淺析關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。為節約電能、降低消耗，有效利用多余副產氫氣，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;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 1 備為氯氣處理、廢氯處理、氫氣處理、脫氯提供服務。該裝置采用一體化數顯溫度計循環方式和真空技術，具有環保清潔、高度自動化、節能效果明顯等優點。

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生器，途中流經低溫熱交換器和高溫熱交換器。進入高壓發生器的稀溶液被氫氣燃燒產生的熱量加熱，發生出高溫冷劑蒸汽后，濃縮成中間溶液。中間溶液流經高溫熱交換器傳熱管間，加熱管內流向高壓發生器的稀溶液后進入低壓發生器。中間溶液在低壓發生器內被來自高壓發生器的高溫冷劑蒸汽再次加熱，發生出低溫冷劑蒸汽，濃縮成濃溶液。濃溶液流經低溫熱交換器傳熱管間，加熱管內稀溶液，溫度降低后進入吸收器。高壓發生器產生的高溫冷劑蒸汽在低壓發生器傳熱管內冷凝成冷劑水，經節流后進入冷凝器。低壓發生器產生的低溫冷劑蒸汽進入冷凝器內，被冷卻水(循環水)冷凝成冷劑水。上述兩股冷劑水經 U 形管流入蒸發器液囊，因蒸發器中壓力較低，一部分冷劑水閃發成冷劑蒸汽，而另一部分冷劑水則因熱量被閃發的那一部分帶走而降溫成飽和冷劑水后流入蒸發器的水盤中，再經冷劑泵(也稱蒸發泵)送往蒸發器上部的噴淋系統，均勻噴淋在傳熱管表面，吸收管內冷水的熱量而蒸發。產生的冷劑蒸汽進入吸收器，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生器。一體化數顯溫度計溶液在機組內持續不斷地循環上述過程，連續進入的冷凍水隨著冷劑水蒸發時吸收能量溫度降低至 7 ℃，蒸發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車運行能滿足生產需要，根據季節氣溫、下游負荷變化，對風門大小進行調節，盡量運行穩定，減少啟停次數。為降低氫氣系統壓力波動過大造成的電解槽停車風險，機組未投入大、小火自動切換功能。某天一段時間的運行數據見表 1。

3 機組出現的主要問題及對策

3． 1 高壓發生器稀溶液管破裂

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生器燃燒室泄漏，機組保護停機。打開設備檢查，發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 年未出現同類事故:①將破損稀溶液尾氣煙囟側管板進行恢復，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

開機前，氫氣管道須進行氮氣置換，氮中含氧體積分數≤0． 5%時停氮氣進行氫氣置換，氫氣體積分數≥99． 5% 時具備開車條件。ZXQ － 204H2M3 一體化數顯溫度計機級第 1 次開車時，打開氮氣進行氫氣管道置換時，水封罐防爆膜破裂。原因是一體化數顯溫度計進口氫氣壓力為 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，壓力升高，超過防爆膜設定值，防爆膜破裂。采取以下措施后，運行近 6 年未出現同類事故:①對破裂防爆膜進行更換;②在未安裝氮氣減壓閥前，根據壓力表開氮氣閥門，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20 kPa;④氮氣吹掃前放空閥全開，置換過程中現場人員加強設備監管，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，關閉氫氣進口閥，停助燃風機，打開氮氣閥對燃燒室進行置換，系統進入待機狀態;當溫度升至 8 ℃且保持 60 s 時，系統自檢后重啟，進行抽取冷凍水運行狀態，待機和運行循環進行，保證冷凍水在工藝控制指標范圍內。重啟運行時，燃燒器故障較多，主要原因有:①先導閥電磁線圈故障，當系統給出閥門動作信號時，閥門不能動作;②點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，點火后不能監測到火源;④接近開關損壞，氫氣主閥不能打開，反饋狀態不正確;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(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加強學習，了解機組工作原理，特別是燃燒系統;②出現問題時通過控制面板上的“故障監視”和“故障參數顯示”、控制柜內的程控運行停止點、現場電氣儀表運行情況來判斷故障點，然后進行處理;③每小時對機組巡回檢查 1 次，且作好運行記錄;④DCS 對冷凍水相關參數進行監控;⑤根據氣溫及下游負荷情況調節風門，減少機組待機頻率;⑥每年利用全廠停車機會，對設備進行 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鍵因素，決定著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長期停運的機組剛啟動運行時，真空度降低過快是正常的，但降低不應超過 2 kPa(抽真空后無降低，則說明設備密封性好);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死或內漏，設備是否有其他漏點(確定有漏點時，須找出漏點進行處理)。

3． 5 氫氣壓力波動

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:供應的氫氣中含堿，經過氫氣水封罐也不能全部洗凈，進入鋁合金減壓閥后，長時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系，利用停車機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影響，循環水和冷凍水進、出口原采用橡膠軟連接。在壓力、風吹日曬的情況下，橡膠表面易老化、出現裂紋，增加了介質泄漏的機會。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，保證了安全運行，并延長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機組長時間運行內部產生不凝性氣體 ［2］ ;③循環水或冷凍水列管結垢或堵塞;④長時間運行一體化數顯溫度計變質;⑤冷劑水閥門調節不當;⑥風門動作不到位，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，須通過氮氣加壓查找漏點，并進行處理;②多次啟真空泵抽真空，每次 30 min;③停機后打開循環水和冷凍水擋板，對熱水管進行加藥除垢清洗;④每個季度檢查 1次一體化數顯溫度計溶液的 pH 值和顏色，發現變質，添加鉻酸鋰溶液;⑤開大冷劑水閥門，滿足機組運行;⑥增大風門開度，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

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

3． 8． 2 現場控制柜防雨罩

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