淺析關(guān)于氫氣型一體化數(shù)顯溫度計(jì)制冷機(jī)組的運(yùn)行總結(jié)

［摘 要］介紹了以氫氣為熱能制取 7 ℃冷凍水的一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組的工藝流程及運(yùn)行情況，分析了機(jī)組在運(yùn)行過程中存在的問題，并提出了解決及改造措施。

2012 年 9 月 1 日，湖北興瑞硅材料有限公司(以下簡稱“興瑞硅材料”)氯堿二期 18 萬 t/a 氫氧化鈉裝置順利投產(chǎn)。為節(jié)約電能、降低消耗，有效利用多余副產(chǎn)氫氣，興瑞硅材料采用直燃型一體化數(shù)顯溫度計(jì)吸收式冷水機(jī)組，以氫氣作為熱能制取7 ℃冷凍水。1臺 ZXQ －349H2M3 一體化數(shù)顯溫度計(jì)制冷機(jī)組(制冷量 3 490kW)為氯氣液化提供服務(wù);2 臺 ZXQ －204H2M3 一體化數(shù)顯溫度計(jì)制冷機(jī)組(單臺制冷量 2 040 kW)，1 開 1 備為氯氣處理、廢氯處理、氫氣處理、脫氯提供服務(wù)。該裝置采用一體化數(shù)顯溫度計(jì)循環(huán)方式和真空技術(shù)，具有環(huán)保清潔、高度自動化、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。

1 一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組工藝流程

一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組工藝流程如圖 1 所示。吸收器內(nèi)的一體化數(shù)顯溫度計(jì)稀溶液由溶液泵送往高壓發(fā)生器，途中流經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器和高溫?zé)峤粨Q器。進(jìn)入高壓發(fā)生器的稀溶液被氫氣燃燒產(chǎn)生的熱量加熱，發(fā)生出高溫冷劑蒸汽后，濃縮成中間溶液。中間溶液流經(jīng)高溫?zé)峤粨Q器傳熱管間，加熱管內(nèi)流向高壓發(fā)生器的稀溶液后進(jìn)入低壓發(fā)生器。中間溶液在低壓發(fā)生器內(nèi)被來自高壓發(fā)生器的高溫冷劑蒸汽再次加熱，發(fā)生出低溫冷劑蒸汽，濃縮成濃溶液。濃溶液流經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器傳熱管間，加熱管內(nèi)稀溶液，溫度降低后進(jìn)入吸收器。高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高溫冷劑蒸汽在低壓發(fā)生器傳熱管內(nèi)冷凝成冷劑水，經(jīng)節(jié)流后進(jìn)入冷凝器。低壓發(fā)生器產(chǎn)生的低溫冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器內(nèi)，被冷卻水(循環(huán)水)冷凝成冷劑水。上述兩股冷劑水經(jīng) U 形管流入蒸發(fā)器液囊，因蒸發(fā)器中壓力較低，一部分冷劑水閃發(fā)成冷劑蒸汽，而另一部分冷劑水則因熱量被閃發(fā)的那一部分帶走而降溫成飽和冷劑水后流入蒸發(fā)器的水盤中，再經(jīng)冷劑泵(也稱蒸發(fā)泵)送往蒸發(fā)器上部的噴淋系統(tǒng)，均勻噴淋在傳熱管表面，吸收管內(nèi)冷水的熱量而蒸發(fā)。產(chǎn)生的冷劑蒸汽進(jìn)入吸收器，被濃溶液吸收。冷劑蒸汽被吸收后釋放出大量的熱量由冷卻水(循環(huán)水)帶走。濃溶液吸收水蒸氣后成為稀溶液，再由溶液泵送往高壓發(fā)生器。一體化數(shù)顯溫度計(jì)溶液在機(jī)組內(nèi)持續(xù)不斷地循環(huán)上述過程，連續(xù)進(jìn)入的冷凍水隨著冷劑水蒸發(fā)時吸收能量溫度降低至 7 ℃，蒸發(fā)器就連續(xù)不斷地制取冷凍水。

2 運(yùn)行情況

一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組開車運(yùn)行能滿足生產(chǎn)需要，根據(jù)季節(jié)氣溫、下游負(fù)荷變化，對風(fēng)門大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，盡量運(yùn)行穩(wěn)定，減少啟停次數(shù)。為降低氫氣系統(tǒng)壓力波動過大造成的電解槽停車風(fēng)險，機(jī)組未投入大、小火自動切換功能。某天一段時間的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表 1。

3 機(jī)組出現(xiàn)的主要問題及對策

3． 1 高壓發(fā)生器稀溶液管破裂

ZXQ －349H2M3 一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組運(yùn)行半年后，一體化數(shù)顯溫度計(jì)溶液突然從機(jī)組高壓發(fā)生器燃燒室泄漏，機(jī)組保護(hù)停機(jī)。打開設(shè)備檢查，發(fā)現(xiàn)是稀溶液管靠燃燒尾氣煙囪側(cè)管板腐蝕穿孔，造成一體化數(shù)顯溫度計(jì)泄漏。分析發(fā)現(xiàn)，一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組距離鹽酸合成裝置只有 5 m，機(jī)組運(yùn)行時尾氣溫度較高;機(jī)組待機(jī)后，部分氯化氫氣體與煙囟上的冷凝水結(jié)合后，從尾氣煙囪流入燃燒室形成酸性水腐蝕碳鋼設(shè)備，造成泄漏。

采取以下措施后，運(yùn)行近 5 年未出現(xiàn)同類事故:①將破損稀溶液尾氣煙囟側(cè)管板進(jìn)行恢復(fù)，添加一體化數(shù)顯溫度計(jì)溶液;②在尾氣煙囟底部制作 1 個收集箱，收集箱底部安裝 DN50 排液管，有冷凝液及時排出;③尾氣煙囪整體保溫處理;④尾氣煙囪頂部安裝防雨罩。

3． 2 氫氣水封罐防爆膜破裂

開機(jī)前，氫氣管道須進(jìn)行氮?dú)庵脫Q，氮中含氧體積分?jǐn)?shù)≤0． 5%時停氮?dú)膺M(jìn)行氫氣置換，氫氣體積分?jǐn)?shù)≥99． 5% 時具備開車條件。ZXQ － 204H2M3 一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)級第 1 次開車時，打開氮?dú)膺M(jìn)行氫氣管道置換時，水封罐防爆膜破裂。原因是一體化數(shù)顯溫度計(jì)進(jìn)口氫氣壓力為 50 ～ 70 kPa，減壓后 10 ～ 20 kPa 運(yùn)行，置換放空出口為 DN50 管道。當(dāng)使用 0． 6 MPa 氮?dú)庵脫Q時，壓力升高，超過防爆膜設(shè)定值，防爆膜破裂。采取以下措施后，運(yùn)行近 6 年未出現(xiàn)同類事故:①對破裂防爆膜進(jìn)行更換;②在未安裝氮?dú)鉁p壓閥前，根據(jù)壓力表開氮?dú)忾y門，操作人員在旁守候;③安裝氮?dú)鉁p壓閥(如圖 2 所示)，保證氮?dú)獯祾邏毫Σ怀�過20 kPa;④氮?dú)獯祾咔胺趴臻y全開，置換過程中現(xiàn)場人員加強(qiáng)設(shè)備監(jiān)管，注意壓力變化;⑤每年檢查 1 次防爆膜，根據(jù)使用情況進(jìn)行更換。

3． 3 待機(jī)后重啟出現(xiàn)故障

一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組冷凍出水溫度設(shè)定為6 ～8 ℃，當(dāng)溫度降至 6 ℃且保持 60 s 時，關(guān)閉氫氣進(jìn)口閥，停助燃風(fēng)機(jī)，打開氮?dú)忾y對燃燒室進(jìn)行置換，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài);當(dāng)溫度升至 8 ℃且保持 60 s 時，系統(tǒng)自檢后重啟，進(jìn)行抽取冷凍水運(yùn)行狀態(tài)，待機(jī)和運(yùn)行循環(huán)進(jìn)行，保證冷凍水在工藝控制指標(biāo)范圍內(nèi)。重啟運(yùn)行時，燃燒器故障較多，主要原因有:①先導(dǎo)閥電磁線圈故障，當(dāng)系統(tǒng)給出閥門動作信號時，閥門不能動作;②點(diǎn)火電極間距不正確或有雜物污染，電極不能打火;③電眼損壞，點(diǎn)火后不能監(jiān)測到火源;④接近開關(guān)損壞，氫氣主閥不能打開，反饋狀態(tài)不正確;⑤主板損壞，系統(tǒng)不能檢測或數(shù)據(jù)顯示錯誤，機(jī)組報故障不能啟動(故障及可能原因如表 2 所示)。

完成燃燒程序后故障燈亮，感光電眼曝光，不正常燃燒或電眼損壞。改善操作和預(yù)防方法:①加強(qiáng)學(xué)習(xí)，了解機(jī)組工作原理，特別是燃燒系統(tǒng);②出現(xiàn)問題時通過控制面板上的“故障監(jiān)視”和“故障參數(shù)顯示”、控制柜內(nèi)的程控運(yùn)行停止點(diǎn)、現(xiàn)場電氣儀表運(yùn)行情況來判斷故障點(diǎn)，然后進(jìn)行處理;③每小時對機(jī)組巡回檢查 1 次，且作好運(yùn)行記錄;④DCS 對冷凍水相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控;⑤根據(jù)氣溫及下游負(fù)荷情況調(diào)節(jié)風(fēng)門，減少機(jī)組待機(jī)頻率;⑥每年利用全廠停車機(jī)會，對設(shè)備進(jìn)行 2 次大型維護(hù)保養(yǎng)。

3． 4 真空度降低

真空度是影響一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組制冷性能的關(guān)鍵因素，決定著制冷機(jī)組的使用壽命 ［1］ 。機(jī)組控制面板上的“自抽裝置壓力”廠家要求≤9 kPa(絕壓，下同)。為保證更高的真空度，興瑞硅材料要求壓力在≤2 kPa 的條件下運(yùn)行。機(jī)組在運(yùn)行過程中，真空度會降低。真空度降低分以下情況:①真空度降低緩慢，7 天左右可啟真空泵至壓力≤2 kPa;②長期停運(yùn)的機(jī)組剛啟動運(yùn)行時，真空度降低過快是正常的，但降低不應(yīng)超過 2 kPa(抽真空后無降低，則說明設(shè)備密封性好);③如真空度在 1 天里降低超過1 kPa，則要檢查抽真空閥門是否關(guān)死或內(nèi)漏，設(shè)備是否有其他漏點(diǎn)(確定有漏點(diǎn)時，須找出漏點(diǎn)進(jìn)行處理)。

3． 5 氫氣壓力波動

ZXQ －204H2M3A 一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組運(yùn)行 4 年后，減壓閥后氫氣壓力不穩(wěn)定。在排除壓力表故障和供應(yīng)氫氣壓力不穩(wěn)定因素后，停機(jī)組檢查過濾器無雜物堵塞，但氫氣減壓閥被腐蝕，不能有效起到減壓作用。

分析原因如下:供應(yīng)的氫氣中含堿，經(jīng)過氫氣水封罐也不能全部洗凈，進(jìn)入鋁合金減壓閥后，長時間對內(nèi)部氫氣接觸部位腐蝕，密封面不能完全接觸，影響減壓效果。為消除此隱患，采取以下措施:①與上游供應(yīng)氫氣單位聯(lián)系，利用停車機(jī)會檢查氫氣處理的過濾器情況，從源頭減少堿含量;②每周對氫氣水封罐的水置換 1 次，降低堿含量;③使用碳鋼材質(zhì)減壓閥，減少堿性腐蝕。

3． 6 水路軟連接老化漏水

為減少外部對一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組的振動影響，循環(huán)水和冷凍水進(jìn)、出口原采用橡膠軟連接。在壓力、風(fēng)吹日曬的情況下，橡膠表面易老化、出現(xiàn)裂紋，增加了介質(zhì)泄漏的機(jī)會。2015 年 6 月，ZXQ －349H2M3 冷凍水出水軟連接突然噴水，冷凍水供應(yīng)改為備用機(jī)組后，一體化數(shù)顯溫度計(jì)機(jī)組緊急停車處理。

此次事故后，利用半年時間，將所有橡膠軟連接更換為聚四氟乙烯軟連接，保證了安全運(yùn)行，并延長了軟連接的使用壽命。

3． 7 制冷效果差

一體化數(shù)顯溫度計(jì)制冷效果差的原因:①真空度低;②機(jī)組長時間運(yùn)行內(nèi)部產(chǎn)生不凝性氣體 ［2］ ;③循環(huán)水或冷凍水列管結(jié)垢或堵塞;④長時間運(yùn)行一體化數(shù)顯溫度計(jì)變質(zhì);⑤冷劑水閥門調(diào)節(jié)不當(dāng);⑥風(fēng)門動作不到位，氫氣或助燒空氣量少。

處理方法:①啟真空泵抽真空至要求，如降低過快，須通過氮?dú)饧訅翰檎衣�點(diǎn)，并進(jìn)行處理;②多次啟真空泵抽真空，每次 30 min;③停機(jī)后打開循環(huán)水和冷凍水擋板，對熱水管進(jìn)行加藥除垢清洗;④每個季度檢查 1次一體化數(shù)顯溫度計(jì)溶液的 pH 值和顏色，發(fā)現(xiàn)變質(zhì)，添加鉻酸鋰溶液;⑤開大冷劑水閥門，滿足機(jī)組運(yùn)行;⑥增大風(fēng)門開度，同時觀察氫氣和助燒空氣閥門是否卡住，保證氫氣和空氣配比，以充分燃燒。

3． 8 其他

3． 8． 1 使用帶燈光顯示的接近開關(guān)

原來的接近開關(guān)故障后，不容易提前發(fā)現(xiàn)，且出現(xiàn)問題后不易查找故障點(diǎn)。針對此情況，通過了解后，采用帶燈光顯示的接近開關(guān)，解決了此問題。

3． 8． 2 現(xiàn)場控制柜防雨罩

出現(xiàn)機(jī)組軟連接噴水事故后，對現(xiàn)場的控制柜安裝防雨罩，防止水進(jìn)入控制柜造成次生事故。