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冷凝器存在问题及解决措施

一、氨压机房制冷系统运行现状
1． 氨系统
1) 系统配置
氨系统现有7台螺杆压缩机，具体容量配置如下（标准状况下）：
机组编号 机组型号 运行工况 功率kw 制冷量×104kcal/h
1#压缩机 GSV-185 +38℃/-10℃ 450 104
2#压缩机 GSV-185 +38℃/-10℃ 450 104
3#压缩机 GSV-263 450 150/45.17
4#压缩机 GSB-185 -10℃/-30℃ 110 53.1
5#压缩机 GSB-263 -10℃/-40℃ 132 44.5
6#压缩机 GSB-263 -10℃/-40℃ 132 44.5
7#压缩机 GSB-263 -10℃/-40℃ 132 44.5
注：①1#、2#机为高压机，3#机为备用机（可作低压机,也可作高压机）；
②4#机所带负荷为两个-20℃库(700T、1000T)和三台制冰机；
③5#、6#、7#机所带负荷分别为1#和23#和4#、5#和6#速冻库。
2) 系统运行现状
经系统负荷校核计算得如下结论（设计合同数据）：
① 4#机热负荷为41.675×104kcal/hr, 压缩机制冷量为53.1×104kcal/hr,
Q余=（53.1-41.675）×104=11.425×104kcal/hr
Q余用于抵消系统热损耗及压降损耗后,还有一定的余量。
② 5#、6#、7#机各自热负荷为41.2×104kcal/hr, 制冷量为44.5×104kcal/hr,
Q余=（44.5-41.2）×104=3.3×104kcal/hr
Q余用于抵消系统热损耗及压降损耗。
③ 1#机和2#机制冷量共为208×104kcal/hr,热负荷为208.32×104kcal/hr,
设备已处于满负荷运行。
注：因各个速冻库热源基本在10-12T间，远大于设计标准8T。由于热量比较大，使对数平均温差加大，据公式QC=S×K×△tm可知，单位时间内蒸发器蒸发量大于原设计能力，加大了各低压机负荷。在中间冷却器内,由于低压机负荷增加，而高压机已满负荷运行，不能将中间冷却器内气体及时抽走，导致中间冷却器内压力升高，饱和温度升高，据实际测得，中间冷却器内温度为-5℃，高于设计标准-10℃。由于中间冷却器压力升高，导致四台低压机单位质量制冷量减少，在热负荷不变的情况下，要求质量流量增加，而高压机已处于满负荷运行，不能再处理多余的制冷剂蒸汽，同时也加大了冷凝器负荷，进一步加大了冷凝压力。
3) 蒸发式冷凝器现状
氨系统现配置有3台ECO 1600型蒸发式冷凝器
① 单台冷凝器理论排热量：Q理=1587.2×860=136.5×104kcal/hr
② Q总= Q理×3=136.5×3××104=409.5×104kcal/hr（三台共计）
③ 热负荷：Q负=Q高+N高=208×104+1000×860=294.32×104kcal/hr
④ Q负max= Q负×1.21=294.32×1.21×104=356.12×104kcal/hr < Q总
（按夏季最高气温42℃，湿球温度29℃，取排热系数为1.21）
⑤ 将冷凝器表层水垢考虑在内：（水垢按2mm考虑）
Q总'=373.23×104kcal/hr > Q负max
⑥取20%的余量后：Q总'’=373.23×80%=298.58×104kcal/hr < Q负max
4) 结论
① 1#、2#机已满负荷运行；
② 5#、6#、7#机已满负荷运行；
③ 三台蒸发式冷凝器在无水垢的条件下可满足制冷要求，但结水垢后不能满足制冷要求。
2.氟系统
1) 系统配置
氟系统配置有2台活塞式压缩机，具体配置如下(标准状况下)：
机组编号 机组型号 运行工况 功率 制冷量(×104kcal/hr)
8#机组 HC800 -10℃/+36℃ 90KW 18.6
9#机组 HC800 -10℃/+36℃ 90KW 18.6
2) 系统负荷
8#最大负荷为机组额定制冷量的50%，9#机最大负荷为机组额定制冷量的100%。
3）冷凝器负荷
氟系统现配置有两台ECO 1080型蒸发式冷凝器
① 单台蒸发式冷凝器理论排热量：Q理=1094.2×860=94.11×104kcal/hr
② 热负荷：Q负=Q高+N高=18.6×2×104+90×2×860=52.68×104kcal/hr
③ 最大负荷：Q负max=52.68×1.62×104=85.34×104kcal/hr
(按夏季最高气温42℃，湿球温度29℃，取排热系数为1.62)
④ 取20%的余量后：
Q'=94.11×80%×104=75.28×104kcal/hr < Q负max=85.34×104kcal/hr
4) 结论
因氟系统配置蒸发器面积较小，两台HC 800型压缩机能量保持在75%。故一台ECO 1080型蒸发式冷凝器基本能满足制冷要求，但在夏季最高气温时不能满 足制冷要求。而两台ECO 1080型蒸发式冷凝器用于氟系统存在较大闲置。
二、负面影响
1． 由于系统长期处于超负荷运行状态，加大了机械磨损，增加了维修费用 和配件费用。据统计，2000年1-10月的配件费用为61918.75元。
2．由于水垢的形成，系统制冷能力下降，耗电量加大，运行成本加大。现机房月耗电量约为750000度，按平均电价0.7元/度计算，机房每月电费为750000×0.7=525000元。按8%的能量增加考虑，每月因蒸发式冷凝器热交换面结垢导致的运行费用增加为525000×0.08=42000元，1-10月共增加运行费用420000元。
三、解决措施
现有两套方案可解决氨系统冷凝器超负问题；
l 清除蒸发式冷凝器水垢，并加一套水处理设备；
l 将氟系统的一台ECO 1080型蒸发式冷凝器并入氨系统，为氟系统配置一台VC2-80型蒸发式冷凝器（排热量为30×104kcal/hr），并加一套水处理设备。
（一） 除垢
目前除垢基本采用物理、化学、电子除垢等三种方法，具体如下：
1． 物理方法除垢
采用高压水除垢。将自来水通过高压泵加压到数百及至数千大气压、通过特殊的喷嘴（孔径为4-5mm）以极高的速度（100-200米/秒）喷射到蒸发式冷凝器排管表面，将水垢清除。此方案虽能除去水垢，但万一打漏镀锌管，整套氨系统将无法正常运行。是否采用此方案需慎重考虑。
2． 化学方法除垢
在循环水中加入化学药物，通过化学药物与水垢的化学反应将水垢清除。但此方案只能除去最外层的水垢与镀锌管紧密结合的垢层不能用此方案除去，因为虽然添加了缓蚀剂，但腐蚀镀锌管的可能性也很大。
3． 电子除垢
全自动电子除垢仪利用电子元件产生的高频交变电磁场，使水在通过除垢仪时在高频交变电磁场的作用下，离子间相互粘附集聚的特性减弱，而趋于分散，改变为微粒状态，从而在受热面或管壁上无法结垢，并沉淀于设备底部，随排污口排出。该设备除垢原理与我方以前采用的永磁除垢仪作用原理相同，实际使用情况表明该类型的除垢仪并没有起到除垢、防垢的作用。建议不再采用该类型的除垢仪。
4.结论
三种除垢方案可行性比较详见表1
①物理方法除垢见效快、费用低。虽然对方承诺不会产生负面影响，即使打裂会作相应赔偿。但万一发生裂缝现象将影响到整个系统运行，损失难以估量。此方案风险太大，不宜采用。②化学方法除垢以前已采用过，由设备科自已运作，但见效微弱。该方案药剂添加量不宜控制，药剂过多，会对镀锌管产生腐蚀；药剂太少，不能将水垢有效清除。该方案不宜采用。③电子除垢据其它用户反映效果比较明显，但此方案见效太慢，无法保证在夏季高温来临之前将水垢清除。在增加一台蒸发式冷凝器的基础上可试用该方案，能将水垢清除最好。此方案不易直接采用。
（二）增加一台蒸发式冷凝器及水处理系统
该方案具体内容如下：
1．将氟系统的一台ECO 1080型蒸发式冷凝器并入氨系统，这样氨系统
的总排热量将达到：
Q总 Q’总ECO1600+ Q理ECO1080=(373.23+94.11) ×104=467.34 ×104kcal/hr
取20%的余量后：
Q总'=467.34×104×80%=373.87×104kcal/hr < Q负max =356.12×104kcal/hr
能够满足系统在最大负荷下运行。
注：该方案的可行性已得到泰国派特功公司的认可。详见附件。
2． 为氟系统购买一台备用蒸发式冷凝器，型号为VC2-80，排热量为30×104kcal/hr，这样氟系统的总排热量将达到：
Q总= Q理ECO1080+QVC2-80=(30+94.11) ×104=124.11×104kcal/hr
取20%的余量后：
Q总'=124.11×80%×104=99.288×104kcal/hr < Q负max =85.34×104kcal/hr
能满足系统在最大负荷下运行。
蒸发式冷凝器的具体选型参看表2
3. 增加一套水处理系统
由于水中含有大量的钙、镁、钠元素的重碳酸盐、硫酸盐、氯化物等。当水质PH值超过10，冷凝温度超过40℃，出水温度达到35℃时，设备运行600小时左右就会在热交换器表面形成水垢。由于水的蒸发，钙、镁元素的盐类物质沉积在换热器表面，随着时间的推移，蒸发量的加大，一月后，水质PH值将达到20左右，即使冷凝温度保持在35℃左右，冷凝器运行400小时左右时也将形成坚硬的水垢。水垢一但形成，致使蒸发式冷凝器热交换率下降，系统制冷能力下降，耗电量加大，运行成本加大；而且不易除去。为了新增的蒸发式冷凝器不会结垢，旧的蒸发式冷凝器不再结垢，系统能处于良性运转，增加一套水处理系统势在必行。
水处理系统的选型参看表3
四、结论
比较上述两套解决氨系统冷凝器超负问题方案。从安全性、成功率及长远发展考虑，建议采用第二套方案（增加一台蒸发式冷凝器及一套水处理系统）。经参观用户使用情况及性能比较，蒸发式冷凝器建议采用大连冰山巴尔的摩的VC2-80型蒸发式冷凝器。据以往所使用永磁除垢仪及参观用户使用情况来看，电子除垢仪虽然成本低、占地少，但性能不稳定，有效期较短。使用离子交换进行水软化处理虽然比较原始，但最保险，可行性最强。建议采用天津新亚净化技术有限公司生产的离子交换水处理设备。