溴化锂制冷机组节能改造

吴红忠 ，张晓莲

(1.焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司，河南 焦作 454191； 2.海洋化工研究院有限公司，山东 青岛 266071)

随着国家环保、安全督察力度不断加强，如何在新的形势下适应国家环保、安全要求，大量回收生产过程中可以利用的热能，降低生产成本，做到清洁生产是当前化工企业首要考虑的问题。建设具有清洁、环保、安全、稳定、高效的化工生产模式是氯碱行业发展的必然趋势。

焦作煤业(集团)开元化工有限责任公司(以下简称“开元化工”)成立于2009年10月，隶属于河南能源化工集团。现有20万t/a离子膜法烧碱、2万t/a三氯氢硅、3万t/a环氧氯丙烷、4万t/a环氧树脂生产装置。20万t/a离子膜法烧碱装置于2011年10月投产，目前生产稳定，形成了产、供、销一体的运营模式，是河南能源骨干企业之一。

1 副产蒸汽情况

开元化工氯化氢合成岗位有5台二合一副产蒸汽石墨合成炉，正常生产时，3台合成炉便可满足盐酸生产需要。3台合成炉副产蒸汽约7.5 t/h。原设计将副产蒸汽并入开元化工低压蒸汽管网，为1台溴化锂机组提供动力，或者送至一次盐水和电解岗位用于板式换热器对物料进行预热。由于利用性不高，多为排空处理，造成能源浪费；还消耗大量动力电，增加生产成本。

2 冷媒系统装置情况

开元化工离子膜法烧碱装置现有3套RHSCW-275*2J(T)A螺杆制冷机组，每套机组有4台压缩机，2台压缩机为1组，共6组12台压缩机。单台功率为110 kW,总功率为1 320 kW；单组制冷量为1 700 kW，总制冷量为10 200 kW。还有1套16JH057溴化锂制冷机组，制冷量为1 900 kW，运行时，利用部分合成炉副产蒸汽作为动力，与螺杆机组配合使用。

为了充分利用合成炉副产蒸汽，将焦煤集团合晶科技闲置的C-360AST(制冷量分别为1 220 kW)和XI-330(制冷量3 300 kW)溴化锂机组调到开元化工7 ℃水站进行利用，以降低投资成本，提高设备利用率。

3 螺杆制冷机组与溴化锂制冷机组的对比[1]

3.1 螺杆冷水机组的特点

3.1.1 优点

(1)由于直接水冷式螺杆冷水机组以电能为动力，一般产品能效比大于4，是一种节能产品。

(2)使用年限长，能量衰减可忽略。

3.1.2 缺点

螺杆冷水机组以电能为动力，在电力紧张的地区，单位电价较高，造成整机运行费用相对较高。

3.2 溴化锂冷水机组的特点

3.2.1 优点

(1)溴化锂机组的制冷剂为水，对环境污染较少，且制冷剂价格便宜。

(2)溴化锂制冷机组可利用废蒸汽或直接以燃油(气)为动力，实现制冷循环，对电力的需求量不大，仅需要电能来驱动溶液泵和溶剂泵。故对电力资源较为紧张的地区， 该产品有较大的优势，且运行能源费用较螺杆冷水机组要低。

3.2.2 缺点

(1)由于所用溴化锂溶液在有空气的情况下，对普通碳钢有较强的腐蚀性，设备在使用一段时间后出现较明显的能量衰减，从而降低了整台机组的实际产冷量，影响了使用效果，并且降低了机组的使用寿命。

(2)正常检修时，排放的溴化锂水溶液污染环境；设备造价较高，初期投资费用大。

(3)设备外形体积庞大，须配备专用机房(溴化锂还需配备专用冷媒及备用冷媒)。

(4)溴化锂冷水机组对冷却水的水质要求高，且冷却水用量一般为水冷螺杆式冷水机组的1.5倍左右，对于淡水资源较为缺乏的地区，投资及运行成本较高。

此外，螺杆制冷机组使用动力电，使用范围广。而溴化锂冷水机组以蒸汽为动力，如使用一次蒸汽时费用高，但是使用生产中副产蒸汽或利用回收蒸汽，生产成本就会大幅度降低。因此，如果开元化工在生产中副产蒸汽，则溴化锂制冷机组比螺杆制冷机组更节能。

4 节能改造方案[2]

在开元化工现有冷媒水站增加一座溴化锂机组厂房，将新增溴化锂机组和管道与原有工艺管道连通，形成一整套冷媒系统，然后利用5台二合一石墨合成炉的副产蒸汽作为冷媒系统的动力，实现降低烧碱系统动力电的目的。

改造优化后的冷媒系统，正常情况下使用1台XI-330溴化锂机组即可满足全厂冷冻水的需求，16JH057和C-360AST溴化锂机组作为备用，3台溴化锂机组交替使用；特殊情况下，再使用螺杆制冷机组。这样，可有效降低用电量，回收副产蒸汽和冷凝水。

5 制冷机组的清洗及维护保养

C-360AST和XI-330为闲置设备，因长时间未运行，部分零部件已经老化，制冷溶剂和润滑油已经变质，换热列管内存在水垢。为了保证设备最大化稳定与提升机组的运行性能，对该机组进行了彻底的清理、维护保养。

5.1 设备的清洗

5.1.1 方案

采用循环清洗和静置浸泡相结合的方法进行清洗。安装临时清洗槽，使清洗设备形成一个闭合回路，清洗液不断循环，沉积层等不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用而溶解和脱落。

5.1.2 清洗工艺流程

5.1.3 清洗操作

(1)系统检查确认。清洗前必须打开主机水室端盖，检查结垢状况；同时，检查主机的外部综合状况和性能。

(2)若主机铜管因结垢严重而堵塞，应使用物理法疏通铜管(即高压射流物理清洗)。

(3)机组清洗前，要遮盖主机电控箱，以免液体溅到电控箱上。

(4)清洗系统补满水后，启动清洗泵开始循环，检查清洗系统是否泄漏。

(5)投加缓蚀剂(SL-102)，按照清洗系统保有水量投加。循环15 min以上，确保缓蚀剂已经溶解且循环均匀后，才能加清洗剂(SL-101)。

(6)加清洗剂(SL-101)。加清洗剂应缓慢进行，且清洗剂尽量在清洗水箱中溶解后再打入清洗系统，不要用水泵将大量清洗剂直接吸到清洗管路中。

(7)通过控制加清洗剂速度来控制反应速度，避免系统出现大量气体涨破清洗软管，大量气体出现还容易导致冷凝器内气阻而造成部分铜管不能洗净。

(8)停止循环，排掉少部分清洗剂。打开冷凝器端盖，检查除垢效果。如除垢效果不好，应装好冷凝器端盖，补水、加清洗剂，继续清洗。

(9)确认除垢效果良好的情况下，清洗结束，排掉清洗剂，打开主机水室端盖，用水枪冲洗铜管。冲洗完毕后，初步验收，确认除垢效果。

(10)初步验收后，恢复循环清洗系统，系统补满水，继续循环，投加预膜剂(SL-103)进行中和预膜。预膜剂循环均匀后，检测循环水的pH值，确保pH值在9以上。如pH值不到9，须继续投加预膜剂直至合格。

(11)预膜剂循环均匀后(循环1 h以上)，停止循环，清洗结束，拆掉临时清洗系统。但此时预膜剂不需排放，而应在系统中保留12 h以上。如机组清洗后暂时不运行，则预膜剂不需排放，一直浸泡在机组内即可。

5.1.4 注意事项

(1)清洗冲掉传热管中的灰尘、泥沙、脱落的藻类及腐蚀产物时，注意检查传热管及临时系统是否泄漏，确保清洗质量，避免环境污染。

(2)中央空调机组内部材质一般为碳钢和铜管，如清洗过程缓蚀处理不当，容易造成金属的腐蚀，严重者可导致铜管被洗穿，因此必须严格控制缓蚀液的浓度。

(3)根据换热管结垢程度和垢量，确定清洗剂的浓度和用量，避免出现除垢不彻底和换热管腐蚀现象。

(4)循环清洗结束后，打开机组冷凝器端盖进行检查。对于残存未完全脱落的浮垢，再次通过水力冲洗方式予以清除，避免出现除垢不彻底和换热管腐蚀现象。

(5)为避免清洗后的新鲜金属表面氧化腐蚀，残液清除后立即进行中和钝化处理与预膜工作。

(6)清洗技术操作工艺要求:①清洗温度条件的控制,②清洗浓度条件的控制,③科学的清洗操作程序。

(7)清洗过程的分析控制：①清洗过程的监控项目，②清洗终点的监控项目，③腐蚀监控项目。

5.2 溴化锂溶液的维护保养

5.2.1 方案

溴化锂溶液是溴化锂制冷机组的“血液”，溶液品质直接影响机组运行性能与使用寿命。溶液维护工艺主要包括：沉淀法和过滤法。沉淀指溶液在机内充分循环后将机内腐蚀产物带出机外沉淀，经沉淀取上部清液，除去机内的沉淀物；沉淀需反复多次才能达到清洁溶液的目的。过滤指利用过滤装置对溶液进行过滤，带出溶液内的腐蚀物，从而达到清洁溶液的目的。

5.2.2 维护保养工艺流程

5.2.3 维护保养操作

(1)施工前的准备工作如软管、接头等配备后，清洗所有的连接胶管、过滤器、阀门、再生容器，确保溶液处理系统的清洁度。

(2)溶液处理系统的连接安装：过滤器、再生容器的就位；加液阀→止回阀→过滤器→再生容器→浓溶液取样阀的系统连接，并加装连接夹头。溶液回液管必须灌液处理后安装，防止空气漏入机组产生腐蚀。

(3)机组运行过程中将机内溶液从溶液加液阀分流至加装滤膜后的过滤器进行再生处理，循环处理过程中必须全程跟踪，以防空气进入机组产生腐蚀。空气一旦进入机组，须在制冷运行过程中迅速抽高真空。

(4)为达到机组运行中溶液彻底处理的目的，溶液处理过程中须对机组进行变负荷运行，并定期旁通冷剂水。每天一次部分旁通，时间不低于30 min。

(5)机组内溶液的大量腐蚀物可在处理前压入储液罐，反复用滤膜沉淀数次后再吸入主机内循环再生处理。

(6)溶液处理过程中，根据化验数据确定添加缓蚀剂SL-901及中和剂SL-902的量，并稀释后分批次加入再生容器内，根据现场调整pH值。

(7)溶液处理过程中，根据化验数据确定添加活性剂SL-904的量，并稀释后分批次加入再生容器内。必须在pH值已经正常情况下进行。

(8)机组运行过程中溶液清澈无杂质后可初步视为再生处理合格，拆除溶液处理系统，将系统内的溶液集中处理后加入机内利用。

(9)对溶液过滤器、再生容器、胶管等用清水反复冲洗干净，对机组外表面可能溅到溶液的地方用清水冲洗；施工期间每天在上、下班前清理施工现场；再生工作完成后，彻底对现场进行清理、清扫，保证机房的整洁。

(10)对机组制冷运行中多次抽高真空，确保机组真空度合格，以防机组腐蚀后溶液再次受到污染。

(11)制冷机组运行情况下取样留存，以备复检。

5.2.4 注意事项

(1)溴化锂溶液发生质量变化后，根据机组溶液实际状况，结合机组溶液的化验报告(溴化锂溶液)，及时准确调节溶液成分的含量，确保维护后溶液的高效品质与机组的正常运行质量。

(2)维修需更换的配件及溶液由维修厂家负责提供，必须经严格验收合格后方能使用。

(3)溴化锂污染环境，因此，机组在运行中禁止出现跑、冒、滴、漏；检修时不能将溴化锂溶液直接排入下水道，必须全部回收处理。

5.3 设备出现问题及解决方案

在试运行中，由于该设备长时间闲置，出现问题如下。

(1)控制面板电池电量不足，已更换。

(2)冷却水出水管道流量开关不工作，已更换。

(3)测温电阻有一根不工作，已更换。

(4)冷凝水水箱浮球开关不动作，随即采用人工调节流量阀门控制，同时已报计划，到货后更换。

(5)冷凝水泵机封漏水，检查发现机封损坏，已更换。

6 设备运行情况

该项目于2018年9月10日开始运行，到目前冷媒系统运行效果良好，完全满足20万t/a离子膜法烧碱装置冷媒水的需求，已达到副产蒸汽回收利用替代动力电，降低生产成本的目的。

7 经济效益分析

7.1 资金投入

含调剂设备、土建、材料、安装等费用，合计213万元。

7.2 节约动力用电费

1套螺杆机组包括4台压缩机，1台压缩机额定功率110 kW，每年节约电量为(年运行时间按8 000 h计算)：

110×4×8 000=3 520 000(kW·h)。

电费按0.62元/(kW·h)计算，每年节约电费：3 520 000×0.62=218.24万(元)。

7.3 回收蒸汽冷凝水

溴化锂机组正常运行时副产蒸汽冷凝水量6.5 t/h，每年以8 000 h计，可产生约5.2万t蒸汽冷凝水。现将冷凝水按纯水全部回收回用，纯水按8元/t计算，每年可创效41.6万元。

以上两项每年节约创效合计259.84万元。

经计算可知：该装置运行不到1年即可收回投资。

8 结语

开元化工冷媒系统以1台大溴化锂机组运行，1中1小2台溴化锂机组作为备用，正常情况下，不开启螺杆制冷机组就能满足全厂冷冻水的需求。充分利用合成炉副产蒸汽代替了动力电，不但提高了设备利用率，减少了设备投入，还达到了废热利用，为氯碱行业在冷媒系统节能创效工作中探索出一条可行的实践之路。