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中央空调使用中热泵故障诊断及修理措施

文章来源:http://www.iwuchen.com/  2018年03月31日  点击数:428

摘要  通过对二类溴化锂吸收式热泵系统流程、工作原理的阐述,分析了机组故障的原因,并提出了整改措施,论证了机组可以充分回收低位热能,提高工厂经济效益,达到节能降耗的目的。??

关键词  吸收式热泵; 余热回收; 溴化锂; 故障诊断

0  引言

   某装置原来用035 MPa低压蒸汽由购置的1.0MPa高压蒸汽减温减压制得,蒸汽购置成本高受外供影响大。经调研该装置内脱烷烃塔塔顶回流物料需要进行冷却.物料流量约500t/h、温度约127℃,为实现物料的冷却,又可回收低温余热,工厂联合北京华清微拓公司,对热泵技术在工厂应用的可行性进行了论证,并研制了二类升温型溴化锂热泵,以制取0.35MPa蒸汽,减少工厂外购蒸汽量,同时实现物料的冷却满足脱烷烃塔的要求。

  2012年2月热泵在工厂投运,机组运行平稳,蒸汽产量存8t/h以上,烷烃出口温度存86℃附近,达到了设计指标,但2013年3月、5月机组相继发生故障,蒸汽产量大幅下降,烷烃出口温度大幅降低,现场检查发现冷凝器冷剂满液位(蒸发

器液位平稳),造成机组被迫停机。本文就此故障展开原因分析并提出整改措施。

1 热泵原理及故障原因分析

1.1 热泵原理

第二类溴化锂吸收式热泵是一种升温型热泵,以低温热源为驱动力而用于提高其他物料温位的设备,其性能系数COP总是<l,一般为0.47~0.5[1-2],二类吸收式热泵包括发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、热交换器、溶液泵、溶剂泵、热水泵等主要部件[3]。蒸发器和发生器以低品位(循环烷烃)废热为驱动热源,低品位余热首先进入蒸发器,在蒸发器内加热冷剂释放出热量,冷剂蒸汽进入吸收器,被来自发生器底的浓溶液吸收而放出热量,从而加热吸收器内热水铜管,热水被加热升温后,至闪蒸罐闪蒸,闪蒸产生的蒸汽送至蒸汽管网。原理图如图l:

                        

1.2原因分析

1.2.1故障现象

2013年3月12日,热泵蒸汽产量大幅降低,将热泵停机,对冷凝器和吸收器分别进行试漏检查,检查发现冷凝器有两根管束穿通,由于管层冷却水压力高于机组,冷却水漏入机组,使机组内“冷剂”过多,冷凝器满液位,在积水盘中发生溢流,致使浓溶液浓度偏低,送至吸收器后,影响冷剂吸收率,放热量降低,导致蒸汽产量下降。停机后,将两根穿通管束两端使用堵头堵塞,机组恢复正常。

2013年5月1日,再次发现蒸汽产量降低,停机检查发现,有4个管束穿通,且位置与3月份漏点位置接近。对冷凝器铜管进行抽管,照片如图2:

1.2.2腐蚀分析

(1)对铜管进行检查及对比分析

从图2看出,抽出铜管有一段长约15 cm的点蚀腐蚀带,从断口处查看,断裂处减薄十分严重,而且4根腐蚀带相对位置在同一位置。现场比对,腐蚀带位置在冷凝器视镜处,从冷凝器视镜位置可见,机组外有一根管线正对腐蚀处,如图3所示。

                       

经过图纸审查发现,该排放线为吸收器至冷凝器未凝性气体排放线,排放线管口为直喷型,里面未设置防止冲刷的挡板等措施。  检查抽出管表面如图2,发现4根泄漏管束正对喷射点处,都有腐蚀坑,背向侧则无腐蚀,且管束离喷口越近,腐蚀越严重。进而表明,管束腐蚀与未凝性气体排放线喷口有关。

(2)原理分析

正常操作时,吸收器压力在1OO kPa (A)附近,液相温度为150'C,冷凝器压力在6 kPa (A)附近,温度为35℃,该管线为Φ22 mm×3mm,吸收器至冷凝器高度差以lm计,根据伯努利方程计算, g=9.81;在吸收器内未凝型气体(主要为蒸汽)为静止状态,速度ul =0;100℃时比重ρ=0.6 kg/m3;管线阻力∑fe不计,因此, 则管线内流速为559.8 m/s。

因该管线位于溴化锂浓溶液喷淋头下方,如图3所示。正常操作时,会喷淋至未凝性气体管口处,致使吸收器内溶剂蒸汽,夹带少量溴化锂,压力为100 kPa,以559.8 m/s高速喷射至温度为35℃,压力为6kPa (A)的冷凝器铜管上,未凝性气体内夹带的溴化锂溶液,一方面由于温度急剧下降,溴化锂溶解度降低,另一方面由于压力大幅降低,从而使溶液中的溶剂大量汽化,溴化锂结晶析出,晶体以较高速度冲撞冷凝器管束,形成类似“喷砂”现象的冲刷腐蚀。

2整改措施

2.1断开吸收器至冷凝器的管线

经分析,①由于吸收器作用是溴化锂浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽,接触过程产生大量热,微量未凝性气体对此放热过程影响有限。②该过程中,微量未凝性气体可通过稀溶液溶解带走,不会在吸收器内集聚。③为了施工方便,不影响装置生产,同时验证以上两点准确性,采取了在机组外断开该管线的方式。

2.2对穿通管束及其附近可能腐蚀的25根管束进行堵塞

由于冷凝器管口间距很小,若更换管束后,管口处需涨管密封,其过程易对其他管口造成损伤。经计算,冷凝器内有708根管束,堵塞管束占比为25/708=0.35%,经过核算,不会对冷凝器冷凝效果产生较大影响,因此,将穿通管束及其附近可能腐蚀的25根管束进行堵塞。

3整改效果

3.1整改后,机组运行平稳,至2016年再未出现类似故障。

为了验证取消该管线对吸收器的影响,检查蒸发器压力情况(因吸收器无压力表,吸收器与蒸发器连通,蒸发器压力可间接表示吸收器内压力变化及未凝性气体含量情况),数据如表1:

从上述数据看出,蒸发器压力整改后均值与整改前一致,且最大值与最小值差值更小,较整改前更平稳,表明取消吸收器至冷凝器的未凝性气体管线对吸收器无明显影响。

3.2为查看机组整体运行情况,统计机组蒸汽产量及热源烷烃出口温度,并与设计值进行对比,数据如表2:

根据运行数据,与本装置技术参数中所规定的额定工况进行对比,在驱动热源烷烃温度、流量低于设计值的情况下,蒸汽产量、循环烷烃出口温度达到了技术协议中所规定的设计要求,且蒸汽温度升高,蒸汽品质上升,满足了蒸汽用户的使用要求。

蒸汽约200元/l,软化水5元/t,电耗约18.1元/h,除去上述损耗,每年收益约1061.42万元,达到了节能降耗的目的。

4结论

(1)热泵蒸汽量低的原因为冷凝器管束内漏,冷却水漏入机组,“冷剂”过多,使溴化锂溶液浓度过低造成。

(2)冷凝器铜管腐蚀,主要原因是吸收器至冷凝器的未凝性气体管线含溴化锂,溴化锂急剧冷却结晶后,对冷凝器管束表面形成“喷砂”,腐蚀管束。

(3)经过长期平稳运行验证,设计中该吸收器至冷凝器的未凝性气体管线可以取消,为后期热泵设计提供参考。

(4)热泵整改后,蒸汽产量、热物料出口温度稳定,满足了蒸汽用户、循环烷烃工艺操作的要求。并充分的回收了低位热能,减少了外购蒸汽量,提高了经济效益,达到了节能降耗的目的。

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