溴化锂制冷机改电动式制冷机

季 波

（万华化学（宁波）氯碱有限公司，浙江 宁波 315000）

1 蒸汽溴化锂制冷与电动式制冷机简介

（1）蒸汽溴冷机采用溴化锂溶液作吸收剂，水作为制冷剂，借助于蒸汽的热量作为动力在高压发生器、低压发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器之间使溴化锂溶液不断发生吸收与释放水蒸气的化学过程，从而达到热量迁移，产生冷冻水的目的。蒸汽溴冷机所有的热量转移的过程都是依靠大温差传热，不可逆传热损失占了溴冷机能源总值的绝大部分，因此蒸汽溴冷机的制冷效率COP值仅1．0左右。

（2）电动式制冷机依靠近年来不断发展的先进技术，从材料到加工技术都取得了质的飞跃，压缩机压缩作功，冷媒在蒸发器和冷凝器内等温相变，达到能量转移的目的，传热温差小，不可逆损失小，深受制冷空调领域的青睐。目前，直接采用终端电能作能源的电动式冷水机组的市场占有率已超过80%。电动螺杆式和离心式冷水机组的平均能效值高达5．3以上，是蒸汽溴冷机的5倍多。

（3）针对以上分析，结合公司目前现场的实际情况，对已使用较长时间、维护费用较高、运行费用偏高，已无法满足安全生产及节能降耗，以及公司低成本战略的要求，万华化学（宁波）氯碱有限公司，对现有4台大连三洋溴化锂制冷冷水机组进行改造。

2 主要技术参数数据

（1）目前的4台溴化锂冷水机组主要数据

单台制冷量：1 745 kW；

蒸汽消耗量：2 051 kg/h；

蒸汽入口压力：0．8 MPa；

冷却循环水流量：453 m3/h；

冷却水进出口温度：32～37℃；

耗电量：6 kW（溶液泵及真空泵等）。

（2）拟选用的电动式制冷机组主要数据

制冷量：1 915 kW；

输入功率：337 kW；

冷却循环水流量：387 m3/h；

折算成1 745 kW制冷量情况下，耗电量为307 kW，冷却循环水需求流量为353 m3/h。

3 运行能耗费用分析及投资回报周期

（1）能源价格及运行时间情况

蒸汽价格：220 元/t；

年运行时间：8 000 h；

电费：0．7元/kW·h计算。

（2）每台溴化锂机组的年运行费用

蒸汽费用：2．051 t/h×8 000 h/a×220 元/t

=3 609 760．00（元/a）

运行电费：6 kW×8 000 h/a×0．7 元/kW·h

=33 600．00（元/a）

上述两项合计：3 609 760+33 600

=3 643 360 元/年≈364（万/a）

（3）每台电动式制冷机组的年运行费用

运行电费：307 kW×8 000 h/a×0．7 元/kW·h=1 719 200．00 元≈172（万/a）。（注：因为电动式制冷机组不需要蒸汽，所以运行电费即为全年能耗费用）

根据上述计算，每台电动式制冷机组可在运行能耗上节约192万/a（364万～172万）。

若电制冷机组单台造价为130万元，则由溴化锂机组改为电动式制冷机组的回报周期为130/192=0．677，即半年多即可收回设备投资。

4 制冷剂的环保特性

蒸汽溴冷机以溴化锂溶液和水作为吸收剂和制冷剂，溴化锂溶液易腐蚀铜管、钢管，通常需加入铬酸锂缓蚀剂，但温度过高或时间过长时会失效，铬酸锂量过多时会出现沉淀，而过少时会产生腐蚀，严重影响机组可靠性，而且这种剧毒物操作不当严重影响人身安全。

溴冷机以溴化锂溶液和水作为吸收剂和制冷剂，不含氯原子，ODP=0，但直燃溴冷机排放的CO2、SO2含量远高于电动式冷水机组，对环境污染很大，而且直接排放到大气中的烟气温度高达230℃，由余热造成的直接温室效应远高于电动式冷水机组。另一方面，溴冷机的能效远低于电制冷机组，消耗的一次能源造成的间接温室效应更是显著，总的当量温室效应TEWI=11 170×104，是电动冷水机组的10倍左右。

5 运行可靠性

蒸汽溴冷机因存在下列几个方面的原因大大影响了其可靠性，冷量衰减极其严重。

（1）溴化锂结晶的影响

溴冷机的高压发生器与热交换器内溶液温度较高，操作稍有不当，或热源轻微波动，极易导致溴化锂溶液结晶，堵塞喷咀，造成冷量衰减，严重时无法正常运行，溴冷机通常运行两三年后冷量衰减达20%以上。溴化锂冷水机组生产厂家的新机组冷量裕量往往达20%以上，在使用的前2年基本能保证空调工程的正常使用，但溴化锂冷水机组很少有使用5年以上的用户实例供客户参观考察。

（2）制冷剂污染的影响

溴化锂溶液很容易进入蒸发器和冷凝器的冷剂水，造成冷量衰减，严惩时导致两器的液位下降，溶液泵不能正常工作。

（3）喷淋管易堵塞，造成冷量严重衰减

水作为制冷剂，在蒸发器中蒸发成水蒸气，水中含有的其他离子（Ca2+，Mg2+，Na+，Cl－，SO2+）仍遗留在系统中，易循环堵塞喷淋管致使冷量严重衰减，严重时致使机组无法正常运行。

（4）溴冷机整机内部呈真空或高度真空状态，室外空气极易渗入，机内不凝性气体含量达到10%时，会使机组无法正常运行。

（5）溴冷机内各部件间的密封隔离材料长期处于气流的冲击下，易老化失效，需定期更换，通常周期不超过一年且易造成故障。

（6）电动式冷水机组采用经过一百多年实践考核的压缩式工作原理，从选材到工艺都确保电动式冷水机组设计保用寿命能达到20～25年。纽约世界贸易中心选用离心式冷水机组，自1969年投入使用，直到2001年9月遭恐怖分子袭击，整座大楼瘫痪。此期间32年一直运转正常，是电动式冷水机组运行可靠性的铁证，美国海军潜艇、航空母舰、国会大厦、上海浦东机场、中央人民电视台、G20主会场－－奥体博览中心等用户都选用了电动式冷水机组，为电动式冷水机组的可靠性作出了铁的证明。

6 负荷调节能力

（1）蒸汽溴冷机通过调节蒸汽用量，减少热输入，从而降低机组输出冷量。整个负荷调节过程是温差传热、热传递的过程，传热的滞后特性决定了蒸汽溴冷机的部分负荷调节性能差，综合性能仅优于满负荷性能10%左右，而且负荷调节范围窄，部分厂家最佳承诺为25%～100%，通常负荷调节范围限于30%～100%。

（2）电动螺杆式冷水机组采用滑阀，电动离心式冷水机组采用导叶直接调节压缩机的吸入量，调节机组的输出冷量，响应快速，部分负荷综合性能优于满负荷性能达20%～30%以上，部分负荷综合性能更是达到蒸汽溴冷机的7倍以上，螺杆式冷水机组的负荷调节范围，在10%～100%范围内无级调节。

7 使用寿命

（1）蒸汽溴冷机采用90/10铜镍管作换热器传热管，设计使用寿命10年左右，国产机采用95/5铜镍管等作换热器传热管，甚至采用铜管作换热器传热管，设计使用寿命八年左右，当今市场上从没有一台蒸汽溴冷机使用年限超过10年，通常使用5～7年后，因冷量衰减已不能满足使用要求而换成电动式冷水机组。目前，国产溴冷机从没有使用超过5年的用户实例供参观考察，如成都石油管理局使用4年后，冷量衰减超过60%，成都电信局使用4年后已换成电动式冷水机组。

（2）电动式冷水机组设计使用寿命25年，实际使用寿命大部分机组超过30年，如纽约世界贸易中心运行32年，二十世纪三十年代出售的螺杆式冷水机组21世纪仍然服务于武汉百威啤酒厂，使用寿命达70年，北京香山饭店使用约克离心式冷水机组18年后第一次检修，使用寿命三十多年，岷山饭店、杭州香格里拉均是八十年代购买电动式冷水机组，运行近三十年，且运行状况良好。至于使用已超过10年的电制冷机更是极为普遍。

8 机组维护

（1）机组维护人员须随时检查蒸汽溴冷机溶液泵、真空泵、电气系统的情况以避免发生重大事故，因为如果出现电力故障，风机、泵停用，极易导致溴化锂溶液结晶，造成机组故障。个别厂家宣传无人机房是不负责任的盲目宣传，众所周知，溴冷机的维护管理费用高达电动式冷水机组的两三倍。

（2）电动式冷水机组由电能驱动，即使出现电源系统故障，机组会自动平稳地停机，不存在危险因素，电动式冷水机组监测系统简单准确，因此电制冷机易实现无人机房，由冷水机组厂家协助监控机组运行，大大降低维护管理费用。

9 结语

通过以上几方面分析，2014年2月开始，公司陆续对4台溴化锂制冷机组进行了改造，改造为电制冷机组进行制冷，改造后机组运行稳定、安全可靠，机组运行至今，从未发生任何设备故障，降低公司对蒸汽的消耗，节约了大量蒸汽，提高了换热效率，运行费用明显减少，大大降低了生产成本，达到节能、降耗的目的。同时，也为同行业制冷技术改造提供了理论参考依据。