浅析水冷离心式冷冻机维护保养

高永亮 马美飞 袁玉祥

（南京中电熊猫液晶材料科技有限公司，江苏 南京 210033）

0 引言

该公司的厂务系统主要有生产配电、洁净压缩空气制备及供应、纯水制备及供应、工艺冷却水、工艺真空、洁净（冷冻、空调、排气和蒸汽）和重要自控等系统。

冷冻系统由冷冻机、冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔，以及管道和阀门等组成，冷冻机是关键设备，其维护保养的质量关系到整个系统稳定地运行。笔者既要根据设备说明书和厂商建议做好冷冻机的日常维护保养，也要考虑设备内部的结构和相关介质，对冷冻机进行深入和重点的维护保养，尤其是运转已超过60000 h的冷冻机，如重点管控润滑油、制冷剂、冷却水和管理冷凝器、压缩机等。

1 水冷离心式冷冻机

1.1 水冷离心式冷冻机用途

该公司的水冷离心式冷冻机有低温、中温和热回收3种机型，为其他厂务系统供给中、低温冷冻水和热水的冷、热负荷。

低温冷冻机的冷冻水供/回水温度为7℃/14℃，供给新风空调器除湿盘管和办公区空调所需冷负荷；中温冷冻机的冷冻水供/回水温度为12℃/19℃，供给新风空调器预冷盘管、洁净室干盘管、工艺冷却水热交换器、压缩空气预冷却器、工艺真空泵、超纯水抛光系统热交换器等所需冷负荷；热回收冷冻机的冷冻水供/回水温度为12℃/19℃和28℃/35℃，其中12℃/19℃冷冻水供给终端同上，28℃/35℃热水供给新风空调器预热及再热盘管所需热负荷。

1.2 结构及工作原理

该公司冷冻机都采用三级压缩和水冷方式，主要包括4个部件、4个制冷循环过程、4种状态、4种介质和4个系统。4个部件是指压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器，图1是部件结构示意图，图中还包括热回收机和热回收冷凝器。

图1 部件结构示意图

4个制冷循环过程是指压缩、冷凝、节流和蒸发，4种状态是指制冷剂在制冷循环过程中变化的4种状态。图2是制冷循环过程图，即从蒸发器流出的低温低压气态制冷剂经过压缩机做功，三级压缩成高温高压气态，在冷凝器中与冷却水发生热交换而冷凝成中温高压液态，经过节流装置节流降压成低温低压气液混合态，在蒸发器内与冷冻水发生热交换而汽化蒸发成低温低压气态，使冷冻水降温冷却，制成所需的冷冻水。4个过程周而复始，不断循环，制成所需温度的冷冻水。

图2 制冷循环过程图

低温、中温机有制冷剂、冷却水、冷冻水和润滑油等4种介质，4个系统包括制冷剂、冷却水、冷冻水和润滑油系统，热回收机还有热水介质，各种介质在各自系统内流动，并各自发挥作用。

2 维护保养的探讨

冷冻机长期稳定运行离不开日常维护保养，如跑冒滴漏检查及处理、电控箱元器件检查、温度和压力传感器清洗及更换、制冷剂更换、润滑油及油滤更换等。冷冻水和热水都在封闭的系统内流动，受外界影响小，其水质稳定。而润滑油与转动部件接触，制冷剂影响制冷效果，冷却水在半封闭的系统内流动，对冷凝器影响很大，因此须重点管控润滑油、制冷剂、冷却水和管理冷凝器、压缩机等。

2.1 管控润滑油

润滑油在润滑系统中流动，给压缩机、齿轮轴、主驱动电机轴的轴承和齿轮的啮合面供油润滑和冷却，保证压缩机和主电机等良好运转。润滑系统由油箱、油泵、油冷却器、油过滤器、调节阀和油管等组成。

冷冻机润滑油有特殊的要求，如凝点必须低于冷冻机的冷冻温度，保证低温时有良好的流动性；闪点必须高于排气温度30℃，且挥发性低；不能有水分，以免结冰；与制冷剂相容，并具有良好的氧化安定性和防腐性。

管控润滑油不仅要管控润滑油的使用，按照操作使用说明书选用润滑油品牌、牌号、油量和运行巡视，更要重视油品检测和实时更换。该公司冷冻机润滑油的基础油是矿物油，后期考虑选用基础油是合成油的润滑油，合成油的黏温特性好，性能比矿物油稳定，使用寿命长，缺点就是价格贵。

润滑油提前或滞后更换，会造成“欠润滑”和“过润滑”现象，导致浪费和设备故障。该公司采取“按期更换”，更换周期是8000h，存在浪费。冷冻机运转中，油品质随其理化指标变化而变化，润滑油的主要理化指标有黏度、闪点、水分、酸值和机械杂质等。为实现“按质换油”，就应该对运转8000h后润滑油进行多频次检测，摸索出合理的更换周期。后期可以在更换周期前300h进行多次检测、分析，并实时更换。

通过润滑油检测，可以判定润滑油的性能变化和零部件磨损情况，能够实现“按质换油”，也能预判隐患，提前进行预防性维护和维修，表1是润滑油检测标准表。换油前，委托第三方检测机构对油样进行理化性能检测、光谱分析和铁谱分析，但是检测时间长，不能实时反映油品质。可以现场使用便携式油质分析仪检测油样，通过测量油样介电常数的变化来确定润滑油理化性能指标变化程度，就能快速判断是否可以继续使用或实时换油。

表1 润滑油检测标准表

2.2 管控制冷剂

该公司冷冻机采用高效率的环保低压制冷剂是HCFC123（R123），是一种含氢氟利昂，在大气中的寿命短，只有1a~4a，对臭氧层破坏作用小，热力性能良好，大气压力下沸点是27.61℃，凝固温度为-101℃，临界温度183.79℃，临界压力3.676MPa。运行状态下，R123在蒸发器侧的压力小于大气压，而在冷凝器侧的压力接近大气压，减少了制冷剂泄漏的可能性。制冷剂在压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器和主驱动电机等部件构成的系统内流动，发挥制冷和冷却作用，将4个部件间接联系起来，也间接地将4个系统连为一体，其品质既对其流经接触的部件产生影响，也影响冷冻机的制冷效果，4个系统内部渗漏或泄漏，都会造成压缩机故障，甚至报废，因此制冷剂的检测和更换对保证其品质至关重要。

该公司制冷剂采取“按期更换”，更换周期是8000h，也存在很大浪费。冷冻机运转中，制冷剂品质随其酸值、水分和纯度等指标变化而变化，为最大化发挥制冷剂的效能，实现按质更换，探索出合理的更换周期，笔者可以参照上述润滑油的做法。

制冷剂检测就是通过物理、化学分析手段全面分析制冷剂样品，根据样品的酸值、水分和纯度等数据来确定制冷剂的品质。通过制冷剂检测，可以判断制冷剂是否需要更换、主机的运行情况、运动部件磨损状况和系统是否泄漏等，为冷冻机维护保养提供了依据，表2是制冷剂检测标准表。

表2 制冷剂检测标准表

2.3 管控冷却水

冷却水在半封闭系统内循环流动，在冷冻机冷凝器、空压机冷却器、水泵、冷却塔，以及管道系统内循环流动，对制冷剂和压缩空气进行降温冷却，在冷却塔内对已升温的冷却水降温。

管控冷却水就是冷却水品质管控和及时处理品质差的冷却水，如定期化验、加药处理和排污置换等，表3是冷却水控制指标标准表。使用便携式检测仪每日检测冷却水的酸碱度和电导率，如果检测值异常，联系冷却水处理公司来现场确认，并调整加药方案和处理；定期化验就是由冷却水处理公司每月抽样化验冷却水，如果主要指标异常，也应调整加药方案和现场加药处理，如pH值较低，则有腐蚀偏向；而碱度和钙硬浓缩较高，则有结垢倾向；浊度超标时，水质非常差，应该清洗冷却塔，排污置换，补充新自来水等。

表3 冷却水控制指标标准表

水质变差，冷却塔就会滋生青苔和菌，而循环系统中会有结垢和腐蚀现象。冷凝器的铜管管径小、管壁薄和数量多，同时，铜管内冷却水与铜管外的制冷剂进行热交换过程中，水流速度较缓，换热温度较高，因此在铜管内更容易发生结垢或腐蚀现象。铜管结垢后，管径变细，影响制冷效果，降低了制冷量；而铜管因腐蚀而变薄、穿孔渗漏，使冷却水渗入制冷剂，导致不能制冷，甚至压缩机报废。

由于冷却水不是在完全封闭的系统内流动，尤其是冷却塔的布水器完全暴露于大气中，更利于青苔滋生。为避免或延缓布水器中滋生青苔，保证冷却水品质，笔者在布水器上安装了盖子，减少冷却水与大气接触，起到了不错的效果。

为避免冷却水循环系统发生结垢和腐蚀现象，就应管控冷却水品质，定期进行水质化验，并根据化验情况，及时调整防腐蚀或防结垢加药方案及处理，或进行排污置换等。

2.4 管理冷凝器

冷却水品质变化对冷凝器铜管都产生很大影响，如管内壁结垢，管径缩小或者管壁因腐蚀变薄，甚至管壁穿孔泄漏等。铜管泄漏导致冷却水渗入制冷剂，损坏制冷部件，尤其是压缩机，甚至造成冷冻机报废。为防止造成或扩大铜管的损伤，避免造成更大的损失或后果，需要重视管理冷凝器，尤其对运行超过60000h的冷冻机，需要定期对铜管进行除垢和探伤。铜管除垢方法如下。1）物理除垢：拆卸冷凝器两端盖，用软刷清除每根铜管内壁附着的垢，并用高压水枪冲洗；2）反冲洗除垢：采用临时水泵、水箱和管路等向结垢不严重铜管内泵入自来水，自来水流向与冷却水流向相反，反冲洗2 h~4 h；3）药洗和反冲洗除垢：采用方法2中的装置对结垢非常严重的铜管进行药洗1h~2h后，再反冲洗4h~6h。

铜管探伤通常采用涡流无损探伤，就是通过一种双模式分析仪内部的高频发生器，在探头的线圈中产生脉冲磁场。当所被测铜管进入该磁场时便会有涡电流产生，并随之形成一个二级磁场。当铜管的管壁发生变化时，涡电流便会随之发生变化，相应的二级磁场也会发生变化，它们的改变将导致探头线圈阻抗的变化。双模式分析仪对探头线圈阻抗变化进行监测，将模拟信号转化成相应的数字图形反映在LED显示屏上，从而为监测人员提供被测铜管的相关信息。

通过铜管探伤，能够发现冷凝器中存在一些瑕疵铜管，并采取针对性措施。表4是铜管探伤情况与处理措施表。

表4 铜管探伤情况与处理措施表

铜管探伤也能够反映出冷却水品质的好坏，例如瑕疵较大的管或泄露管多，能够反映水质有腐蚀性倾向，而探头无法通过的管多，也能够说明水质有结垢倾向。可以结合冷却水检测情况，及时调整冷却水加药及处理方案，保证冷却水水质指标在控制标准范围内。

针对铜管除垢和探伤，笔者的想法如下：方法（2）1年1次；方式（1）和铜管探伤同时进行，3年1次；方式（3）5年1次。（需要参考制冷剂和冷却水的检测情况）

2.5 管理压缩机

压缩机不仅是制冷系统的关键部件，也是整个冷冻机组的核心。蒸发器中的冷冻水是自来水，又在相对封闭的系统中循环流动，因此其品质比较稳定，对蒸发器铜管影响很小。前述的润滑油、制冷剂、冷却水品质管控和冷凝器管理水平关乎着压缩机能否安全、稳定运转。要管理好压缩机，一方面是关注其运行，压缩机运行的一些工艺参数是在线监控的，如润滑油、制冷剂压力和温度，轴承温度等，工艺参数异常时，应分析原因和处理。另一方面是关注压缩机主驱动电机的状况，尤其是其振动状况的测量和管控，对其轴向、径向和水平方向的振动速度情况进行测量，分析异常原因，并进行针对性处理，避免损伤压缩机，表5是机器振动值标准表。

表5 机器振动值标准表

3 结语

水冷离心式冷冻机安全、稳定运行既离不开对其运行的工艺参数进行在线监控，也离不开对其进行日常维护保养，而润滑油、制冷剂、冷却水管控和冷凝器、压缩机管理的好差关乎着冷冻机维护保养是否科学、合理、深入和高效。冷冻机的四（五）大部件或四（五）大系统通过制冷剂联系成相互关联的一个整体，重点关注机组内部流动的几大介质和相对薄弱的部件，如冷凝器铜管、蒸发器铜管或压缩机等，实施科学、合理的“腔内检测”，也避免了经验的“望、闻、问、切”造成误判。根据介质检测和铜管探伤情况，笔者就能提前预判机组是否存在隐患和异常，哪个部件存在缺陷，也很容易帮助我们找到根本原因，就能够采取针对性处理措施，真正做到预防性维护和维修，避免发生设备故障。