摘要通过对二类溴化锂吸收式热泵系统流程、工作原理的阐述，分析了机组故障的原因，并提出了整改措施，论证了机组可以充分回收低位热能，提高工厂经济效益，达到节能降耗的目的。
关键词吸收式热泵；余热回收；溴化锂；故障诊断
0引言
某装置原来用035MPa低压蒸汽由购置的1.0MPa高压蒸汽减温减压制得，蒸汽购置成本高受外供影响大。经调研该装置内脱烷烃塔塔顶回流物料需要进行冷却．物料流量约500t/h、温度约127℃，为实现物料的冷却，又可回收低温余热，工厂联合北京华清微拓公司，对热泵技术在工厂应用的可行性进行了论证，并研制了二类升温型溴化锂热泵，以制取0.35MPa蒸汽，减少工厂外购蒸汽量，同时实现物料的冷却满足脱烷烃塔的要求。
2012年2月热泵在工厂投运，机组运行平稳，蒸汽产量存8t/h以上，烷烃出口温度存86℃附近，达到了设计指标，但2013年3月、5月机组相继发生故障，蒸汽产量大幅下降，烷烃出口温度大幅降低，现场检查发现冷凝器冷剂满液位（蒸发
器液位平稳），造成机组被迫停机。本文就此故障展开原因分析并提出整改措施。
1热泵原理及故障原因分析
１.１热泵原理
第二类溴化锂吸收式热泵是一种升温型热泵，以低温热源为驱动力而用于提高其他物料温位的设备，其性能系数COP总是＜l，一般为0.47～0.5[1-2]，二类吸收式热泵包括发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、热交换器、溶液泵、溶剂泵、热水泵等主要部件[3]。蒸发器和发生器以低品位（循环烷烃）废热为驱动热源，低品位余热首先进入蒸发器，在蒸发器内加热冷剂释放出热量，冷剂蒸汽进入吸收器，被来自发生器底的浓溶液吸收而放出热量，从而加热吸收器内热水铜管，热水被加热升温后，至闪蒸罐闪蒸，闪蒸产生的蒸汽送至蒸汽管网。原理图如图l：
1.2原因分析
1.2.1故障现象
2013年3月12日，热泵蒸汽产量大幅降低，将热泵停机，对冷凝器和吸收器分别进行试漏检查，检查发现冷凝器有两根管束穿通，由于管层冷却水压力高于机组，冷却水漏入机组，使机组内“冷剂”过多，冷凝器满液位，在积水盘中发生溢流，致使浓溶液浓度偏低，送至吸收器后，影响冷剂吸收率，放热量降低，导致蒸汽产量下降。停机后，将两根穿通管束两端使用堵头堵塞，机组恢复正常。
2013年5月1日，再次发现蒸汽产量降低，停机检查发现，有4个管束穿通，且位置与3月份漏点位置接近。对冷凝器铜管进行抽管，照片如图2：
1.2.2腐蚀分析
(1)对铜管进行检查及对比分析
从图2看出，抽出铜管有一段长约15cm的点蚀腐蚀带，从断口处查看，断裂处减薄十分严重，而且4根腐蚀带相对位置在同一位置。现场比对，腐蚀带位置在冷凝器视镜处，从冷凝器视镜位置可见，机组外有一根管线正对腐蚀处，如图3所示。
经过图纸审查发现，该排放线为吸收器至冷凝器未凝性气体排放线，排放线管口为直喷型，里面未设置防止冲刷的挡板等措施。检查抽出管表面如图2，发现4根泄漏管束正对喷射点处，都有腐蚀坑，背向侧则无腐蚀，且管束离喷口越近，腐蚀越严重。进而表明，管束腐蚀与未凝性气体排放线喷口有关。
(2)原理分析
正常操作时，吸收器压力在1OOkPa(A)附近，液相温度为150'C，冷凝器压力在6kPa(A)附近，温度为35℃，该管线为Φ22 mm×3mm，吸收器至冷凝器高度差以lm计，根据伯努利方程计算，
g=9.81;在吸收器内未凝型气体（主要为蒸汽）为静止状态，速度ul=0；100℃时比重ρ=0.6 kg/m3;管线阻力∑fe不计，因此，
则管线内流速为559.8 m/s。
因该管线位于溴化锂浓溶液喷淋头下方，如图3所示。正常操作时，会喷淋至未凝性气体管口处，致使吸收器内溶剂蒸汽，夹带少量溴化锂，压力为100kPa，以559.8 m/s高速喷射至温度为35℃，压力为6kPa (A)的冷凝器铜管上，未凝性气体内夹带的溴化锂溶液，一方面由于温度急剧下降，溴化锂溶解度降低，另一方面由于压力大幅降低，从而使溶液中的溶剂大量汽化，溴化锂结晶析出，晶体以较高速度冲撞冷凝器管束，形成类似“喷砂”现象的冲刷腐蚀。
2整改措施
2.1断开吸收器至冷凝器的管线
经分析，①由于吸收器作用是溴化锂浓溶液吸收蒸发器来的冷剂蒸汽，接触过程产生大量热，微量未凝性气体对此放热过程影响有限。②该过程中，微量未凝性气体可通过稀溶液溶解带走，不会在吸收器内集聚。③为了施工方便，不影响装置生产，同时验证以上两点准确性，采取了在机组外断开该管线的方式。
2.2对穿通管束及其附近可能腐蚀的25根管束进行堵塞
由于冷凝器管口间距很小，若更换管束后，管口处需涨管密封，其过程易对其他管口造成损伤。经计算，冷凝器内有708根管束，堵塞管束占比为25/708=0.35%，经过核算，不会对冷凝器冷凝效果产生较大影响，因此，将穿通管束及其附近可能腐蚀的25根管束进行堵塞。
3整改效果
3.1整改后，机组运行平稳，至2016年再未出现类似故障。
为了验证取消该管线对吸收器的影响，检查蒸发器压力情况（因吸收器无压力表，吸收器与蒸发器连通，蒸发器压力可间接表示吸收器内压力变化及未凝性气体含量情况），数据如表1：
从上述数据看出，蒸发器压力整改后均值与整改前一致，且最大值与最小值差值更小，较整改前更平稳，表明取消吸收器至冷凝器的未凝性气体管线对吸收器无明显影响。
3.2为查看机组整体运行情况，统计机组蒸汽产量及热源烷烃出口温度，并与设计值进行对比，数据如表2：
根据运行数据，与本装置技术参数中所规定的额定工况进行对比，在驱动热源烷烃温度、流量低于设计值的情况下，蒸汽产量、循环烷烃出口温度达到了技术协议中所规定的设计要求，且蒸汽温度升高，蒸汽品质上升，满足了蒸汽用户的使用要求。
蒸汽约200元/l，软化水5元/t，电耗约18.1元/h,除去上述损耗，每年收益约1061.42万元，达到了节能降耗的目的。
4结论
(1)热泵蒸汽量低的原因为冷凝器管束内漏，冷却水漏入机组，“冷剂”过多，使溴化锂溶液浓度过低造成。
(2)冷凝器铜管腐蚀，主要原因是吸收器至冷凝器的未凝性气体管线含溴化锂，溴化锂急剧冷却结晶后，对冷凝器管束表面形成“喷砂”，腐蚀管束。
(3)经过长期平稳运行验证，设计中该吸收器至冷凝器的未凝性气体管线可以取消，为后期热泵设计提供参考。
(4)热泵整改后，蒸汽产量、热物料出口温度稳定，满足了蒸汽用户、循环烷烃工艺操作的要求。并充分的回收了低位热能，减少了外购蒸汽量，提高了经济效益，达到了节能降耗的目的。
参考文献
[1]黄胜春，张文辉．热泵技术的应用现状及其发展[J].冶金丛刊，2003，144(3)
[2]陈芝久，阙雄才，丁国良．制冷系统热动力学[M]．北京：机械工业出版社，1998
[3]赵晓巍，王树昆．第二类吸收式热泵及其在冶金企业中的应用前景[J]．山东冶金，2004，26(6)
[4]董瑞芬，低温热源驱动溴化锂第二类吸收式热泵的实验研究[D]．天津大学，2007
