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溴化锂吸收式制冷机

晨怡热管 2009-11-7 17:48:49

5.1溴化锂水溶液的性质

5.2溴化锂吸收式制冷机制冷原理

5.3溴化锂吸收式制冷机组主要部件的结构

5.4溴化锂吸收式制冷机的操作

 

教学目的与要求:

1. 了解溴化锂吸收式制冷机的发展,溴化锂水溶液的性质。

2. 熟悉溴化锂制冷的工作过程、各主要部件的基本结构、功用。

3. 掌握溴化锂制冷系统的基本原理、溴化锂吸收式制冷机的操作。

教学目的与要求:

1. 了解溴化锂吸收式制冷机的发展,溴化锂水溶液的性质。

2. 熟悉溴化锂制冷的工作过程、各主要部件的基本结构、功用。

3. 掌握溴化锂制冷系统的基本原理、溴化锂吸收式制冷机的操作。

内容和时间安排、教学方法:

1.内容和时间安排:6学时

2.教学方法:企业现场教学、实验室环境教学,多媒体教学、案例教学、课堂提问。

教学重点和难点:

1.重点:溴化锂制冷的工作过程、各主要部件的基本结构、功用。

2.难点:溴化锂制冷的工作过程、溴化锂吸收式制冷机的操作。

   溴化锂吸收式制冷机通电器1954年第一台问世以来,也有50多年了,美国是最早生产溴化锂吸收式制冷机的国家。我国在1966年底由上海第一冷冻机厂,中国船舶工业总公司上海七0 四研究所,合肥通用机械研究所与上海国棉十二厂联合试制成功了国内第一台单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组,上述有关单位在此基础上,在七八十年代推出了双效型溴化锂吸收式冷水机组,并在实际工程中应用。进入九十年代以后,溴化锂机组得到了迅速的发展,就机组在品种而言,除蒸汽单、双效外,还发展了热水型,直燃式(燃油或燃汽)冷热水机组。当今,由于空调中制冷设备耗电过多,供电量不足及环境问题日益被世人所重视,特别是CFC工质对大气臭氧层的破坏作用,使我们的注意力再次集中到吸收式制冷机的某些优势上。世界各国都较重视吸收式制冷的应用与发展,并对吸收式制冷机中新的工质对、传热与传质,控制方式自动智能化方面又提出许多新的研究热点。
   溴化锂吸收式制冷机是以热源为动力,水为制冷剂,溴化锂溶液为吸收剂,制取0℃以上低温水的一种制冷设备。这种制冷设备具有节能省电的优点可利用低品位热源作原始动力提供制冷;溴化锂吸收式制冷机组运动部件少,运转平稳,机组安装简便,噪声小;溴化锂吸收式制冷机结构简单、制造方便,负荷变化时机组性能稳定,并可以在10%至100%之间进行冷量无级调节等优点。
   因为溴冷机的制冷剂是水,制冷温度只能在0℃以上,一般不低于5℃,故溴冷机多用于空气调节工程作低温冷源,特别适用于大、中型空调工程中使用。溴冷机在某些生产工艺中也可用作低温冷却水。

 

5.1 溴化锂水溶液的性质

5.1.1、水
水是很容易获得的物质,它无毒、不燃烧、不爆炸、价格低廉、汽化潜热大(约2500kJ/kg,比R12大16倍之多),比容大。常压下的蒸发温度较高,常温下的饱和压力很低。例如当温度为25℃时,它的饱和压力为31.6mbar,比容为43.37m3/kg,一般情况下,水在0℃时就结冰,因而大大限制了它的应用范围。
5.1.2、溴化锂
1、溴和锂分别属碱和卤族元素,故溴化锂(LiBr)的性质与NaCl(食盐)相似,属盐类,有咸味,呈无色粒状晶体,融点为549℃;
2、沸点很高,在一个物理大气压理沸点为1265℃,故在常温或一般高温下可以认为是不挥发的;
3、极易溶解于水;
4、性质稳定,在大气中不变质、不分解;
5、它是由92.01%的溴 和7.99%  的锂组成,分子量为86.856,密度为3.464kg/1(25℃时)。
5.1.3、溴化锂水溶液
1、无色液体,有咸味,无毒,加入铬酸锂后溶液呈淡黄色;

2、溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低,如图5-1所示,图中的曲线为结晶线,曲线上的点表示溶液处于饱和状态,它的左上方表示有固体溴化锂结晶析出,右下方表示溶液中没有结晶存在,所谓溶解度是指饱和液体中所含溴化锂无水化合物的质量成分,也就是溴化锂水溶液的质量浓度,由图中曲线可知,溴化锂的质量浓度不宜超过66%,否则运行中当溶液温度降低时将有结晶析出,破坏循环的正常运行;

3、水蒸气分压很小,它比同温度下纯水的饱和蒸汽小得多,故有强烈的吸湿性。液体和蒸汽之间的平衡属于动平衡,此时,分子穿过液体表面到蒸汽中去的速率等于分子从蒸汽中回到液体内的速率4)密度比水大,并随溶液的浓度和温

 

 

5.2溴化锂吸收式制冷机制冷原理

5.2.1、溴化锂吸收式制冷机各部件作用与制冷循环

只要是利用液态制冷剂蒸发吸收载冷剂热量完成制冷任务的,无论什么型式的制冷系统,都不可能离开冷凝器和蒸发器。冷凝器的作用就是把制冷过程中产生的气态制冷剂冷凝成液体,进入节流装置和蒸发器中,而蒸发器的作用则是将节流降压后的液态制冷剂气化,汲取载冷剂的热负荷,使载冷剂温度降低,达到制冷的目的。
在吸收式制冷中,发生器和吸收器两个热交换装置所起的作用。相当于蒸气压缩式制冷系统中的压缩机的作用,因此,常把溴冷机吸收器和发生器及其附属设备所组成的系统,称为“热压缩机”。发生器的作用,是使制冷剂(水)从二元溶液中汽化,变为制冷剂蒸汽,而吸收器的作用,则是把制冷剂蒸汽重新输送回二元溶液中去,两热交换装置之间的二元溶液的输送,是依靠溶液泵来完成的。
由此可见,溴化锂吸收式制冷系统必须具备四大热交换装置,即:发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器。这四大热交换装置,辅以其他设备连接组成各种类型的溴化锂吸收式制冷机。图5-2为吸收式制冷循环原理框图。
图中上半部分,贯穿四个热交换装置,虚线所示为制冷剂循环,由蒸发器、冷凝器和节流装置(即调节阀10)组成,属于逆循环。图中下半部分,实线所示循环回路,是由发生器、吸收器、溶液泵及调节阀组成的热压缩系统的二元溶液循环,属于正循环。以上循环是不考虑传质、传热及工质流动的系统阻力等损失的理论循环。正循环为卡诺循环,具有最大的热效率,逆循环为逆卡诺循环,具有最大的制冷系数。因此由这样一个正循环与一个逆循环联合组成一个以热力为主要动力,辅以少量电能驱动溶液泵所构成的吸收式制冷机,具有最大的热力系数。

图5-2吸收式制冷循环

  1. 冷凝器;2-蒸发器;3-发生;4-吸收器5-冷却水管;6-蒸汽管;7-载冷剂管;8-溶液泵;9-制冷剂泵;11-调节阀


图5-3为单效溴冷机原理流程图

1-冷凝器;2-发生器;3-蒸发器;4-吸收器;5-热交换器6-U—形节流管;7-防结晶管(“J”形管);8-发生器泵;9-吸收器泵;10-蒸发器泵;11-抽真空装置;12-溶液三通阀

5.2.2、单效溴化锂吸收式制冷机工作原理
1、高、低压筒
通常将发生器和冷凝器密封在一个筒体内,称为高压筒,发生器产生的冷剂蒸汽,经挡液板直接进入冷凝器。为了便于冷剂蒸汽的吸收,缩短冷剂蒸汽的流程,将工作压力较低的蒸发器与吸收器密封于另一个筒体内,称为低压筒。高压筒在上,低压筒在下的布置,有利于浓溶液靠重力与压差自动从发生器回流至吸收器,减少动力消耗。
高、低压筒之间的压差平衡,由装在两筒之间管路上的节流装置来保持。在溴冷机系统中,这一压差相当小,一般只有6.5~8kPa,只要7.0~8.5kPa就可控制住上下筒的压力平衡。因此,节流装置多采用U形管就可满足需要。当然也可用节流短管或节流小孔做节流装置。
2、热交换器
为充分利用热能,提高整机热效率,更加完善制冷循环,需增添热交换器。因为从发生器流出的浓溶温度较高,离开吸收器的稀溶液温度又相当低。浓溶液在未被冷却到吸收器压力相对应的温度前,不能够很好地吸收冷剂水蒸气。而稀溶液又必须升温,加热到与发生器压力相对应的溶液饱和温度,方可开始沸腾。因此,通过增加溶液热交换器,使浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器与发生器之前,高温液体与低温液体在热交换器中彼此进行热量传递,冷热互换充分发挥热效应。稀溶液温度升高后进入发生器,就使制冷剂蒸汽在发生器内即刻发生。而浓溶液的温度下降,可使冷剂蒸汽在吸收器内很容易被吸收。如此就能保证溴冷机组的良性循环,提高整机的制冷效率(见图5-3中5)。
3、抽真空的必要性
由于溴冷机内部是处于真空状态下运行的,因此必须使蒸发器及吸收器在运行中保持稳定的真空度,所以对设备的气密性要求较高。全部溶液泵均采用结构紧凑、密封性能良好的屏蔽泵,调节阀门采用真空隔模阀,以及其他的密封性措施等等。尽管全部系统都采用严格的密封措施,但因制冷系统内的绝对压力很低,与系统外的大气压力存有较大的压差,外界空气仍有可能渗入系统内。同时,运行中因溴化锂对金属的腐蚀作用,也会产生一些不凝性气体。当不凝性气体积聚到一定数量,就会破坏机组的正常工作状况,严重时甚至会使制冷机组的制冷循环停止。故要及时地排除渗入机内的空气及不凝性气体,溴冷机组必须配备一套专门抽真空的装置(图14-8中11)。
4、溴化锂吸收式制冷循环过程
1)发生过程
发生器泵8汲取吸收器4内的溴化锂稀溶液经热交换器5被高温浓溶液加热升温后,输送至发生器2内。发生器内的稀溶液被通过发生器管簇内的蒸汽加热,温度继续升高,并在发生器内沸腾,冷剂水不断地从稀溶液中以水蒸气的形式析出。溴化锂溶液被浓缩,溶液的浓度逐渐增加。
在发生器内,溴化锂稀溶液被升温加热产生冷剂蒸汽,变为溴化锂浓溶液,是有一定变化范围,单效溴化锂制冷机一般控制在3.5%~6%。这一溶液浓度的变化范围,称放气范围(也叫浓度差)。放气范围是溴冷机运转的经济性能指标,对制冷量控制及其能耗有重要意义。
2)冷凝过程
在发生器内,稀溶液中析出的冷剂水蒸气进入冷凝器1中,淋洒在冷凝器管簇外表面释放出凝结热,凝结成冷剂水,该凝结热通过流经管簇内的冷却水吸收,由冷却水将凝结热量携带排至制冷系统外。
3)节流过程
冷凝过程产生的冷剂水,通过U形管节流进入蒸发器3。U形管不仅起到控冷剂水流量和维持上下筒之间压力差的作用,而且还起到一定的水封,防止上下筒之间压力串通,破坏上下筒之间的压力差,影响制冷剂的蒸发与吸收。
4)蒸发过程
进入蒸发器3的冷剂水,由于压力急剧下降,一部分冷剂即刻闪发,温度降低。尚未闪发的冷剂水经蒸发器管簇外表面向下,积聚至蒸发器水盘与液囊内,由蒸发器泵10输送并喷淋在蒸发器管簇外表面下。吸收通过蒸发器管簇内载冷剂的热量而蒸发为制冷剂蒸汽,进入吸收器4。在蒸发器内被冷却后的载冷剂,由载冷剂泵送至使用低温水降温、去湿的空气调节室,或生产工艺过程冷却用低温水的设备。
5)吸收过程
发生器内的稀溶液由于发生出冷剂蒸汽而形成温度较高的浓溶液,依靠上下筒的压力差和溶液本身的重量,流经热交换器被低温稀溶液吸热降温后,自流进入吸收器4,与吸收器中的溶液混合成中间浓度的浓溶液,由吸收器泵9输送并喷淋到吸收器管簇外,吸收从蒸发器蒸发出来的冷剂蒸汽后使溶液浓度降低。由中间浓度的浓溶液变成稀溶液后集至发生器泵进口处的液囊中。吸收过程中放出的吸收热,被通过吸收器管簇内的冷却水汲取带到制冷系统外。液囊中的稀溶液再次经发生器泵压入发生器 ,溴化锂溶液从此进入第二个制冷循环。
吸收器和冷凝器所需要的冷却水,由冷却水系统输送。可采用直流式冷却水系统或采用冷却塔循环式冷却水系统。冷却水通过冷凝器与吸收器的管路联接方式,采用串联或并联均可。目前溴化锂吸收式制冷机组采用串联流程方式的为多。
单效溴化锂吸收式制冷机,除了双筒式制冷机外,还有一种用于小型制冷量的单筒式溴化锂吸收式制冷机。就是将发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器四部分均设置于同一筒体内。按压力大小分为高压舱,上部为高压舱,下部为低压舱。两舱之间采用真空绝热或隔层中填充绝热材料的方法,防止热量传递。如图5-4为单筒式溴化锂吸收式制冷机原理流程图

图5-4单筒式溴化锂制冷机原理图
1-发生器;2-冷凝器;3-蒸发器;4-吸收器;5-热交换器;
6-U形管;7-蒸发器泵;8-发生器泵;9-吸收器泵

5.2.3、双效溴化锂吸收式制冷机制冷原理
双效溴化锂吸收式制冷机,比单效制冷机增加了一个高压发生器,又称高压筒,低压部分与单效机的结构相近,也是由上下两筒组成,因此,双效机的一般形式为三筒式。图5-5为双效溴冷机原理图。

图5-5双效溴化锂吸收式制冷机原理图
1-高压发生器;2-冷凝器;3-低压发生器;4-蒸发器;5-吸收器;6-高温热交换器;7-低温热交换器; 8-凝水回热器;9-发生器泵;10-吸收器泵;11-蒸发器泵;12-抽真空装置;

为了提高热交换效率,更好地完成制冷循环,双效溴冷机设有两套溶液热交换器,从高压发生器流出的温度较高的浓溶液与来自吸收器低温的稀溶液进行热交换的热交换器称为高温热交换器。从低压发生器流出的浓溶液(温度比高压发生器出口的溶液温度低)与稀溶液进行热交换的换热器,同时,为使进入低压发生器的稀溶液温度再接近低压发生器内的发生温度,充分利用加热蒸汽的余热,在稀溶液离开低温热交热器进入低压发生器前,增设一套凝水回热器,把经过低温热交换器升温后的稀溶液,利用高压发生器发生过程使用的蒸汽余热,通过凝水回热器继续升温,使稀溶液进入低压发生器后,依靠高压发生器产生的高温冷剂水蒸气,足以让稀溶液在低压发生器内很快发生出冷剂水蒸气,进入冷凝器。
综上所述,与单效机相比,双效机增加了高压发生器、高温热交换器和凝水回热器,使热力系数有很大提高,有利于节约能耗和推广应用。
双效溴冷机制冷原理:吸收器5中的稀溶液,由发生器泵9分两路输送至高温热交换器6和低温热交换器7,进入高温热交换器的稀溶液,被从高压发生器1流出的高温浓溶液加热升温后,进入高压发生器,而进入低温热交换器的稀溶液,被从低压发生器3流出的浓溶液加热升温后,再经凝吕回热器8继续升温,然后进入低压发生器3。
进入高压发生器的稀溶液被工作蒸汽加热,溶液沸腾,产生高温冷剂蒸汽,导入低压发生器,加热低压发生器中的稀溶液后,经节流进入冷弹簧器2,被冷却凝结为冷剂水。
进入低压发生器的稀溶液被高压发生产生出的高温冷剂蒸汽所加热,产生低温冷剂蒸汽直接进入冷凝器,也被冷却凝结为冷剂水。高、低压发生器产生的冷剂水汇合于冷凝器集水盘中,混合后导入蒸发器4中。
加热高压发生器中稀溶液的工作蒸汽的凝结水,经凝水回热器进入凝水管路,而高压发生器中的稀溶液因被加热蒸发出了冷剂蒸汽,使浓度升高成浓溶液,又经高温热交换器导入吸收器5,低压发生器中的稀溶液,被加热升温放出冷剂蒸汽也成为浓溶液,再经低温热交换器进入吸收器,浓溶液与吸收器中原有溶液混合在中间浓度溶液,由吸收器泵汲取混合溶液,输送至喷淋系统,喷淋在吸收器管簇外表面,吸收来自蒸发器4蒸发出来的冷剂蒸汽,再次变为稀溶液进入下一循环,吸收过程所产生的吸收热被冷却水带到制冷系统外,完成溴化锂溶液从稀溶液到浓溶液,再回到稀溶液循环过程,即热压缩循环过程。
高、低压发生器所产生的冷剂蒸汽。凝结在冷凝器管簇外表面上,被流经管簇里面的冷却水吸收凝结过程产生的凝结热,带到制冷系统外,凝结后的冷剂水汇集起来经节流装置,淋洒在蒸发器管簇外表面上,因蒸发器内压力低,部分冷剂水闪发吸收冷媒水的热量,产生部分制冷效应,尚未蒸发的大部分冷剂水,由蒸发器泵11喷淋在蒸发器管簇外表面,吸收通过管簇内流经的冷媒水热量,蒸发成冷剂蒸汽,进入吸收器。
冷媒水的热量被吸收使水温降低,从而达到制冷目的,完成制冷循环,吸收器中喷淋中间浓度混合溶液吸收制冷剂蒸汽,使蒸发器处于低压状态,溶液吸收冷剂蒸汽后,靠热压缩系统再产生制冷剂蒸汽,保证了制冷过程的周而复始的循环。

双效溴冷机除用蒸汽作为加热热源外,燃烧油或液化气等直燃式双效溴冷机也广泛应用。

 

 

 

5.3溴化锂吸收式制冷机组主要部件的结构

5.3.1、高压发生器(如图5-6)
在蒸汽两效溴化锂吸收式制冷机中,高压发生器的作用是将0.2~0.8MPa(表压)工作蒸汽通入传热管内,加热管外的溴化锂溶液,使之沸腾并产生冷剂蒸汽;所产生的冷剂蒸汽则作为低压发生器的热源,用以加热低压发生器中的溴化锂溶液,产生第二股冷剂蒸汽。这就是两效的含意。因为能源得到了两次利用,所以蒸汽耗量降低,达到了节能效果。


图5-6高压发生器的结构
a)高压发生器的布置 b)膨胀节结构c)浮头结构d)U型管结构

高压发生器一般使用0.2~0.8MPa(表压)的工作蒸汽,其饱和温度较高,约为132~175℃。通常高压发生器的壳体用碳钢、传热管用紫铜管或铜镍合金管制作。这两种材料间膨胀系数相差甚大,在高温下将产生很大的热应力。管子与管板间采用胀管联接,由于热应力,可能造成管子被“拉脱”。所以消除热应力是设计时首先应考虑的问题。降低或消除热应力的方法一般有下列几种。
1、采用膨胀节结构
如图5-6b所示,在壳体靠中间部位设置膨胀节,使壳体可以自由伸长,从而减少热应力的影响。
2、采用浮头结构
如图5—6c所示,将管子的一端与管板联接,另一端与一个浮动管板联接。浮头管板、浮头室及其下面的滑板,组成一个可以自由滑动的浮头,使高压发生器的传热管一端固定,另一端可自由活动。这样,可彻底消除热应力。

3、采用U型管结构
如图5-6d所示为U型管结构,是把传热管作成U型管,其进出口均联接在同一块管板上。这样,管子热膨胀与壳体热膨胀互不相干,均可自由伸长。这种结构的工艺性较差,弯头多,制作比较复杂。
高压发生器工作时,由于工作蒸汽压力以及冷凝压力的波动,将引起高压发生器中溴化锂溶液液位的波动。对于这种液位波动,要设法控制,否则将会造成液位过高或过低。液位过高会增大静液柱对沸腾的影响,降低发生过程的发生效果,甚至造成冷剂污染。液位过低会使上部传热管暴露于液体之外,引起管子的破损。为此,结构设计时,发生器的上部必须留有一个足够大的空间和高度。足够大的空间可降低冷剂蒸汽的流速,并防止因溶液飞溅而带液。为防止冷剂污染,高压发生器的上部通常设有汽罩,其中装有简易的挡液装置。实践证明,高压发生器最上一排管子与壳体顶部的距离H为280~400mm,冷剂蒸汽在最小截面处的流速不超过10m/s时,可有效防止冷剂的污染。
4、强度与稳定性
高压发生器的封盖要承受0.2~0.8MPa(表)的工作蒸汽,一般应作为压力容器考虑其强度。
高压发生器的壳体在工作时处于真空状态,其真空度约为8~40kPa。作为受外压容器,其稳定性应予充分注意。尤其是作为整机,在真空检漏或停机期间,它处于更高的真空状态,所以必须考虑稳定性问题。
在高压(以及低压)发生器中,使溶液适当扰动是强化传热的措施之一。一般有左右扰动与上下扰动两种方式,如图5-7所示。其中,左右扰动是一种传统的扰动方式。根据试验研究,上下扰动时溶液温度趋于均匀,静液柱高度对沸腾的影响较小,容易形成汽化核心,有利于提高发生过程的传热效果。

 


图5-7 溶液在发生器中的扰动方式

a)低压发生器-冷凝器的布置 b)溶液左右扰动方式 c)溶液上下扰动方式
5.3.2、低压发生器与冷凝器
图5-8示出了低压发生器-冷凝器呈上下布置的结构:低压发生器3与冷凝器1置于同一壳体内,工作时属同一真空状态。
在蒸汽两效机中,低压发生器依靠高压发生器的冷剂蒸汽来加热,其温度较低,一般为80~98℃。为扩大放汽范围,强化传热特别重要,应尽可能减少静液柱高度。经验表明,静液柱高度以不超过200mm为宜。管排数与管间距需要综合考虑确定,管排数以不超过15排为好。溶液的扰动方式,在低压发生器中采用上下扰动方式比高压发生器更具有意义。

图5-8低压发生器-冷凝器的结构

与沉浸式换热相比,喷淋式可完全消除静液柱高度对传热的影响。对低压发生器来说,更具有使用价值,是今后低压发生器设计的一个方向。但在结构设计时,要充分考虑喷淋溶液在传热管上的均匀分布,避免管子局部温度过高。
冷凝器是令低压发生器产生的冷剂蒸汽与冷却水进行热交换,使之凝结成冷剂水。冷剂水汇集于冷凝器下部的水盘,再经节流装置进入蒸发器。由于发生器与冷凝器之间有较大的温差,会出现热量传递,这对发生过程和冷凝过程都是不利的。为此,在水盘下方设有隔热层。
低压发生器中的压力较低,发生过程中溶液的沸腾飞溅更为严重;同时,冷剂蒸汽的流速较大,容易夹带液滴,造成冷剂水污染,故挡液问题更为重要。
5.3.3、蒸发器与吸收器
图5-9为蒸发器-吸收器的结构示意图。蒸发器与吸收器处于同一工作压力,一般置于同一壳体之中,组成蒸发器-吸收器筒体。在制冷机工作过程中,该部分压力最低,一般约为0.001MPa(绝对压力)。结构设计时,
强化传热与传质的问题比高、低压发生器更为突出。


图5-9 蒸发器-吸收器结构

1、强化传质
从蒸发器蒸发出来的冷剂蒸汽,通过传热管簇及挡液装置,进入吸收器管间,由于沿途的阻力损失,其压力由p0变p0′。若吸收器喷淋溶液的饱和蒸汽压为pa(称吸收压力),则吸收过程的传质推动力为(p′0-pa)。由此可见,为了增大传质推动力,以便强化吸收器中的传质过程,在不改变吸收压力pa的条件下,应尽可能增大p0′,这就需要在结构上减少制冷剂蒸汽的流动阻力损失。
2、强化传热
就结构而言,喷淋换热是强化传热的有效手段。尤其在高真空下,对于蒸发器将消除静液柱的影响,使蒸发过程增强。对于吸收器采用喷淋换热,还可增大冷剂蒸汽与喷淋溶液的接触面积,增强传热。
强化传热的结果,将使吸收器喷淋溶液的温度更接近于冷却水的温度,从而降低喷淋溶液的温度,以降低吸收液的饱和蒸汽压,达到增大传质推动力的目的。显然,为了获得较好的传热效果,在强化喷淋侧传热的同时,还应注意提高传热管内水侧的流速。通常取水侧的流速1.5~3.0m/s为宜。
3、溶液浓度的影响
对应于某一温度和压力,喷淋溶液有一相应的饱和浓度。溶液达到饱和时,就不再吸收了。若要使其进一步吸收,就需要采取措施,改变其饱和状态,使之处于不饱和,如用冷却水对溴化锂溶液进行冷却,或者提高喷淋溶液的浓度。喷淋溶液的温度与冷却水的温度有关。喷淋溶液的浓度除了与发生器出口浓溶液的浓度有关外,还与稀溶液的混合量有关。因此,为了提高喷淋溶液的浓度,在结构上也有用浓溶液直接喷淋的。但务必从结构上解决溶液在管子表面的均匀浸润及分布问题。
蒸发器与吸收器除了上下叠置以外,还有左右平行布置等方式。不论那种布置方式,都要防止吸收器的喷淋溶液,因结构不当进入蒸发器引起污染,特别是平行布置,更要慎重。
5.3.4、热交换器
不论是单效机型还是两效机型,热交换器都是为了回收热量以提高其经济性。两效机比单效机还增加了一个高温热交换器和一个凝水回热器,其回收热量,提高热效率的意义比单效机更大。
溶液热交换的换热方式,一般有对流换热(图5-10a)和横掠管簇换热(图5-10b)两种。在溶液热交换器的结构设计中,由于传热系数较低,因而换热面积较大。此外,确定流速时,既要考虑有较高的流速,以提高传热系数;又要考虑流速升高时,不仅流动阻力增大,而且在结构上也会给制造带来困难。通常,管内稀溶液的流速取0.6~1.0m/s;管外浓溶液的流速取0.3~0.6m/s。溶液热交换器一般为壳管式结构,传热管用光管或低肋片管,材质可用碳钢或紫铜。

图5-10 溶液换热器
a)对流换热 b)横掠管簇换热 

5.3.5、节流装置
节流装置是一个重要部件。它有多种型式。可以是针状节流阀,浮球阀、U形管或小孔节流元件。溴化锂吸收式制冷机中最常用的是U形管和小孔节流元件。
1、U形管节流装置
U形管节流装置结构简单、工作可靠、流量调节幅度宽,是溴化锂吸收式制冷机中应用最早、最广的节流装置。我国生产的单效机或两效机都采用这种节流方式。由图5-11可知,U形管的高度是保证节流的关键,其值与冷凝器、蒸发器间的压力差(pk-pO)有关。一般情况下,冷凝器与蒸发器的压差大约为9.8kPa,因此,U形管的高度略高于1m即可。其管径则是根据机组的制冷量而定。这种节流装置的缺点是外形尺寸较大,结构不够紧凑,对于压差较大的两侧,如高压发生器与冷凝器之间不宜采用。

图5-11U形管节流装置

2、小孔节流装置
该装置是在冷凝器通往蒸发器的管道中,设置一个节流小孔,如图5-12所示。这种节流方式结构紧凑,特别适宜于单筒型结构的机器。小孔节流装置的缺点是自平衡能力较差。小孔的通径是保证节流的关键。通径过大,在低负荷时难于形成液封,可能使高低压两侧相通,影响制冷机正常运行。通径过小,中高负荷时无法保证足够的流量,使制冷机的制冷量受到限制。所以设计这种节流装置时,应充分考虑高低压侧的压力差,最高或最低负荷时的流量范围等因素。


图5-12小孔节流装置

5.3.6、抽气装置
溴化锂吸收式制冷机是在高真空状态下工作的,空气极易通过密封不良的联接处渗漏到机中。同时,由于溴化锂溶液对金属材料的腐蚀,机器本身也会产生如氢气等不凝性气体。这些不凝性气体的存在,不仅损害了机器的性能,严重时将使机器无法运转。同时,空气的存在,还会加剧溴化锂溶液对金属材料的腐蚀,影响机组的寿命。为此,机组中必须装设抽气装置,及时将聚集在机组中的不凝性气体及漏入机内的空气抽除掉。常用的抽气装置有如下几种:
1、机械真空泵抽气装置
如图5-13所示为机械真空泵抽气装置。它由制冷剂分离器、阻油器、真空泵及连接管件、阀门等组成。从冷凝器或吸收器中抽出的不凝性气体,夹带着一定量的制冷剂蒸汽。若将制冷剂蒸汽抽出机外,不仅会使机组中的制冷剂减少,影响机器的性能;而且制冷剂蒸汽进入真空泵后,还会使真空泵油乳化,粘度降低,抽气效果恶化,甚至丧失抽气能力。为此设有制冷剂分离器1。制冷剂分离器一般为一圆筒形容器,其中装设有冷却盘管与喷嘴。冷却盘管中通以冷媒水或从蒸发器泵排出的冷剂水,以造成比吸收器更好的吸收条件。带有制冷剂蒸汽的不凝性气体由制冷剂分离器1的底部进入,其中的制冷剂蒸汽被喷淋溶液吸收。吸收了制冷剂蒸汽的溶液,重新回流到吸收器。不凝性气体经抽气管、截止阀2、电磁阀3与阻油器4进入真空泵5,被真空泵排出。阻油器为一圆筒形容器,其中装有两块阻油挡板,以防止真空泵停止运转时,将真空泵油压入机内,引起油对溶液的污染。电磁阀3与真空泵5接同一电源。真空泵5停止运转时,电磁阀3动作,一方面切断制冷机的通气口,另一方面使真空泵的抽气口与大气相通,防止真空泵油倒流到阻油器或抽气管中。

图5-13 机械真空泵抽气装置
1—冷剂分离器 2—手动截止阀 3—电磁阀 4—阻油室
5—真空泵 6—电动机

2、自动抽气装置
自动抽气装置的型式有多种,但基本原理大致相同,如图5-14所示,都是利用溶液泵6排出的高压液流作为引射抽气的动力。这种装置的抽气量比较小,但在机器运转中能自行连续不断地抽气,操作方便。随着机器密封性能的提高及防腐措施的加强,机器内部不凝性气体大为减少,提供了使用这种抽气装置的可能性。
从图5-14所示自动抽气装置原理图可知,溶液泵6排出端引出的稀溶液,进入引射器3,在喷嘴喉部速度升高,压力降低,形成低压区,以抽出吸收器中的不凝性气体。被抽出的不凝性气体随同溶液进入储气室2,并与溶液分离后上升至储气室顶部,溶液则经过回流阀5回到吸收器。当不凝性气体在储气室2上部愈积愈多时,关闭回流阀5。依靠溶液泵6的压力,将不凝性气体压缩,使压力升高。当不凝性气体被压缩到高于大气压时,打开放气阀1,即可将不凝性气体排出机外。


图5-14 自动抽气装置原理图
1-放气阀 2-储气室 3-引射器 4-抽气管5-回流阀 6-溶液泵

自动抽气装置的抽气量都比较小,只能在机组正常运转时使用。因此无论选用何种自动抽气装置,均需配置一套机械真空泵抽气系统,在机组初始抽真空或长时间停机后第一次启动或应急时使用。

1.电缆金属护层腐蚀的种类

(1)化学腐蚀:这种腐蚀是使电缆的金属元素变成化合物的过程。

(2)电化学腐蚀:这种腐蚀是在电缆金属外皮损坏的同时存在有电流。

(3)晶间腐蚀 :电缆的金属护层沿结晶边缘裂开,在这些裂缝处,由于与空气接触而产生氧化物,促使裂痕增大,再加上土壤的电化学作用,使电缆的金属护层腐蚀剧烈发展,严重时可使金属皮裂成碎块,这就是晶间腐蚀。

(4)微生物腐蚀:微生物的新陈代谢活动直接或间接地破坏电缆金属外皮称为微生物腐蚀。 

2.电缆金属护层的防蚀措施

(1)化学腐蚀:主要采用金属护套不与腐蚀介质直接接触,使用绝缘防护层。

(2)电化学腐蚀及漏泄电流腐蚀:现在应用最广泛的方法是使用绝缘防护层。

(3)晶间腐蚀和微生物腐蚀:它们对电缆的腐蚀最终靠化学和电化学腐蚀来完成的。因此,采用塑料护套能够减弱此两种腐蚀。

    综上所述,塑料电缆对腐蚀的防腐性能较好,但如果塑料护套损坏,则电缆的金属护层将会出现腐蚀问题。因此保护好塑料电缆的塑料护套成了塑料电缆防蚀的关键。 

3.白蚁、鼠类的危害与防护

(1)白蚁对地下电缆的危害与防护方法

①白蚁的危害:白蚁蛀咬电缆外皮,因此能对地下电缆造成极大的危害。

②白蚁防护方法

●采用药物型防蚁电缆。

●采用机械保护型防蚁电缆。

●路由选择时应避开白蚁孳生地。

●改地下电缆为架空电缆。

●采用深埋或填砂的方法。

●采用水泥砂浆封包。但这种措施成本高维修困难。

●在电缆周围土壤中渗入一定量的防蚁剂。

●消灭白蚁。

(2)鼠类对电缆的危害与防护措施

① 鼠类的危害:

老鼠能咬坏电缆的外皮材料 ,因此能对地下电缆造成极大的危害。

②鼠类防护方法

●采用硬护套防鼠塑料电缆

●采用机械保护型防蚁电缆。

●路由选择时应避开白蚁孳生地。

 

作业题:

1、全塑电缆防雷的有哪些技术要求?

2、通信电缆线路的接地装置有哪些种类?

3、对于白蚁、鼠类的危害采用什么防护措施?

 

 

5.4 溴化锂吸收式制冷机的操作
溴化锂吸收式制冷机运转过程中,机房内应有操作人员值班,并要严格遵守操作规程,确保机组安全正常运行。
5.4.1、运转前的准备
在制冷机组启动运转前,要求对制冷机组脱离辅助设备的状况进行一番检查,方能启动制冷机组运转。
1、外围的检查
在机组进入运转前,要求外围的辅助设备及提供的动力源等处于正常状态,所以要做以下例行检查。
1)检查所提供的电源、蒸汽源是否满足机组的要求。
2)检查冷媒水泵、冷却水泵、冷却塔风机的运转是否正常,连接的管道是否漏水等。
2、机组检查
1)机组的气密性检查。每年启用前应检查主机真空度,不符合要求的应开启真空泵抽气至合格为止,一般真空度下降量一昼夜不超过66.7Pa(0.5mmHg)。
2)真空泵的抽气性能。检查真空泵是否处于完好状态,油位、油质是否正常,要求确认极限抽真空性能不低于5Pa。
3)溴化锂溶液的PH值在9.0~10.5范围内,溶液浓度处于正常范围,铬酸锂含量不低于0.1%,且没有锈蚀等污物存在。
4)安全保护动作正常,尤其是冷媒水和冷却水的压力值和压差值调整要恰当,当其实际压力值小于调整限定值时,应能实现报警和保护。检查各指示仪表值是否正确,机组上各阀门开关状态是否符合要求。
5)检查蒸发器、冷凝器、吸收器中的传热管结垢情况,不允许有杂物堵塞。
对于这些制冷机组运转前的例行检查,当在每年首次启动运行时,更应仔细和全面。
5.4.2、运转操作
1)启动冷却水泵、冷媒水泵、慢慢打开它们的出口阀门,把水流量调整到设计值或设计值±5%范围内,同时,根据冷却水温状况,启动冷却塔风机,控制温度通常取22℃,超过此值,开启风机,低于此值,风机停止。
2)在机组电控箱合上电源开关。
3)启动发生器泵,通过调节发生器泵出口的蝶阀,向高压发生器,低压发生器送液,低压发生器的溶液液位稳定在一定的位置上,通常高压发生器在顶排传热管处,低压发生器在视镜的中下部即可。
4)启动吸收泵。
5)吸收器液位到达可抽真空时启动真空泵,对机组抽真空10~15分钟。
6)打开凝水回热器前疏水器的阀。
7)慢慢打开蒸汽阀门徐徐向高压发生器送汽,机组在刚开始工作时蒸汽表压力控制在0.02MPa,使机组预热,经30分钟左右慢慢将蒸汽压力调至正常给定值,使溶液的温度逐渐升高。同时,对高压发生器的液位应及时调整,使其稳定在顶排铜管,对装有蒸汽减压阀的机组,还应调整减压阀,使出口的蒸汽压力达到规定值。蒸汽在供入高压发生器前,还应将管内的凝水排净,以免引起水击。
8)随着发生过程的进行,冷剂水不断由冷凝器进入蒸发器,录蒸发器液囊中的水位到达视镜位置后,启动蒸发器泵,机组便逐渐投入正常运转。同时需调节蒸发泵蝶阀,保证泵不吸空和冷却水的正常喷淋。
机组启动后,要使机组能正常运转,通常还需做好下列工作:
1)溶液循环量的调整。机组运转后,在外界条件如加热蒸汽压力,冷却水进口温度和流量,冷媒水出口温度和流量基本稳定时,应对高、低发生器的溶液量进行调整,以获得较好的运转效率。因为溶液循环量过小,不仅会影响机组的制冷量,而且可能因发生器的放汽范围过大,浓溶液的浓度偏高,产生结晶而影响制冷机的正常运行。反之,溶液循环量过大,同样也会使制冷量降低,严重时还可能出现因发生器中液位过高而引起冷剂水污染,影响制冷机的正常运行。因此,要调节好溶液的循环量,使浓溶液和稀溶液的浓度处于设定范围,保证良好的吸收效果。
2)测溶液浓度。在机组运转中,为了分析制冷机组的运行情况,需对溶液的浓度进行测定。测定吸收器出口稀溶液的浓度和高、低压发生器出口浓溶液的浓度情况。测定稀溶液浓度时,打开发生器泵出口的取样阀,即可用量筒直接取样,测定高、低压发生器出口浓溶液时,由于取样部位处于真空状态,不能直接取出,必须利用图5-15所示的娶样器。取样时,先用取样器同取样阀和真空泵连接起来,然后起动真空泵将取样器抽至真空,然后缓缓打开取样阀,将浓溶液抽至取样器。把取样器取出的溶液倒入量杯中,通过测量溶液的比重和温度,便可以从溴化锂溶液的比重图表中查到相应的浓度。


图5-15 取样器示意图

通常高、低压发生器的放汽范围为3.5~5.5%。放汽范围偏小,可关小阀门减少进入发生器的溶液循环量,放汽范围偏大,则开大阀门,增大进入发生器的稀溶液循环量。溶液的浓度调整,一般在低负荷时,高压发生器出口的溶液浓度为60%,低压发生器出口的溶液浓度为60.5%,稀溶液浓度为56%。高负荷时,高压发生器出口的溶液浓度为62%,低压发生器出口的浓度为62.5%,稀溶液浓度为58%。
3)测冷剂水比重。冷剂水的比重是制冷机运行是否正常的重要指标之一。要注意观察,及时测量。由于冷剂水泵的扬程较低,即使关闭冷剂水泵的出口阀门,仍无法从取样阀直接取出,还是应该利用取样器,通过抽真空取出。抽取冷剂水后,用比重计直接测量,机组在正常运转时,一般冷剂水的比重小于1.02。若取出的冷剂水比重大于1.02时,说明冷剂水已受污染,应进行冷剂水再生处理,并寻找污染的原因,及时加以排除。
4)及时抽除不凝性气体。由于整台溴化锂吸收式制冷机是处于真空中运行的,蒸发器和吸收器的绝对压力只有几毫米汞柱,矿外界空气很容易渗入,即使是少量的不凝性气体,也会大大地降低机组的制冷量。为了及时抽除漏入系统的空气以及系统内因腐蚀而产生的不凝性气体,机且中一般均装有一套专门的自动抽气装置。如果未装自动抽气装置,则应经常启动机械真空泵把不凝性气体抽除。
5)防止结晶。由溴化锂溶液性质可知,当溶液的浓度过浓或温度过低时,溶液就会产生结晶,堵塞管道,破坏机组的正常运行。在操作中要经常检查防晶管的发热情况,判断机组性能的下降是否由于结晶引起。
6)溶液管理。机组在运转初期,溶液中所含的铬酸锂,因生成保护膜会逐渐下降。当铬酸锂的含量低于0.1%时,应添加到0.1~0.2%。溶液的PH值应保持在9.5~10.3之间,PH值过高,可用氢溴酸(HBr),调整,PH值过低,可以用氢氧化锂(LiOH)调整,调整时应把HBr或LiOH稀释,通过取样阀慢慢加入,溶液在机内含有空气,即使是极微量,也会促使化学反应,引起机器的腐蚀,并使溶液的碱度增大。因此,制冷机运行一段时间后,应取样分析溶液的PH值以及铁、铜、氯离子等杂质的含量。
为了提高溴化锂吸收式制冷机的性能,目前运转的机器,一般都在溶液中加入辛醇,而在机组运转较长时间后,由于启用真空泵,辛醇会随同机内的不凝性气体被排出机外,使辛醇量减少,影响机组的性能,因此当制冷量下降时,应酌情添加辛醇。
7)屏蔽泵的管理。屏蔽泵是溴化锂吸收式制冷机的“心脏”,在制冷机运行时要特别注意屏蔽泵的工作情况,要经常检查屏蔽泵的工作电流,泵壳温度及冷却管温度检查屏蔽泵工作有无异常运转的声音。当泵壳温度高于80℃时,应停止运行,检查屏蔽泵冷却管中的滤网有没有堵塞,或查打出引起温度过高的其他原因,以免屏蔽泵的损坏。
8)真空泵的管理。真空泵应采用真空泵油,真空泵在运行中,应注意观察真空泵油的状况,若油中含有水分已产生乳化,就及时更换,以保持良好的抽真空性能,真空泵运转时,油温应不超过70℃。另外,还要定期检查带放气真电磁阀动作的可靠性和密封性。使用真空泵抽气,打开抽气阀前,先使真空泵运转1分钟。抽气完毕,关闭抽气总阀后,方可停止真空泵运行,然后让阻油器通大气,以免再次启动时将真空泵油吸入机内。若真空泵长时间运转(如1小时以上),应打开气镇阀。
9)水质管理。冷却水、冷媒水的水质必须符合溴化锂吸收式制冷机组技术条件中对水质管理的要求,水质差,容易在传热管内形成水垢,影响机组的传热性能,因此对水质也应作定期检查。在冬季不需要开机时,必须把冷却水、冷媒水全部放净,以防止冻结。
10)运转记录。运转记录是制冷机组运行情况的重要资料,在制冷机组运转过程中,应作好记录,以便分析运转情况,提高运转管理水平。运转记录的内容包括制冷机各种参数,运转中出现的不正常情况及其排除过程,一般为每小时或每2小时记录一次。

5.4.3、停机操作
1.溴化锂吸收式制冷机组的暂时停机操作通常按如下程序进行:
1)关闭蒸汽截止阀、停止向高压发生器供汽加热,并通知锅炉房停止送汽。
2)关闭加热蒸汽后,冷剂水不足时可先停冷剂水泵的运转,而溶液泵,发生泵、冷却水泵,冷媒水泵应继续运转,使稀溶液与浓溶液充分混合,15~20分钟后,依次停止溶液泵、发生泵、冷却水泵、冷媒水泵和冷却塔风机的运行。
3)若室温较低,而测定的溶液浓度较高时,为停止停车后结晶,应找开冷剂水旁通阀,把一部分冷剂水通入吸收器,使溶液充分稀释后再停车。若停车时间较长、环境温度较低(如低于15℃)时,一般应把蒸发器中的冷剂水全部旁通入吸收器,再经过充分的混合、稀释、判定溶液不会在停车期间结晶后方可停泵。
4)停止各泵运转后,切断控制箱电源和冷却水泵、冷媒水泵、冷却塔风机的电源。
5)检查制冷机组各阀门的密封情况,防止停车时空气泄入机组内。
6)记录下蒸发器与吸收器液面的高度,以及停车时间。
2.若溴化锂吸收式制冷机当环境温度在0℃以下或者长期停车,除必须依上述操作法之外,还必须注意以下几点:
1)在停止蒸汽供应后,应打开冷剂水再生阀,关闭冷剂水泵的排出阀,把蒸发器出冷剂水全部导向吸收器,使溶液充分稀释。
2)打开冷凝器、蒸发器、高压发生器、吸收器、蒸汽凝结水排出管上的放水阀,冷剂蒸汽凝水旁通阀,放净存水,防止冻结。
3)若是长期停车,每天应派专职负责人检查机组的真空情况,保证机组的直空度。有自动抽气装置的机组可不派人管理,但不能切断机组、真空泵电源,以保真空泵自动运行。
3.溴化锂吸收式制冷机组的自动停机操作:
1)通知锅炉房停止送汽。
2)按“停止”按钮,机器自动切断蒸汽调节阀,机器转入自动稀释运行。
3)发生泵、溶液泵以及冷剂水泵稀释运行大约15分钟之后,稀释低温自动停车温度断电
器动作,溶液泵、发生泵和冷剂泵自动停止。
4)切断电气开关箱上的电源开关,切断冷切水泵、冷媒水泵,冷却塔风机的电源、记录下蒸发器与吸收器液面高度,记录下停机时间,必须注意,不能切断真空泵的自动启停的电源。
5)若需长期停机,在按“停止”按钮之前,应打开冷剂水再生阀,让冷剂水全部导向吸收器,使溶液充分稀释。并把机组内可能存有的存水放净,防止冻结。

必须指出,在上述所介绍的溴化锂吸收式制冷机组的启动、运行管理与停机方法并非是唯一的,在实际操作中应根据具体使用的机器型号,性能特点加以调整。

责任编辑: banye 参与评论
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