淺析關(guān)于氫氣型一體化數顯溫度計制冷機組的運行總結

［摘 要］介紹了以氫氣為熱能制取 7 ℃冷凍水的一體化數顯溫度計機組的工藝流程及運行情況，分析了機組在運行過(guò)程中存在的問(wèn)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(jiǎn)稱(chēng)“興瑞硅材料”)氯堿二期 18 萬(wàn) t/a 氫氧化鈉裝置順利投產(chǎn)。為節約電能、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顯溫度計吸收式冷水機組，以氫氣作為熱能制取7 ℃冷凍水。1臺 ZXQ －349H2M3 一體化數顯溫度計制冷機組(制冷量 3 490kW)為氯氣液化提供服務(wù);2 臺 ZXQ －204H2M3 一體化數顯溫度計制冷機組(單臺制冷量 2 040 kW)，1 開(kāi) 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顯溫度計循環(huán)方式和真空技術(shù)，具有環(huán)保清潔、高度自動(dòng)化、節能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。

1 一體化數顯溫度計機組工藝流程

一體化數顯溫度計機組工藝流程如圖 1 所示。吸收器內的一體化數顯溫度計稀溶液由溶液泵送往高壓發(fā)生器，途中流經(jīng)低溫熱交換器和高溫熱交換器。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)高溫熱交換器傳熱管間，加熱管內流向高壓發(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)生器內被來(lái)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)低溫熱交換器傳熱管間，加熱管內稀溶液，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)生器傳熱管內冷凝成冷劑水，經(jīng)節流后進(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，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(pán)中，再經(jīng)冷劑泵(也稱(chēng)蒸發(fā)泵)送往蒸發(fā)器上部的噴淋系統，均勻噴淋在傳熱管表面，吸收管內冷水的熱量而蒸發(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。一體化數顯溫度計溶液在機組內持續不斷地循環(huán)上述過(guò)程，連續進(jìn)入的冷凍水隨著(zhù)冷劑水蒸發(fā)時(shí)吸收能量溫度降低至 7 ℃，蒸發(fā)器就連續不斷地制取冷凍水。

2 運行情況

一體化數顯溫度計機組開(kāi)車(chē)運行能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，根據季節氣溫、下游負荷變化，對風(fēng)門(mén)大小進(jìn)行調節，盡量運行穩定，減少啟停次數。為降低氫氣系統壓力波動(dòng)過(guò)大造成的電解槽停車(chē)風(fēng)險，機組未投入大、小火自動(dòng)切換功能。某天一段時(shí)間的運行數據見(jiàn)表 1。

3 機組出現的主要問(wèn)題及對策

3． 1 高壓發(fā)生器稀溶液管破裂

ZXQ －349H2M3 一體化數顯溫度計機組運行半年后，一體化數顯溫度計溶液突然從機組高壓發(fā)生器燃燒室泄漏，機組保護停機。打開(kāi)設備檢查，發(fā)現是稀溶液管靠燃燒尾氣煙囪側管板腐蝕穿孔，造成一體化數顯溫度計泄漏。分析發(fā)現，一體化數顯溫度計機組距離鹽酸合成裝置只有 5 m，機組運行時(shí)尾氣溫度較高;機組待機后，部分氯化氫氣體與煙囟上的冷凝水結合后，從尾氣煙囪流入燃燒室形成酸性水腐蝕碳鋼設備，造成泄漏。

采取以下措施后，運行近 5 年未出現同類(lèi)事故:①將破損稀溶液尾氣煙囟側管板進(jìn)行恢復，添加一體化數顯溫度計溶液;②在尾氣煙囟底部制作 1 個(gè)收集箱，收集箱底部安裝 DN50 排液管，有冷凝液及時(shí)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(kāi)機前，氫氣管道須進(jìn)行氮氣置換，氮中含氧體積分數≤0． 5%時(shí)停氮氣進(jìn)行氫氣置換，氫氣體積分數≥99． 5% 時(shí)具備開(kāi)車(chē)條件。ZXQ － 204H2M3 一體化數顯溫度計機級第 1 次開(kāi)車(chē)時(shí)，打開(kāi)氮氣進(jìn)行氫氣管道置換時(shí)，水封罐防爆膜破裂。原因是一體化數顯溫度計進(jìn)口氫氣壓力為 50 ～ 70 kPa，減壓后 10 ～ 20 kPa 運行，置換放空出口為 DN50 管道。當使用 0． 6 MPa 氮氣置換時(shí)，壓力升高，超過(guò)防爆膜設定值，防爆膜破裂。采取以下措施后，運行近 6 年未出現同類(lèi)事故:①對破裂防爆膜進(jìn)行更換;②在未安裝氮氣減壓閥前，根據壓力表開(kāi)氮氣閥門(mén)，操作人員在旁守候;③安裝氮氣減壓閥(如圖 2 所示)，保證氮氣吹掃壓力不超過(guò)20 kPa;④氮氣吹掃前放空閥全開(kāi)，置換過(guò)程中現場(chǎng)人員加強設備監管，注意壓力變化;⑤每年檢查 1 次防爆膜，根據使用情況進(jìn)行更換。

3． 3 待機后重啟出現故障

一體化數顯溫度計機組冷凍出水溫度設定為6 ～8 ℃，當溫度降至 6 ℃且保持 60 s 時(shí)，關(guān)閉氫氣進(jìn)口閥，停助燃風(fēng)機，打開(kāi)氮氣閥對燃燒室進(jìn)行置換，系統進(jìn)入待機狀態(tài);當溫度升至 8 ℃且保持 60 s 時(shí)，系統自檢后重啟，進(jìn)行抽取冷凍水運行狀態(tài)，待機和運行循環(huán)進(jìn)行，保證冷凍水在工藝控制指標范圍內。重啟運行時(shí)，燃燒器故障較多，主要原因有:①先導閥電磁線(xiàn)圈故障，當系統給出閥門(mén)動(dòng)作信號時(shí)，閥門(mén)不能動(dòng)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)火后不能監測到火源;④接近開(kāi)關(guān)損壞，氫氣主閥不能打開(kāi)，反饋狀態(tài)不正確;⑤主板損壞，系統不能檢測或數據顯示錯誤，機組報故障不能啟動(dòng)(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。改善操作和預防方法:①加強學(xué)習，了解機組工作原理，特別是燃燒系統;②出現問(wèn)題時(shí)通過(guò)控制面板上的“故障監視”和“故障參數顯示”、控制柜內的程控運行停止點(diǎn)、現場(chǎng)電氣儀表運行情況來(lái)判斷故障點(diǎn)，然后進(jìn)行處理;③每小時(shí)對機組巡回檢查 1 次，且作好運行記錄;④DCS 對冷凍水相關(guān)參數進(jìn)行監控;⑤根據氣溫及下游負荷情況調節風(fēng)門(mén)，減少機組待機頻率;⑥每年利用全廠(chǎng)停車(chē)機會(huì )，對設備進(jìn)行 2 次大型維護保養。

3． 4 真空度降低

真空度是影響一體化數顯溫度計機組制冷性能的關(guān)鍵因素，決定著(zhù)制冷機組的使用壽命 ［1］ 。機組控制面板上的“自抽裝置壓力”廠(chǎng)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 的條件下運行。機組在運行過(guò)程中，真空度會(huì )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(cháng)期停運的機組剛啟動(dòng)運行時(shí)，真空度降低過(guò)快是正常的，但降低不應超過(guò) 2 kPa(抽真空后無(wú)降低，則說(shuō)明設備密封性好);③如真空度在 1 天里降低超過(guò)1 kPa，則要檢查抽真空閥門(mén)是否關(guān)死或內漏，設備是否有其他漏點(diǎn)(確定有漏點(diǎn)時(shí)，須找出漏點(diǎn)進(jìn)行處理)。

3． 5 氫氣壓力波動(dòng)

ZXQ －204H2M3A 一體化數顯溫度計機組運行 4 年后，減壓閥后氫氣壓力不穩定。在排除壓力表故障和供應氫氣壓力不穩定因素后，停機組檢查過(guò)濾器無(wú)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:供應的氫氣中含堿，經(jīng)過(guò)氫氣水封罐也不能全部洗凈，進(jìn)入鋁合金減壓閥后，長(cháng)時(shí)間對內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與上游供應氫氣單位聯(lián)系，利用停車(chē)機會(huì )檢查氫氣處理的過(guò)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顯溫度計機組的振動(dòng)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、出現裂紋，增加了介質(zhì)泄漏的機會(huì )。2015 年 6 月，ZXQ －349H2M3 冷凍水出水軟連接突然噴水，冷凍水供應改為備用機組后，一體化數顯溫度計機組緊急停車(chē)處理。

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

3． 7 制冷效果差

一體化數顯溫度計制冷效果差的原因:①真空度低;②機組長(cháng)時(shí)間運行內部產(chǎn)生不凝性氣體 ［2］ ;③循環(huán)水或冷凍水列管結垢或堵塞;④長(cháng)時(shí)間運行一體化數顯溫度計變質(zhì);⑤冷劑水閥門(mén)調節不當;⑥風(fēng)門(mén)動(dòng)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(guò)快，須通過(guò)氮氣加壓查找漏點(diǎn)，并進(jìn)行處理;②多次啟真空泵抽真空，每次 30 min;③停機后打開(kāi)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(gè)季度檢查 1次一體化數顯溫度計溶液的 pH 值和顏色，發(fā)現變質(zhì)，添加鉻酸鋰溶液;⑤開(kāi)大冷劑水閥門(mén)，滿(mǎn)足機組運行;⑥增大風(fēng)門(mén)開(kāi)度，同時(shí)觀(guān)察氫氣和助燒空氣閥門(mén)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(kāi)關(guān)

原來(lái)的接近開(kāi)關(guān)故障后，不容易提前發(fā)現，且出現問(wèn)題后不易查找故障點(diǎn)。針對此情況，通過(guò)了解后，采用帶燈光顯示的接近開(kāi)關(guān)，解決了此問(wèn)題。

3． 8． 2 現場(chǎng)控制柜防雨罩

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