1、 不凝性氣體對溴化鋰吸收式制冷機組的影響 關(guān)鍵詞：溴化鋰 制冷機 冷凝器 不凝性氣體 冷凝器 制冷性能 暖通招聘網(wǎng) 制冷人 暖通工程師 制冷招聘 空調(diào)制冷 由于溴化鋰吸收式制冷機（以下簡稱溴冷機）在高真空下運轉(zhuǎn)，且溴化鋰溶液對金屬材料有一定腐蝕，溴冷機內(nèi)部容易產(chǎn)生不凝性氣體。而不凝性氣體的存在，將顯著降低溴冷機的制冷性能，縮短其使用壽命。因此，必須對溴冷機中的不凝性氣體進行積極的預(yù)防。一不凝性氣體的來源在溴冷機中，不凝性氣體是指既不能冷凝又不能被溴化鋰溶液吸收的氣體，如從外部進入機組的空氣及內(nèi)部因腐蝕而產(chǎn)生的氫氣等。它主要來源于如下三個方面：a）外部滲入的空氣。溴冷機以水作制冷劑，必須在高真空

2、度下工作，這為空氣滲透到機組內(nèi)部創(chuàng)造了條件。溴冷機的吸收器、蒸發(fā)器中的絕對壓力僅僅幾hPa，低壓發(fā)生器、冷凝器的絕對壓力也不過幾kPa。盡管目前溴冷機的制造水平能保證其較好的氣密性，但由于長期在高真空度下工作，隨著運轉(zhuǎn)時間的不斷增加，也難以保證機組的絕對氣密性。這種因機組本身泄漏或操作不慎而進入機組的空氣，是溴冷機中不凝性氣體的主要來源。b）因腐蝕產(chǎn)生的氫氣。溴化鋰溶液在腐蝕機組金屬材料的同時產(chǎn)生一種不凝性氣體氫氣。氫氣是溴冷機中不凝性氣體的另一重要來源。c）充注溴化鋰溶液時帶入的空氣。采用溶液桶向溴冷機中充灌溴化鋰溶液時，由于溴化鋰溶液與空氣接觸，少量空氣會溶解在溴化鋰溶液中從而進入機組。當

3、溴化鋰溶液在機組內(nèi)被加熱時，溶解其中的空氣釋出而成為不凝性氣體。此外，表面活性劑辛醇在高溫下分解也有可能產(chǎn)生不凝性氣體。二不凝性氣體對溴冷機的影響2 1對機組的腐蝕溴化鋰溶液對溴冷機的常用材料（如碳鋼、紫銅等）的腐蝕與通常在堿性電解液中的腐蝕類似，主要以電化學反應(yīng)的方式進行。而氧的存在是這些反應(yīng)得以進行的決定因素。銅、鐵等金屬材料被腐蝕后最終形成相應(yīng)的氧化物，同時產(chǎn)生不凝性氣體（氫氣）。這些金屬氧化物在溴化鋰溶液的沖刷作用下，從筒體的內(nèi)壁或傳熱管的外壁上脫離，并隨溶液循環(huán)。這一方面使筒體和傳熱管的壁厚減薄，特別是局部腐蝕嚴重從而導(dǎo)致機組提前報廢，大大縮短了機組的使用壽命。有數(shù)據(jù)表明，在氧氣存在

4、的條件下，溴化鋰溶液在數(shù)月內(nèi)可腐蝕碳鋼12 mm。另一方面，極易造成噴嘴和屏蔽泵過濾器堵塞，妨礙機組正常運行。2 2對冷凝器冷凝過程的影響在溴冷機中，由于冷凝器的壓力低于發(fā)生器，發(fā)生器中產(chǎn)生的不凝性氣體會隨著冷劑蒸汽的流動而進入冷凝器。冷凝器中的不凝性氣體，由于U型管節(jié)流裝置的液封作用，而不可能進入到壓力更低的蒸發(fā)器吸收器筒體中。因此，在溴冷機組的相對高壓區(qū)內(nèi)，包括高壓發(fā)生器、低壓發(fā)生器和冷凝器，若產(chǎn)生不凝性氣體，則往往集聚于冷凝器中。冷凝器中的不凝性氣體對冷劑蒸汽的凝結(jié)換熱過程影響顯著。如圖1所示，在冷凝器傳熱管的橫截面上，蒸汽在管外凝結(jié)，冷凝膜附著在管壁上，其外側(cè)聚集著不凝性氣體層。冷劑蒸

5、汽須透過不凝性氣體層才能在管壁上冷凝。不凝性氣體層的存在，大大增加了冷凝換熱的熱阻。而且，隨著不凝性氣體質(zhì)量分數(shù)的增大，形成的擴散層不斷變厚，制冷劑蒸汽透過擴散層的阻力就逐漸增大，那么，透過擴散層的飽和冷劑蒸汽到達氣液分界面上的蒸汽分壓力就越來越低，相應(yīng)的飽和蒸汽溫度就越低。這就意味著隨不凝性氣體的增多，傳熱管管壁冷凝膜的傳熱系數(shù)減小，冷劑蒸汽的凝結(jié)換熱量減少。有數(shù)據(jù)表明，即使含有1 %的不凝性氣體，冷凝換熱系數(shù)也會下降約60%。2 3對吸收器吸收過程的影響通常溴冷機的吸收器與蒸發(fā)器置于同一筒體中。由于吸收壓力略低于蒸發(fā)壓力，因此若該筒體中存在不凝性氣體，則往往集聚于吸收器中。而吸收器中的不凝

6、性氣體將嚴重影響吸收過程的傳質(zhì)與傳熱。圖2給出了吸收器吸收過程的示意圖。圖中pa表示氣相中冷劑蒸汽分壓， pap表示相界面處的蒸汽分壓， pa表示液相中平衡蒸汽分壓。吸收器的傳質(zhì)方程見式（1）。Ga KGAt（ pa pa）（1）由式（1）可知，在穩(wěn)定工況下，相接觸面積A、接觸時間t為定值，吸收器中被吸收的冷劑蒸汽量Ga取決于吸收系數(shù)KG和傳質(zhì)推動力即冷劑蒸汽的分壓差（ pa pa）。根據(jù)路易斯和惠特曼提出的雙膜理論，氣、液相界面兩側(cè)的氣膜和液膜造成的阻力是傳質(zhì)過程全部阻力所在。而在溴化鋰溶液吸收冷劑蒸汽的過程中，其擴散阻力以氣膜阻力為主。當氣膜厚度隨不凝性氣體的增多而增厚時傳質(zhì)總阻力增加，吸

7、收系數(shù)KG減小。根據(jù)道爾頓分壓定律，當有不凝性氣體存在時，吸收器中的總壓為冷劑蒸汽的分壓和不凝性氣體分壓之和。在總壓不變的條件下，不凝性氣體越多，則氣相中冷劑蒸汽的分壓pa就越小。盡管這時液相中平衡蒸汽分壓pa由于液膜溫度降低、濃度增加也相應(yīng)減小，但減小的程度要比pa小得多。因此，由于不凝性氣體的存在，吸收過程的傳質(zhì)推動力（ pa pa）亦減小。由此可知，吸收器中若存在不凝性氣體，將使傳質(zhì)過程惡化，吸收的冷劑蒸汽量Ga減小。對傳熱的影響主要表現(xiàn)在可能會將部分傳熱管與吸收液隔絕而形成熱阻，阻礙溶液的熱傳導(dǎo)，使局部溶液的溫度升高。溶液溫度升高，又反過來影響其吸收能力，使吸收效率下降。2 4對機組制

8、冷性能的影響通常采用制冷量、制冷系數(shù)和熱力完善度等主要經(jīng)濟指標來表征機組的制冷性能。以單效溴冷機為例，機組的制冷量Q0可用式（2）表示：Q0q0 ma（r a）/r（2）式中q0為單位制冷量，kJ / kg； ma為稀溶液流量，kg/ h；r為濃溶液質(zhì)量分數(shù)， %；a為稀溶液質(zhì)量分數(shù)， %。在外界條件及溶液調(diào)節(jié)閥位置不變時， q0和Ga基本不變。若機組內(nèi)存在不凝性氣體，則由于不凝性氣體對冷凝器的冷凝過程和吸收器的吸收過程造成很大的影響，使得進入發(fā)生器的稀溶液質(zhì)量分數(shù)以及發(fā)生器的壓力升高，而發(fā)生器的熱源條件不變，因此發(fā)生器的放氣范圍（r a）降低，且發(fā)生終了濃溶液的質(zhì)量分數(shù)r升高。因此機組制冷量

9、下降。從圖3可知，不凝性氣體對機組制冷量的影響十分顯著；隨著機組內(nèi)不凝性氣體質(zhì)量分數(shù)的增加，機組制冷量線性下降；當不凝性氣體質(zhì)量分數(shù)達10 %時，制冷量幾乎下降了一半。受不凝性氣體的影響，機組的制冷量顯著下降，然而機組的耗熱量卻減少不多，因此機組的制冷系數(shù)亦大幅度減小。同理，機組的熱力完善度也將大幅度降低。2 5結(jié)晶故障在溴冷機運行過程中，法蘭連接處、銅管與端面的連接處、視液鏡、真空閥、液位調(diào)節(jié)閥等部位有可能因老化、松動、破裂、腐蝕等原因而出現(xiàn)密封不良，造成機組的局部泄漏，導(dǎo)致蒸發(fā)器吸收器內(nèi)壓力的迅速升高。在蒸發(fā)器中，壓力過高將影響冷劑水的蒸發(fā)，使冷劑蒸汽量減少，蒸發(fā)器水盤中聚集的冷劑水量增多

10、；在吸收器中，由于不凝性氣體的影響，冷劑蒸汽不能被充分吸收，使吸收溶液在沒有得到充分稀釋的情況下又被送往發(fā)生器進入發(fā)生過程。這樣，從發(fā)生器出來的濃溶液濃度增加，而從吸收器送往發(fā)生器的稀溶液溫度降低。那么，在溶液換熱器內(nèi)，甚至從發(fā)生器到吸收器的整個濃溶液管段，由于溶液溫度降至析晶點而析出晶體，引發(fā)結(jié)晶故障。三不凝性氣體的預(yù)防管理3 1氣密性管理若機組存在較大的泄漏，則無論抽氣系統(tǒng)如何完善，也難以保證機組的性能。機組的氣密性管理包括：a）調(diào)試前的氣密性試驗。盡管溴冷機在出廠前已進行過氣密性檢查，但由于起吊、運輸及安裝等方面的原因，可能引起某些部位的泄漏。為確保機組初次投入運行前具有良好的氣密性，調(diào)

11、試前應(yīng)對機組再次進行氣密性試驗。b）運行中定期檢查氣密性。機組運行中，要定期地對機組的氣密性進行檢查。常用的方法有：求取吸收器上升1所需時間、平均排氣量、抽氣裝置在一周中工作的次數(shù)等。前兩種方法一般每月或每季度檢查一次，若測試值超過規(guī)定值，則表明機組的氣密性不良，應(yīng)進行檢漏。后一種方法只要對機組的運行日記進行分析即可判斷，但必須加強運行管理，在保證抽氣裝置性能良好的前提下，準確記錄每次抽氣的時間，以利于分析。c）長期停機的氣密性管理。溴冷機較長時間停機時，也應(yīng)進行氣密性管理。若機內(nèi)采用負壓保護，應(yīng)按時檢查自動抽氣裝置集氣筒上設(shè)置的真空檢測儀表所檢測的真空度；若采用充注氮氣正壓保護，應(yīng)定期檢查機

12、組內(nèi)的壓力變化。一般每周檢查一次，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，應(yīng)及時處理。3 2真空度管理保持溴冷機組的真空度，是機組經(jīng)濟、高效運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。自動化程度很高的溴冷機一般能對真空度進行自動檢測和控制，如通過薄膜式真空壓力計、數(shù)字式真空計等隨時監(jiān)測機組的真空度，一旦真空度低于規(guī)定數(shù)值，立即啟動真空泵和電磁閥，將不凝性氣體排出機外。這種機組的真空度管理，操作管理人員只需定期地對抽氣泵進行保養(yǎng)，保證抽氣系統(tǒng)性能良好。而對采取手動抽氣的溴冷機，在機組正常運行時，不管有無空氣滲入，每周都應(yīng)運轉(zhuǎn)真空泵12次，抽除不凝性氣體。在機組較長時間停機后再次啟動時，或?qū)C組內(nèi)部進行了檢修維護后，如溶液再生、添加表面活性劑等，均應(yīng)啟動真空泵抽除不凝性氣體。另外，操作管理人員還應(yīng)通過分析機組的運行參數(shù)，如制冷量、燃料消耗、冷卻水溫差等數(shù)據(jù)，判斷機組的真空狀態(tài)，決定是否需要抽除