蒸汽双效溴化锂制冷机应用

蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机组是以蒸汽为驱动热源、溴化锂溶液为吸收剂、水为制冷剂制取低温水的设备。20世纪90年代以来，焦化行业对焦炉煤气净化工艺进行了大规模改造，新的煤气净化工艺需要低温冷却水保证煤气净化生产，溴化锂吸收式制冷机开始广泛运用于焦化行业。 某公司6台双效型溴化锂吸收式制冷机在煤气净化装置半负荷生产条件下，制冷机运行工况非常稳定。煤气净化装置全负荷生产后，制冷机冷量出现逐年衰减的趋势，在1999年制冷效果恶化，机组的冷量只有额定冷量的50%～60%，故障停机次数也日趋频繁，直接影响了煤气净化装置的生产。从1999年底开始，对机组进行开孔清洗和检修，同时对回收车间的循环水系统进行了改造和优化。经过三年多的努力，机组的运行基本正常，冷量恢复至额定冷量的85%～90%。煤气净化系统的各项指标也大幅上升，取得了良好效果。 一、存在问题 ⑴机组运转时内部各点压力、温度偏高。机组的内部各点压力、温度与设计值相比均偏高。以吸收器为例，其稀溶液(运行浓度为53%～55%)设计温度为39～41℃，对应的压力为1403～1117Pa。而在运行过程中，其实际温度为49℃，对应的压力为2460～1988Pa，几乎升高了一倍。 ⑵溴化锂溶液性状恶化。溶液颜色为咖啡色，pH值大于10.5，溶液中铬酸锂消耗很快，取样静置后大量腐蚀物沉淀，导致屏蔽电泵损坏频繁。 ⑶不凝性气体排出困难。机组自动抽气装置的窥镜处能观察到大量气泡，且始终排不净。真空泵必须频繁启动抽气，真空泵油易乳化，用量大。机组腐蚀严重，机内溶液和冷剂水分布装置堵塞严重。 ⑷机组腐蚀严重。机组热交换器的换热管腐蚀穿孔，造成稀、浓溶液窜漏。高、低压发生器铜管破裂，造成机组停机和冷剂水污染。吸收器浓溶液分布板的小孔堵塞率达50%～80%，严重影响了吸收效果。冷剂水二次喷啉喷头堵塞率达80%以上，蒸发效果极差，冷剂水与冷媒水温差达5℃以上。 以上问题，使得机组的冷量大幅衰减，冷媒水出机组温度达22～26℃，与要求的16～18℃相去甚远，煤气净化装置无法正常运行。 二、问题分析与改进措施 机组的冷量大幅衰减的原因是机组的运行状态严重偏离了设计运行状态(变工况运行)，其主要原因如下。 1、机组的原因 过去，溴化锂吸收式制冷机主要用于集中空调系统，其冷媒水进、出口温度按12℃、7℃设计。而对煤气净化装置而言，要求冷媒水(即煤气净化装置所需的低温循环水)的进、出口温度为23℃、16℃。在溴冷机蒸发器内真空度不变的情况下，冷媒水进口温度越高，冷剂水的蒸发量就越大。也就是说，焦炉煤气净化装置所采用的溴冷机，其蒸发器工作压力高于空调型机组。 随着蒸发压力的提高，在机组吸收器内溴化锂浓溶液吸收冷剂蒸汽的传质推动力升高，吸收器的吸收能力相应提高。随着冷媒水进口温度的升高，机组的冷量会相应提高，冷媒水进机组的温度每升高1℃，机组的冷量可上升3%～5%。但这只适用于特定范围内(冷媒水进口温度上升3～5℃以内)，因为蒸发器的蒸发量加大后，而吸收器、发生器及冷凝器的工作能力是已经确定的，那么吸收器的吸收能力就会不够，蒸发器蒸发出的水汽不能被有效吸收，造成吸收器的工作温度和压力上升；相应的发生器及冷凝器的工作能力不足，造成机组稀溶液的发生效果不好，冷凝温度升高。机组就长期处于变工况运行状态，各个部位的工作温度、压力均偏离设计值。 2、外部条件的影响 ⑴机组超负荷运行。溴冷机所制取的低温水用做煤气净化装置的二段循环冷却水，而一段循环冷却水为敞开式循环冷却水，致使净化装置的一段冷却能力不足、冷却效果不好，大量热负荷下移至二段，使得低温水进机组温度进一步提高，夏季可达25～28℃，工况偏离程度进一步加大，溴冷机处于超负荷状态，难以维持长期运行。 ⑵真空管理。溴冷机是高真空状态下运行的制冷设备，真空度一旦出现问题，首先是制冷量下降，其次引起运行故障，严重时危及机组的使用寿命。真空管理的目的就确保溴冷机始终处于最佳真空状态，其核心是将机内的不凝性气体含量控制在允许范围。不凝性气体的存在，增加了吸收过程的阻力，削弱了传质传热过程，即使少量不凝性气体也会造成冷量的大幅衰减。不凝性气体中氧气的存在，是造成机组内部腐蚀的主要原因，所以要严格控制机内氧的含量。 ⑶循环冷却水的水质管理。循环冷却水存在的问题是旁滤、杀菌灭藻效果不好，使得水中沉积物和污垢过多，影响了冷却效果，造成吸收器、冷凝器温度过高，机组工况偏离程度上升。 ⑷溴化锂溶液的日常管理。在开工初期，对溴化锂溶液的pH值和铬酸锂含量等指标没有严格控制。加上蒸汽减温减压装置的能力不足，进入机组蒸汽的温度一般控制在180～190℃，使得溴化锂溶液中胶泥状络合物及低价铬产物增多，溶液性状劣化。 多方面的原因使机组长期处于变工况运行状态，而且偏离程度越来越大，造成机内腐蚀严重，溴化锂溶液、冷剂水分布装置堵塞，冷量大幅衰减，生产局面越来越被动。 针对以上问题，对机组进行了开孔清洗，清除大部分腐蚀产物，溶液进行更换再生以及更换窜漏的换热器和破裂铜管。同时对减温减压装置进行了改造，将蒸汽温度控制在155～165℃。对车间一段循环冷却水系统、制冷循环水系统进行了改造和水量的平衡、优化，有效减少了热负荷下移，减轻了溴冷机的负担。建立健全溴冷机机组的各项管理制度，并落实到位。目前机组的工况有了较大改观，以吸收器为例，稀溶液工作温度已控制在43℃以下。冷媒水出口温度也降至20℃以下，机内的腐蚀已得到控制，不再继续恶化。 三、经验总结 通过几年机组运行和科季维修保养的实践表明，必须从以下几方面对机组进行全过程管理。 ⑴必须针对冷媒水温的变化进行仔细核算和专门设计。吸收器、冷凝器及高、低压发生器要作一定程度的放大，溶液及冷剂水循环也应做相应的调整。 ⑵由于冷媒水进口温度要求为23℃，蒸发器和吸收器的工作压力上升问题无法回避，因此机组的冷量选择应比所需冷量大，即有一定的裕量，可有效缓解这一矛盾。 ⑶对机组本体的制造水平和检测手段一定要精益求精，使其具有良好的气密性，尽量消除外漏对机组的影响。 ⑷机组的真空管理工作以控制不凝性气体含量为核心。还必须强调两点：一是因机组的绝对压力为水汽分压与不凝性气体分压之和。因此，单纯用测绝对压力的方法来管理机组真空，是无法判别机组内部不凝性气体量的，应分别测出绝对压力和溶液的水汽饱和压力，再以两者之差为参考，来判别机内不凝性气体的含量。二是机组用旋片式真空泵，其极限真空度要定期检查，实测值不得大于1.33Pa。 ⑸溶液的日常管理最重要的是检测和控制溶液的pH值和缓蚀剂的含量。 ⑹完善的冷却水管理应包括控制水温、控制循环量、控制系统水量平衡和水质稳定处理等工作，其核心是水质稳定处理工作，必须确保污垢系数小于0.086m2.℃/kW。 ⑺机组自身及外部的计器仪表应准确无误，只有准确了解各个部位的参数，才能正确掌握和判断机组的运行效果和质量。