溴化锂水溶液对直燃机组的重要性

2015-07-31耿东喜广电总局机关服务局北京100866

中国新技术新产品 2015年2期

耿东喜（广电总局机关服务局，北京 100866）

溴化锂水溶液对直燃机组的重要性

耿东喜
（广电总局机关服务局，北京 100866）

摘要：自九十年代中后期开始，越来越多的溴化锂直燃机走进了各个单位的空调机房。其集冷水、温水、卫生热水等功能于一身，省去了供热站、锅炉房的建设。我单位于1999年开始安装使用了三台远大公司生产的远大Ⅶ溴化锂直燃机。该机器具有自动化程度高，功能全，操作简便，可以远程操作等优点。随着对溴化锂直燃机组的不断了解及运行经验的累积，我们发现：在溴化锂制冷机组中，溴化锂-水溶液是其中重要的组成部分。就像血液是人体的重要组成部分一样。溴化锂制冷机组出现的大部分故障都与溴化锂-水溶液有着直接或者间接的关系。本文从溴化锂-水溶液的性质，溴化锂制冷机组的工作原理入手，重点分析了溴化锂-水溶液对机组真空的影响及相应的解决办法，以及造成机组出现结晶故障的几条原因及相应的解决办法，造成冷剂水污染的原因及处理办法。

关键词：溴化锂-水溶液；结晶；冷剂水污染；溶液再生处理

一、溴化锂直燃机组的的工作原理

1 溴化锂-水溶液的性质

溴化锂-水溶液是由溴化锂固体溶于水而得，常压下溴化锂固体的沸点是1265度，水的沸点是100度，二者相差很大，因此溴化锂溶液沸腾时产生的蒸汽基本上没有溴化锂，只有水蒸气。溴化锂溶液是一种无色无毒的液体，具有强烈的腐蚀性和吸收性，因此通常情况下都是密封保存的。

2 溴化锂吸收式直燃机组的工作原理

机组由高压发生器、低压发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、低温热交换器、高温热交换器等主要部件组成。稀溶液经发生泵后分两路，一路经高温热交换器到高压发生器由燃烧机加热分离成高温蒸汽和浓溶液，高温蒸汽首先进入低压发生器，加热其中的稀溶液，同时自身降温后进入冷凝器，冷凝成冷剂水后进入蒸发器进行喷淋。高压发生器中的浓溶液经高温热交换器后进入吸收器，经吸收泵进行喷淋吸收蒸发器中的冷剂水蒸汽成为稀溶液后再次循环，如此往复。另一路稀溶液经低温热交换器进入低压发生器，经高压发生器中来的高温蒸汽加热后分离成蒸汽和浓溶液后，蒸汽进入冷凝器，浓溶液经低温热交换器进入吸收器后进行喷淋，吸收蒸发器中的冷剂水蒸汽成为稀溶液后再次循环。以上过程全部在真空状态下进行，蒸发器中的最低压甚至可以达到6mmHg，再此环境下水的蒸发温度只有4度，而溴化锂溶液具有强烈的吸收性，可以吸收周围的冷剂水蒸汽，从而维持一个低压的环境，溴化锂吸收式直燃机组的制冷就是利用这个原理实现的。

二、溴化锂-水溶液对溴化锂直燃机组的影响

1 溴化锂-水溶液对机组真空的影响

通过溴化锂直燃机组的工作原理我们知道机组的工作是在真空状态下进行的。不凝性气体是指溴化锂吸收式机组工作时，既不被冷凝，也无法被溴化锂溶液所吸收的气体。外部泄入机组的空气（O2 、N2 等）及内部因腐蚀而产生的气体，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几百帕，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及自身构造方面的原因（机组难免会有调节阀，视镜等必要的部件），也难免保证机组的绝对气密性。因此，机组运行过程中，溴化锂-水溶液总会腐蚀钢板、铜等金属材料生成氢气气体。这类不凝性气体即使数量极微，对机组的性能也将产生极大的影响。专家曾作过这样一个实验，再一台标准制冷量为2267kW的冷水机组中，加入30g氮气后，制冷量降为1162kW，几乎减少了一半。随着不凝性气体的聚集，将出现制冷量降低，结晶，甚至机组无法正常运行等现象。

既然溴化锂-水溶液对钢板、铜管等金属材料的腐蚀是不能完全避免的，那么如何能最大限度的减轻溴化锂-水溶液对钢板、铜管等金属材料的腐蚀？在吸收式制冷机用的溴化锂溶液添加缓蚀剂铬酸锂（或钼酸锂）。铬酸锂之所以能抑制腐蚀的产生，是因为铬酸锂在溶液中与铜和铁反应生产物中，四氧化三铁、氢氧化铬、氧化铬是铁的保护膜，氧化铜、氢氧化铬是铜的保护膜。它们能使溶液与深层金属隔离，从而减缓溶液对机组的腐蚀，也就减少了不凝性气体的产生。

机组运行初期，铬酸锂的消耗会比较大，经过一段时间的运行，铬酸锂慢慢的趋于稳定，金属表面形成保护膜，达到防止腐蚀的目的。因此加入缓蚀剂后应定期对溶液进行检验和调整，以保证铬酸锂不少于1%。

2 溴化锂-水溶液的结晶问题

在前面我们说了溴化锂的性质，溴化锂是一种无机盐，它在一定的温度下有一定的溶解度，温度越高，溶解度越高，一定浓度的溶液在温度降低到结晶温度时会析出溴化锂晶体，轻微的结晶会被流动的溶液带走，不会影响机组的正常运行。当这种现象严重时，大量的溴化锂晶体就会阻塞流通路径（如：管道、热交换器部分），致使溴化锂溶液不能正常循环流动，制冷机也就无法正常运行。

导致结晶有很多原因：

（1）机组局部泄漏或机内有大量不凝性气体存在，致使蒸发器、吸收器内的压力迅速上升，达到几百Pa，甚至几千Pa，而机组的正常压力只有几十Pa，过高的蒸发压力将影响制冷剂的蒸发，使机组制冷效果下降。同时处于吸收器内的吸收溶液不能充分吸收冷剂蒸汽，在没有得到充分稀释的情况下即被送往高低压发生器，进入发生过程，这种溶液被进一步浓缩，经热交换器进入吸收器。由于浓溶液流经热交换器时的温度、浓度不同，有可能在热交换器浓溶液出口段、热交换器内、热交换器浓溶液入口段中某一个部位，由于浓溶液温度降至析晶点而析出晶体，晶体若得到不断生长，则会引发结晶故障。

（2）冷却水温度过低或流量过大

溴化锂溶液在吸收水蒸汽而自动稀释过程中放出热量，冷剂蒸汽冷凝为低温冷剂水放出热量。这两个部分的热量均由流经吸收器的冷却水带走，如果冷却水温度过低或流量过大，可能使其中的溶液温度降得过低而至析晶点。因此，冷却水的温度一般控制在26℃以上，最低不能低于24℃。

（3）机组负荷过小

在某种特殊情况下，如：冷媒水泵、风机盘管等空调系统内突发性机械故障或由于供冷环境因素使制冷机的冷量不能及时传送出去，均可视为制冷机负荷过小。在这种情况下，制冷机的制冷量大于冷媒水所带走的冷量，必将使蒸发温度不断降低，严重时可导致冷媒水在铜管内结冰而发生故障，也可因蒸汽温度太低而导致稀溶液温度降低，在热交换器内使浓溶液温度降到析晶点，而发生结晶故障。我单位就曾经因此出现过结晶事故。当时，大楼处于改造施工阶段，其中一个区（大楼共分四个区）改造完毕提前投入使用，当时的调试工程师在时间紧迫的情况下，开机运行。由于负荷比较小，运行一段时间后，水温就下来了，导致稀溶液温度也偏低。调试工程师没有及时调整溶液循环量，再加上我们的机组的热交换器从原来的管式热交换器改为了换热效果更好的板式热交换器，一连串的因素导致高温热交换器的出口出现严重的结晶现象。还好调试工程师经验比较丰富，在确认了结晶部位后采用边加热边敲打的方法，同时向系统中加入大量的纯净水以稀释溶液的浓度，最终解决了结晶问题。

（4）冷剂水污染

溴化锂制冷机的吸收器、蒸发器内的冷剂水在一般情况下是在高低压发生器内从其溶液中蒸发出的纯净水蒸汽经冷凝而成的。但在某些特殊情况下，比如：高低压发生器内的溶液循环量过大、蒸汽压力波动剧烈、机内不凝性气体大量存在等使高低压发生器内的液位有可能提高，以至直接进入凝结水盘，流入蒸发器内参与喷淋，因溴化锂分子本身并不能蒸发（它的蒸发温度是1265℃），所以将直接进入冷剂水囊，参与再循环。由于冷剂水中含有溴化锂分子使冷剂水的蒸发温度显著升高，蒸发量也明显减少。稀溶液浓度升高，进入高低压发生器后溶液又进一步被浓缩，则极易诱发结晶故障。因此，发现冷剂水污染，应立即打开冷剂水旁通阀，将冷剂水旁通到吸收器中，直到冷剂水变得纯净后关闭旁通阀。

（5）停机时结晶

以上讲的都是在机器运行当中结晶，但有时停机后也会产生结晶故障，导致下次不能正常开机。

主要原因有：停机时稀释时间太短，冷剂水未旁通彻底，机内的稀溶液和浓溶液混合均匀，使整机温度降了下来。所以应将水囊中的冷剂水旁通干净，否则溶液浓度过高，此时关闭溶液泵则滞留在高低温热交换器内的浓溶液会随机组温度的逐渐降低而达到析晶点发生结晶。

了解了结晶发生的原因，只要采取有针对性的措施，再加上机组自身的一些融晶及自动保护措施，就可以减少结晶发生的可能。

3 溴化锂-水溶液对冷剂水的污染问题

发生污染的原因前面已经讲过，不再重复。发生污染的直接后果就是机组的制冷量严重下降，甚至造成结晶的严重后果。因此在机组运行过程中，一定要加强巡视并注意观察冷剂水的状况，发现有被污染的现象，立即将冷剂水旁通阀打开将冷剂水旁通至吸收器。同时根据造成冷剂水污染的原因进行相应的调整。