被冷却水冷凝成冷剂水。

1.3 蒸发—吸收过程

冷凝器中的冷剂水经“U”形管流入蒸发器液囊，再由冷剂泵从蒸发器液囊送至喷嘴，将冷剂水喷至蒸发器的换热管(即冷水管)表面，蒸发吸热，吸取管内冷水的热量气化成冷剂蒸汽。

低压发生器浓缩后的浓溶液经低温热交换器进入吸收器，经淋激盘均匀布在第一排换热管上，在吸收来自蒸发器冷剂蒸汽的同时，放出凝结热，这部分凝结热量由管内的冷却水带出机组。

1.4 热交换器换热过程

高低温热交换器又称为溶液热交换器，其作用是回收热量，提高机组的效率。一方面，使进入发生器的稀溶液温度升高，降低发生器的热负荷;另一方面，冷却发生器出来的浓溶液，减少吸收器的热负荷。

凝结水热回收器是用来回收蒸汽机组中工作蒸汽凝结水的余热，降低凝结水的温度，提高能源的利用率。

2 影响溴化锂吸收式制冷机性能的条件分析

溴化锂吸收式制冷机组在实际运行时，往往由于气候、负荷和热源参数等外界条件的变化，以及机组本身内部条件的改变等，使制冷机不能在名义设计工况下工作，并引起制冷机的制冷量、热源消耗量等性能指标发生变化。影响机组性能的主要因素包括:外部条件［1］(冷水出口温度、热源温度、冷却水进口温度、冷水与冷却水流量等)和内部条件(溴化锂溶液循环量、不凝性气体的存在、传热管的结垢、冷剂水的污染以及表面活性剂的添加等)方面。

掌握外部条件和内部条件的变化对溴化锂制冷机性能的影响，特别是掌握机组的变工况特性，对于正确设计机组的调节控制方法、合理选用机组、确保机组无故障操作，并实现机组经济和稳定运行具有重要意义。

2.1 冷水出口温度的影响

外界空调负荷随季节和空调对象的发热量经常变化，而机组产生的制冷量必须与外界空调热负荷相匹配，这就要求机组的制冷量也要随之变化。若机组的其他运转条件不变即冷却水进口温度、热源温度、冷水与冷却水流量、稀溶液循环量为定值，当外界空调热负荷低于机组名义制冷量时，冷水进口温度将降低，经过溴化锂吸收式机组后，冷水出口温度亦随之下降。

2.2 冷却水进口温度的影响

在使用冷却塔的冷却水系统中，冷却水进口温度是通过启、停冷却塔风机来调节，而冷却塔的冷却能力又和周围空气的干湿球温度有关，故冷却水温度随季节而变化。当其他条件不变而冷却水进口温度变化时，制冷量也随之发生变化，与名义工况相比较，冷却水进口温度每升高1℃，制冷量约下降5%～8%。

2.3 冷却水量的影响

冷却水量变化对制冷量的影响，与冷却水进口温度变化对制冷量的影响相似。当冷却水量提高，则吸收器出口冷却水温度下降，冷凝器出口冷却水温度下降，同时吸收器、冷凝器中传热管内冷却水的流速上升，增强了换热效果。这样，吸收器出口稀溶液浓度下降，发生器出口浓溶液浓度提高，制冷量上升。

2.4 冷水量的影响

当蒸发器冷水温度恒定时，冷水量变化对制冷量的影响较冷却水量变化对制冷量的影响较小。当冷水量降低时，冷水出口温度差增大。若冷水出口温度恒定，冷水进出口平均温度值上升，使传热温差增大。另一方面，蒸发器管内冷水流速下降，致使传热系数下降。

2.5 热源温度的影响

空压车间冷冻站溴化锂制冷机组的热源来源于热电站专供化纤板块的蒸汽线，蒸汽压力为1.0 MPa，蒸汽温度在160～180℃。热源温度即为加热蒸汽压力所对应的饱和蒸汽温度，因而可看作加热蒸汽压力对制冷量的影响。

提高加热蒸汽压力，是提高机组制冷量的方法之一。但随着加热蒸汽压力的提高，浓溶液的浓度升高，机组在高浓度下运行，易产生结晶，特别是双效机组，若加热蒸汽压力过高，高压发生器中溶液温度超过一定值时，会使铬酸锂缓蚀剂失效而影响缓蚀效果。空压冷冻站双效蒸汽型溴冷机L103和L105在2010年8月份因为蒸汽压力波动大而结晶。

2.6 表面活性剂的影响

为了提高热交换设备的热、质交换效果，常在溴化锂溶液中加入表面活性剂，如辛醇。这类活性剂能强烈地降低表面张力，可以提高机组吸收器的吸收效果和冷凝器的冷凝效果。

2.7 不凝气体的影响

不凝气体指溴化锂吸收式机组工作时，既不会冷凝，也无法被溴化锂溶液所吸收的气体。外部漏入机组的空气(氧气、氮气等)及内部腐蚀而产生的氢气，均属不凝性气体。由于溴化锂吸收式机组是在高真空下工作的，蒸发器、吸收器中的绝对工作压力仅有几百帕(6～7 mmHg)，外部空气极易漏入，即使制造完好的机组，随着运转时间的不断增加，也难保证机组的绝对气密性。同时机组运行过程中，溶液总会腐蚀钢、铜等金属材料而生成氢气，这类不凝性气体即使数量极微，对机组性能也将会产生极大的影响。

2.8 溶液循环量的影响

当蒸汽压力一定时，溶液循环量减少，导致机组的制冷量降低。反之，溶液循环量增大，机组制冷量上升。

当然，也不是说溶液循环量越大越好，当发生器热负荷一定时，溶液循环量过大，容易导致冷剂蒸汽的发生量减少，从而使制冷量下降，因此，在一定的外界加热条件下，溶液循环量有一最佳值，并且不同的机组根据自身设备的特性最佳值也不一样。

2.9 冷剂水的纯度

由于运转条件变化(如热源温度突然升高或冷却水温过低)，或机组运转初期溶液浓度过稀，加之操作不当等原因，发生器中的溴化锂溶液可能随冷剂蒸汽进入冷凝器和蒸发器，使冷剂水中含有溴化锂，这种现象称为冷剂水污染。

冷剂水污染对制冷量的影响可以通过机组吸收机理加以说明:冷剂水含溴化锂后实际呈稀溶液状态，而在同一温度下溴化锂水溶液的饱和蒸汽压力总是低于纯水的蒸汽压力，在同一蒸发温度下，蒸发压力降低，即吸收液周围的冷剂蒸汽压力下降，因此传质推动力减小，吸收效果下降，制冷量下降。

2.10 污垢系数的影响

溴化锂吸收式机组运转一段时间后，在传热管内壁与外壁逐渐形成了一层污垢，污垢的影响常用污垢系数来度量，污垢系数越大，则热阻越大，传热性能越差，机组制冷量下降。

水侧污垢的形成取决于管内流动的水质，可见水质的变化对机组制冷量性能有较大的影响，尤其是冷却水的水质，除了使机组结垢，还使机组产生腐蚀，影响到机组的正常运转与使用寿命。

3 溴冷机存在的问题状况分析

目前机组存在的问题状况:

1.设备本体原因。机组从1999年11月运行至今有13年，部分设备组件已经到寿命期，如其中蒸汽自动调节阀现今有5个不能投用，起不到调节蒸汽压力的作用，对机组高压发生器冲击较大;蒸发器、吸收器及冷凝器里面的铜管长时间通循环水，已结垢严重，严重影响机组的换热效果;凝水换热器里面的铜管长期通入高温介质，部分铜管出现漏点，导致管程与壳程互相窜流，使溴化锂溶液的浓度降低，大大降低了制冷效果。

2.外界因素。空压冷冻站溴冷机是通过高压蒸汽在高压发生器中给溴化锂溶液加热，所产生的高温冷剂水蒸气再给低压发生器加热，使低压发生器中溴化锂溶液浓度进一步提高，然后浓溶液经过喷淋管喷淋，跟冷冻水进行热交换，达到降低冷冻水温的目的。在这个热交换循环的过程中，蒸汽压力是一个不稳定的因素，压力过高，会致使溴化锂溶液浓度过高而结晶，起不到制冷效果。针对这个问题，在蒸汽总管线上加上了一个蒸汽自立式调节阀及6个蒸汽自动调节阀，并在蒸汽管线上加上跨线，进一步可调蒸汽压力，现由于长期通入高温蒸汽，导致管线上的调节阀、截止阀开关不灵活，致使蒸汽压力成为一个不可控制的因素，经常会出现蒸汽高压使溴化锂溶液结晶事故的发生。

3.设备管理上的软件欠缺。其中一台溴化锂制冷机L106没有引入PLC监控，导致在岗职工在操作室不能监控机组运行状态时的各项数据，需要职工经常往返厂房观察机组运行状态，这就会有时间差，使职工不能及时调整机组的制冷效果，导致总的机组制冷效果差。另外5台L101～L105溴化锂制冷机PLC监控也因长时间运行有些线路老化、短接，致使一些参数不能客观准确地反映出来。

4 解决对策及能达到的效果

1.对长期运行导致老化、腐蚀的关键机组配件进行更换。如长期处于高温蒸汽介质环境中的蒸汽调节阀、凝水换热器，处于低温环境的高低温换热器。争取在硬件上实现长周期运行保障。

2.对设备进行检修。蒸发器、吸收器及冷凝器里面的铜管长时间与循环水换热，结垢严重，影响机组的换热效果，对换热器进行清洗，更换溶液等。提高换热系数，保证机组有良好的换热效果。

3.提高职工操作技能，实现标准化操作。溴化锂制冷机在蒸汽压力不稳的情况下易出现结晶现象，在正常生产过程中加强标准化操作，稳定蒸汽压力，避免蒸汽波动。有条件的定期组织职工进行有关溴化锂制冷机组方面的培训，强化技术水平，提高专业操作技能。

4.仪控系统改进，实现运行参数在线监测。对运行参数没有引入操作室的第6台制冷机，通过仪控系统改进，引入到室内，能够实时监控机组的运行状态，发现问题及时解决，在软件方面杜绝次生事件发生。

5.加强日常运行管理和维护。根据运行情况及时对机组进行抽真空，保证机组在良好的环境中工作。定期检测冷剂水的pH值，观察颜色。定期检测溴化锂溶液的pH值、浓度和颜色，发现问题及时处理，保证溶液不受污染。

5 结束语

结合石化行业的工作环境及使用介质情况，优化操作条件，掌握溴化锂吸收式制冷机的工作原理及条件要求，加强机组日常的一些维护与保养工作非常有必要，为机组长周期平稳运行提供保障。同时及时有效地为下游长丝车间、短丝车间和合纤装置正常生产过程提供空调用冷冻水及部分设备冷却用水。

［1］梅炳良.蒸汽型溴化锂制冷机制冷技术［Z］.江苏:江苏双良制冷出版，2002:62-65.