溴化锂机组制冷性能下降的原因

何旭东，薛卫东，席引尚，乔媛媛

(陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西 榆林 718100)

陕西金泰氯碱化工有限公司(以下简称金泰氯碱)5 ℃水系统配置3台溴化锂机组，自2005年投入运行至今已运行10多年，自2014年之后陆续出现各类异常状况，导致制冷能力明显下降，影响生产的满负荷运行。为此，金泰氯碱结合生产实际情况，对发生的各类异常现象进行分析研究，并采取有效措施解决问题，保证了生产的正常运行。

1 机组运行情况介绍

金泰氯碱一线装置配置3台溴化锂机组，配套PVC装置需冷量为2 508～4 180 万kJ/h (600～1 000万kcal/h)，设计使用方式为2开1备，单台机组额定制冷能力为1 609万kJ/h(385万kcal/h)，蒸汽流量为5.6 t/h,5 ℃水量为770 m3/h，机组使用蒸汽压力为0.8 MPa，温度为280 ℃。 2011年8月，金泰氯碱进行了PVC装置的扩能改造，单体系统需冷量增加了约836 万kJ/h(200万kcal/h)。扩能改造前，2台机组运行均可满足生产需求，改造后当年8月中旬，在(32±5) ℃温度环境下，2台溴化锂制冷机组运行一直维持满负荷状态，高温再生器温度最高至153 ℃，已至历年来最高值；总蒸汽流量最大已至15.9 t/h，超过设计量42%；机组溶液泵变频器已至最大值60 Hz运行，2台机组供5 ℃水流量已至1 800～2 100 m3/h，约为设计流量的123%。为保证生产所需及设备运行周期，机组改为3台运行。表1为溴化锂机组历年运行数据。

表1 溴化锂机组历年运行数据Table 1 Operation data of lithium bromide unit over the years

从表1可看出:自2014年之后，溴化锂机组投用台数增加，但机组能耗明显增大，制冷能力明显下降。

2 原因分析

引起溴化锂机组制冷能力下降的原因有：冷却水量过少；冷却水温过高；溶液的浓度控制不当；溶液的循环量过少；冷剂水被污染；蒸汽压力过低；机组密封性差,渗入空气或内有不凝性气体；真空泵抽空性能差；吸收器、冷凝器传热管水垢太厚或者有污物阻塞。对于上述因素，金泰氯碱逐项进行了排查。

(1)冷却水量过少、冷却水温过高。

该机型溴化锂机组的设计冷却水量为1 292 m3/h，温差为5.5 ℃。通过对冷却水流量测算，单台溴化锂机组的冷却水流量在1 000 m3/h以上，冷却水上水温度为21.5 ℃，回水温度为25 ℃，均满足生产需要，故可排除因冷却水量少、冷却水温高引起的制冷能力下降。

(2)溴化锂溶液浓度控制不当。

溴化锂溶液由质量分数50%溴化锂溶液和氢氧化锂、钼酸锂、辛醇配制而成的。加入钼酸锂起到缓释阻垢作用，加入氢氧化锂可将pH值调整到9～11，加入辛醇可提高溴化锂溶液表面扩张力。对溴化锂溶液进行了分析，分析结果见表2。

表2 溴化锂溶液分析数据Table 2 Analysis data of lithium bromide solution

从分析结果可以看出:溴化锂溶液各项分析值均在控制范围内，排除了溶液浓度对制冷性能的影响。

(3)冷剂水被污染。

正常运行时，冷剂水密度应小于1.02 kg/m3。抽取冷剂水测量其密度平均为1.05 kg/m3，最高1台达到1.1 kg/m3，随即安排对冷剂水进行净化操作，净化后冷剂水密度均在1.02 kg/m3以下。机组投运后，制冷能力并未出现明显提高。

(4)机组真空度下降问题排查。

机组真空度不足会严重影响机组的制冷能力甚至不制冷[1]。而引起机组真空度不足的原因是机组运行多年后，各个阀门、泵、视镜、焊缝处等密封点会有微量渗漏，机组的密封不好会使氧气进入机组内部，铁与铜在碱性的溴化锂溶液中与氧反应生成氢氧化物，铁和铜被氧化失去电子与氢反应生成不凝性气体氢气，从而影响溴化锂机组的真空度。经更换3#机组各个阀门、泵、视镜垫片，并给垫片处涂胶，对机组整体进行刷漆，再进行充氮查漏，多次试漏均未找到漏点。经保压试验，48 h压力下降0.01 MPa。因泄漏量太小，目前靠正压检漏无法查到漏点。将机组投入运行后，抽真空时间从每班1次延长至每天1次，制冷能力未见明显提高。这说明该机组虽然真空度下降较快，但通过加大抽气频率，机组仍可维持制冷，说明该问题不是引起机组制冷能力下降的主要因素。

(5)机组换热能力下降。

随着机组运行时间增长，冷却水、冷剂水的污染会严重影响蒸发器内冷剂水与冷水之间的换热，造成制冷能力下降。机组内换热铜管结垢、污堵严重影响机组的制冷性能，1 mm的污垢可使导热系数下降27%～32%。机组内沉淀物的附着也会使热交换器性能下降，并引起喷淋系统喷嘴的堵塞，导致溴化锂制冷能力下降。

2014年，因2#机组溴化锂冷凝器发生多次泄漏，故对冷凝器铜管进行了更换。更换前后溴化锂机组运行数据见表3。

表3 溴化锂机组运行数据Table 3 Operation data of lithium bromide unit

从表3可以看出：更换溴化锂铜管后，机组的制冷能力明显提高，说明冷凝器传热管传热性能下降是引起机组制冷能力下降的主要原因。

3 经济效益

对各种原因进行逐项排查后，发现冷凝器传热管传热性能下降是引起溴化锂机组制冷能力下降的主要原因，所以更换了机组冷凝器。从经济效益看，按节约蒸汽2.13 t/h、蒸汽价格60元/t、1年运行时间8 000 h计算，去除机组更换冷凝器铜管费用约20万元，每年可节约费用102.24万元，经济效益显著。

4 结语

金泰氯碱的溴化锂机组设计使用寿命为60 000 h，超过此运行时间后，机组出现异常状况的概率大增，严重时影响到整体生产装置的稳定运行。在机组日常运行管理到位后，机组结垢问题是影响机组制冷能力下降的主要因素，所以在溴化锂机组运行后期，要加强机组的日常运行管理和计划性维护检修，加强冷却水水质管理，定期对机组换热器进行清洗，通过解决机组传热问题，可极大地提高机组制冷能力，延长机组的使用寿命。