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    玻璃管液位計在制冷機組制冷中的應用及工作流程

    發布時間:2021-03-18 09:04:16??點擊次數:410次

    摘要:介紹了國產玻璃管液位計的制冷原理及工作流程,分析了國產玻璃管液位計運行中出現的奔油現象的原因,提出了相應的解決對策。結果表明:國產玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機組存在設計不足及工藝參數控制不當而引起的;在設計玻璃管液位計時,可采用離心式和二級阻擋相結合的油分離器,當制冷能力有富余時,盡量采用干式蒸發器的玻璃管液位計,蒸發器可采用引射回油裝置;在操作時要求操作人員必須精心操作,嚴格按照工藝指標進行調節,這樣可以避免玻璃管液位計出現奔油導致生產不穩定,螺桿機組運行壽命減短的情況發生。
    螺桿式制冷機組是以螺桿壓縮機為主機的制冷機組,其單機制冷量大,制冷效率高,結構緊湊,運轉平穩,冷量能無級調節,節能性好,易損件少,廣泛用于國民經濟各部門中需要實現人工制冷的場合,如石油、化工、輕工、醫藥等工業產品的生產,及公共場所等大型建筑的空氣調節等。從1976 年我國第一臺螺桿式制冷壓縮機試制成功以來,經過二十多年的技術改造,有了較大改進,但與國外先進的螺桿式制冷壓縮機相比,還有較大差距。如某石化 20 kt /a 尼龍 6 聚合裝置、13kt /a 尼龍 6 紡絲裝置配備了 2 臺國產 II 系列玻璃管液位計作為生產裝置提供冷媒的大型機械設備,玻璃管液位計時常發生奔油故障。
    1 螺桿式制冷機組制冷原理及工作流程
    國產 II 系列螺桿式制冷壓縮機是一種開啟式雙螺桿壓縮機,屬于容積式制冷壓縮機,它利用一對相互嚙合的陰陽轉子在機體內作回轉運動,周期性的改變轉子每對齒槽間的容積來完成吸氣、壓縮、排氣過程。其制冷原理為:制冷機組由蒸發器出來的狀態為氣體的冷媒,經壓縮機絕熱壓縮以后,變成高溫高壓狀態。被壓縮后的氣體冷媒在冷凝器中,等壓冷卻冷凝,經冷凝后變化成液態冷媒,再經節流閥膨脹到低壓,變成氣液混合物。其中低溫低壓下的液態冷媒,在蒸發器中吸收被冷物質的熱量,重新變成氣態冷媒,同時被冷物質的溫度降低。氣態冷媒經管道重新進入壓縮機,開始新的循環。國產玻璃管液位計工作流程如圖 1 所示,在玻璃管液位計里,由于螺桿式制冷壓縮機工作時噴入大量的潤滑油與制冷劑蒸氣一起排出,所以在壓縮機與冷凝器之間設置了油分離器,在分離器里對冷凍機油和制冷劑進行分離,氣相制冷劑通過冷凝后經節流閥組到蒸發器里蒸發,和熱媒( 水) 進行間壁式熱交換,zui后又回到壓縮機頭內;而冷凍機油的絕大部分經冷卻器冷卻后由泵直接送到機頭內的各潤滑點。

    2 奔油
    奔油是指冷凍機油和制冷劑在油分離器里不能完全分離,冷凍機油隨制冷劑進入系統的一種故障,此故障不但使制冷效果降低,嚴重時還將造成機組不能運行。
    3 奔油的原因分析及對策
    3. 1 設備的設計有待改進
    國產玻璃管液位計存在設計不足的問題,如潤滑油和制冷劑的分離效果不如國外的理想,因潤滑油和制冷劑不能絕對分離,極少量的冷凍機油則進入冷凝器和蒸發器,從而進入制冷劑系統,影響了制冷效果,也影響了機組的良性運行。
    3. 1. 1 潤滑油和制冷劑的分離效果不理想
    油分離器的作用是分離壓縮機排氣中攜帶的潤滑油,使進入冷凝器的制冷劑純凈,避免潤滑油進入冷凝器而降低冷凝器的效率。國產油分離器的結構形式一般是過濾式,從壓縮機排出的高壓氣體,通過排氣管進入油分離器,降低流速,當氣流速度小于平衡速度時,大量的潤滑油因為慣性及重力的作用沉降,微粒會跌落下來,使油滴微粒從制冷劑氣流中分離出來。過濾式油分離器的基本工作原理主要就是利用潤滑油和制冷劑蒸氣的密度不同,以及通道截面突然擴大,設置過濾網層,氣流速度驟降(為保障分離效果,必須使進入油分離器后蒸氣的流速下降至 0. 8 ~ 1 . 0 m /s);同時改變流向,使密度較大的潤滑油分離出來沉積在油分離器的底部。
    由此可見,這種分離器內部結構較為簡單,外部龐大,對運行參數要求較高,操作彈性小,不易控制。
    可以采用離心式和二級阻擋相結合的油分離器,離心式的油分離器在高負荷下的效率更高,二級阻擋指通過濾網或濾筒等過濾設備,進行油氣分離,而在排氣流速較低時,其分離效果會更好,二者結合使用可滿足機組負荷變化的需要。
    3. 1. 2 蒸發器的選型及配置
    根據蒸發器介質種類的不同,可分為滿液式和干式蒸發器螺桿制冷機兩類,而前者比后者更容易發生奔油,但制冷效果前者比后者更好。當進入滿液式蒸發器內,載冷劑以 1 ~ 2 m /s的速度在管內流動,液體制冷劑經膨脹閥降壓以后,從筒體的下半部進入,充滿管殼空間,受熱后形成的氣泡不斷上升至液面,管束間大部分充滿制冷劑,二者通過管壁進行充分的熱交換。吸熱蒸發的制冷劑蒸氣,經蒸發器上部的液體分離器,被吸進入壓縮機。為了保證制冷系統正常運行,這種蒸發器中制冷劑的充滿高度應適中。液面過高可能使回氣中夾帶液體而造成壓縮機發生液擊;反之,液面過低會使得部分蒸發管露出液面而不起換熱作用,從而降低蒸發器的傳熱能力。因此,對于制冷劑氟利昂蒸發器充滿高度一般為筒體直徑的 55% ~ 65% 。因此制冷劑氟利昂以很低的速度進入壓縮機頭內。
    而在干式蒸發器里,節流后的制冷劑液體從一側端蓋的下部進入干式蒸發器內,制冷劑走管內流動,而載冷劑走管殼流動,經過幾個流程后從端蓋的上部引出,制冷劑在管內隨著流動而不斷蒸發,所以壁面有一部分為蒸氣所占有,因此,它的傳熱效果沒有滿液式蒸發器的傳熱效果好。但是它沒有液柱對蒸發溫度的影響,且由于制冷劑流速較高(大于等于 4 m /s),因此回油較好。此外,由于管殼充入的是大量載冷劑,從而減緩了凍結的危險。
    滿液式蒸發器通過自吸完成回油,而干式蒸發器則通過壓差完成回油。所以當制冷能力有富余時,盡量采用干式蒸發器的玻璃管液位計,但實際如何選擇則需綜合考慮。
    3. 1. 3 回油裝置
    國產玻璃管液位計并無專業的回油裝置,大部分冷凍油靠制冷劑在制冷系統管路內高速流動循環帶回螺桿壓縮機內部。
    有些比較大型的螺桿制冷系統會設置有專門的油分離器,在油分離器內冷凍油和冷媒一定程度上分離之后,靠制冷系統高低壓系統管路上的冷媒壓力差把冷凍油直接壓回到螺桿壓縮機的低壓側去,這就是強制回油設計。而約克螺桿機則采用了引射回油裝置,效果很好。所謂引射回油就是利用壓縮機頭噴射出的蒸氣通過噴嘴將蒸發器里的潤滑油和制冷劑蒸氣抽入機頭內。約克機的引射回油有兩個取油點,分布在蒸發器的中下部,并不是在底部,經驗顯示這里取油比在底部更有利。為此可以借鑒之,對國產滿液式蒸發器也可采用引射回油裝置。
    3. 2 工藝參數控制
    設備安裝投入運行后,上述狀況很難改變,只有通過精心、科學操作,zui大可能地降低奔油發生的頻率,但實際生產過程中因為操作人員不正確、不精細操作,所以極易造成奔油的發生。
    3. 2. 1 機組運行過程中的供液量過大
    機組運行時,如供液閥開度過大,或系統熱負荷減少,則會造成奔油。因為在蒸發器里,液相制冷劑得不到充足的熱負荷來氣化,而打破了氣化和冷凝的平衡,隨著機組持續運行,致使冷凝器和蒸發器里積存的液相制冷劑越來越多。如此也會造成壓縮機的液擊、結霜和奔油。所以必須通過監測吸氣壓力、油溫、排氣壓力、蒸發壓力、電機電流等指標,嚴格執行工藝控制指標,當吸氣壓力、排氣壓力、油溫和蒸發壓力降低,電機電流升高時,可通過及時調節供液閥的開度來避免上述情況惡化成奔油。
    3. 2. 2 潤滑油溫度控制不當
    油泵啟動后,因為生產需要,需立即啟動主機,而此時的油溫并沒有升起來,油的黏度比較大,且也是溶解于制冷劑濃度zui大的時候,這樣不能充分保證油的流動性和循環量,而且通過系統的循環運行,這種現象將進一步惡化,即油溫更低且油溶解于制冷劑的濃度更大,嚴重時則會發生奔油。
    同樣在機組運行過程中,系統熱負荷降低時未及時調節油溫,則也會發生上述情況。所以油溫必須控制在 35 ~ 70 ℃ 。
    3. 2. 3 制冷制充裝過量
    系統內充裝過量的制冷劑,相應得不到足夠的熱負荷,過量的制冷劑則在系統里循環,可造成壓縮機的液擊和增加壓縮機的負荷,還可造成更多的潤滑油溶解,增加油和制冷劑的分離難度。此時吸氣壓力降低,機頭結霜,則會發生奔油。規定制冷劑充裝時,必須保證吸氣壓力 0. 2MPa 以上,且運行時的吸氣壓力在 0. 15 MPa 以上,保證充裝量不能過少,也不能過量。
    3. 2. 4 機組調節未跟上整個系統熱負荷的變化
    如上所述,熱負荷的降低會造成機組奔油的發生。玻璃管液位計并入了熱負荷復雜且時有波動的系統內,它的操作必須要隨整個系統而動,應隨著系統熱負荷的升、降而增、減載,并不是單獨地調節某臺機組,因為系統管道長且管網復雜,只憑冷凍水溫度調節,會造成調節滯后,增加調節難度,不能達到送水溫度要求,或者造成機組奔油的發生。因此用冷裝置的開、停車和負荷的變化必須及時反饋給供冷裝置,根據熱負荷的變化,及時對機組增、減載,通過冷凍水溫度的變化來指導調節量。通過預見性的調節可規避滯后影響,從而保證機組運行的良性循環。
    3. 3 日常操作中奔油的原因分析及對策
    (1)供液量過大、熱負荷減少等原因引起壓縮機回液,制冷劑液體進入壓縮機,由于液體的蒸發帶走大量潤滑油??筛鶕嶋H情況調整供液量,加大熱負荷或減小冷量控制好螺桿機的負荷,保證運行的平穩。
    (2)壓縮機啟動過程中增載過快,在油溫低、油分離效果較差的狀態下壓縮機很快達到滿載狀態。應控制好油溫,運行前要對油進行預熱,當油溫達到 30 ℃ 左右再啟動壓縮機并且緩慢增載,嚴格控制好壓縮機的吸氣壓力,油壓,排氣壓力等參數。
    (3)加油過多,使油面沒過擋板進入高效分離區。應該加油至油分離器中的油面到達上視液鏡中心處時,停止加油。
    (4)油分離器二次回油效果差,油分離器的 2個回油管同時打開,回油濾網堵塞,回油節流閥未開,油管路堵塞等。應正確調整閥門狀態,油分離器的 2 個回油閥其中的一個閥門常開,另一個閥門常關(定期開);注意清洗回油濾網;正確調整回油節流閥,有油時開大,無油時開小。
    (5)排氣溫度過高,部分潤滑油氣化隨排氣帶走。主要是油溫過高,可檢查冷卻水是否開到位,水壓是否正常。
    (6)制冷劑過多也是引起奔油的原因之一。制冷劑的添加也不是越多越好,要根據儲液器的大小以及制冷量來添加。
    4 結論
    國產玻璃管液位計奔油的原因主要是制冷機組存在設計不足及工藝參數控制不當而引起的。因此,在設計玻璃管液位計時可參考國外先進的同類產品,在操作時要求操作人員必須精心操作,嚴格按照工藝指標進行調節,避免出現因大幅度調節機組運行或平時調整不及時機組出現奔油而導致生產不穩定,螺桿機組運行壽命減短的情況發生。

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