1　機組概況

    筆者所在單位的冷熱源站房共有直燃式溴化鋰雙效機組15臺,單臺機組制冷量/制熱量為3516kW/2830kW。機組由以下部件組成:蒸發(fā)器,吸收器,冷凝器,高、低壓發(fā)生器,高、低溫溶液換熱器,溶液泵,抽氣系統(tǒng),控制系統(tǒng),燃燒器及其他輔助系統(tǒng)。機組運行原理為:高真空狀態(tài)下水的沸點很低,制冷劑水蒸發(fā)從而冷卻蒸發(fā)器管內(nèi)的循環(huán)水;制冷劑泵使制冷劑水循環(huán)噴淋在蒸發(fā)器管簇上,增強換熱效果。圖1為系統(tǒng)循環(huán)圖。

    2　故障情況

    由15臺機組供應全廠辦公和工藝所需的冷水或熱水,要求出水溫度保持為7℃。對機組定期進行正規(guī)保養(yǎng),并且實行點檢、巡檢制度,機組一直安全運行。但是在2004年,4#機組7月26~30日正常運行后關機,8月6日重新開機運行0.5h后,溶液泵出現(xiàn)抽空現(xiàn)象,聲音異常,抖動明顯,立即進行了停機處理。維修人員對該機組進行密閉性檢驗,發(fā)現(xiàn)機組高壓發(fā)生器筒體下側(cè)(近燃燒室一端)開裂。由于當時為空調(diào)使用旺季時間,機組不能停止供冷,無法檢修4#機組。等到了過渡季節(jié),停止運行機組,放空天然氣,焊接裂縫并更換溶液泵。11月24日開機運行20min后,出現(xiàn)溶液泄漏現(xiàn)象,檢測機組發(fā)現(xiàn)高壓發(fā)生器筒體另一端下側(cè)(遠離燃燒室一端)開裂。為了安全起見和找到故障的根本原因,將機組高溫換熱器和高壓發(fā)生器分隔開來,并對高溫換熱器進行檢漏,發(fā)現(xiàn)濃溶液側(cè)打進的氮氣很快和稀溶液側(cè)連通,表明高溫換熱器出現(xiàn)了嚴重穿透現(xiàn)象。

    3　故障原因分析

    一般來說,溴化鋰機組最容易發(fā)生結晶的部位在高溫換熱器濃溶液側(cè)和濃溶液出口處,因為這里是溶液濃度最高及濃溶液溫度最低處。但是4#機組兩次結晶均出現(xiàn)在高壓發(fā)生器,第一次為高壓發(fā)生器本體和高壓發(fā)生器進口處;第二次為高壓發(fā)生器本體和高壓發(fā)生器進、出口處,說明是由于短時間內(nèi)進入機組高壓發(fā)生器的溶液量過少,使得溶液濃度過高而在高壓發(fā)生器處發(fā)生結晶,在此基礎上分析4#機組出現(xiàn)開裂的原因。

    3.1　第一次開裂

    由于無法用直觀的方法檢測以及沒有詳細、準確的數(shù)據(jù)可用于對比說明問題,目前只能通過現(xiàn)象分析可能的原因。

    1)第一種可能性為高壓發(fā)生器筒體受應力開裂。如果是這種情況,那么由于加熱壓力高于大氣壓力,加之金屬的熱膨脹,一般不會再有大量空氣漏入,結果將是只要真空泵能夠抽除泄入的不凝性氣體,就不會導致機組較為嚴重的結晶現(xiàn)象。另外,機組運行8年,一直很正常,并且筒體為結構件,出廠前進行過詳細的檢測,雖然無法通過運行數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)筒體是否出現(xiàn)裂縫,但是通過上面的分析可知,高壓發(fā)生器由于受筒體應力而開裂的可能性較小。

    2)第二種可能性為高溫換熱器發(fā)生泄漏。稀溶液進入換熱器殼層濃溶液側(cè),使得進入高壓發(fā)生器的稀溶液循環(huán)量減小,同時高壓發(fā)生器繼續(xù)被加熱,其內(nèi)溶液濃度迅速升高,所以高壓發(fā)生器內(nèi)部出現(xiàn)嚴重的結晶固化現(xiàn)象,最后高壓發(fā)生器筒體在結晶處發(fā)生應力變形而開裂。

    3.2　第二次開裂

    第二次開裂出現(xiàn)在高壓發(fā)生器筒體的現(xiàn)象表明高溫換熱器穿透,稀溶液進入換熱器殼層濃溶液側(cè),使得進入高壓發(fā)生器的稀溶液循環(huán)量減小,出現(xiàn)嚴重的結晶固化現(xiàn)象,結果高壓發(fā)生器筒體在結晶處或筒體的裂縫損傷處發(fā)生應力變形、破損。

    從上面分析可知,4#機組高壓發(fā)生器爐膛發(fā)生開裂的原因是高壓換熱器發(fā)生穿透的可能性較大,但由于機組剛運行不久,沒有運行數(shù)據(jù),且高溫換熱器為封閉的換熱器,目前只安裝了一個溫度傳感器,所以無法直觀、及時和準確地確定高溫換熱器的實際運行情況。

    4　解決方案

    4.1　高壓發(fā)生器煙管的腐蝕和爐膛受損裂紋通過

    實驗或探傷檢測后決定解決方案(修補或更換)。

    4.2　更換高溫換熱器,避免使用鋼管換熱器,改進工藝。

    4.3　拆解檢驗已穿透的高溫換熱器,確定缺陷的類型和產(chǎn)生原因(彎曲應力、熱應力、沖刷減薄及腐蝕),以便確定對應的解決措施。

    5　拆解分析

    根據(jù)前面的解決方案,對4#機組進行了維修,通過拆解更換下來的換熱器,分析缺陷產(chǎn)生的原因,以供維修同類型機組時借鑒。

    5.1　檢驗

    5.1.1　換熱器的檢驗

    從外觀上無法檢測高、低溫換熱器的泄漏狀態(tài)。檢測時首先將高、低溫換熱器的進、出口管道與機組隔離,封閉進、出口。在高、低溫換熱器的殼層或管層安裝壓力表,然后充入氮氣以確認換換器是否泄漏。在殼側(cè)充入氮氣后,發(fā)現(xiàn)管側(cè)和殼側(cè)壓力表的讀數(shù)很快持平,說明管、殼側(cè)已經(jīng)發(fā)生嚴重的連通、穿透現(xiàn)象。其次對拆解下來的熱換器進行外觀檢查,確定缺陷的類型和產(chǎn)生原因。

    5.1.2　換熱器鋼管及折流板檢測

    將換熱器靠近頂面的中間段割開300mm×1000mm的方孔,觀察部分折流板和換熱管,發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象:

    1)部分裸露的管子外表面有沖刷侵蝕的麻坑。

    2)折流板明顯減薄,殼體無明顯損傷。

    3)從最上層取9根樣管檢查,發(fā)現(xiàn)管子和折流板接合處損傷嚴重,幾乎每根管子和折流板的接合處都有不同程度的損傷,管壁變薄甚至破裂。其中1根管子與折流板接合處檢測到的壁厚僅為0.2~0.3mm,而另一根管子能直接看見穿孔(1mm×3mm大小),見圖2~4。

    5.2　缺陷分析

    高溫換熱器內(nèi)共有480根左右直徑10mm、壁厚0.8mm的有縫鋼管。從高溫換熱器檢測結果來看,鋼管產(chǎn)生泄漏的位置主要集中在鋼管和折流板的接合處。鋼管變薄和其與折流板接合處損傷、破裂是高、低溫換熱器損壞的主要原因。          

    1)鋼管的耐腐蝕能力較差。

    2)換熱器鋼管內(nèi)流動的是稀溶液,管外殼內(nèi)

    流動的是濃溶液,鋼管穿插固定于折流板的孔內(nèi)。

    鋼管內(nèi)稀溶液為定向流動,殼內(nèi)濃溶液被折流板改變流動方向,降低了流速,增強了換熱,但也使鋼管產(chǎn)生微小的擺動,所以容易在折流板接合處造成損傷,從而引起泄漏。

    3)折流板較薄,易發(fā)生變形。變形的折流板給換熱管施加剪切力,使其受熱時不能自由膨脹,一端在折流板處受阻,另一端受熱應力拉伸減薄甚至破裂。

    6　建議和措施

    6.1　完善檢測手段,對整個機組,特別是高溫換熱器和低溫換熱器的運行參數(shù)要嚴格控制。增加溫度傳感器,改造現(xiàn)有電控箱和完善檢測軟件,使全部檢測數(shù)據(jù)都能傳到計算機上顯示和保存,同時完善運行記錄表。改造原則是盡量利用原有資源,進行小的改造,達到實時控制和監(jiān)測機組的目的。通過對運行數(shù)據(jù)進行對比分析,可以知道機組是否處于正常運行狀態(tài),便于發(fā)生故障時及時對機組進行調(diào)整和處理。根據(jù)每天的檢查結果,可有效地進行預防管理。

    6.2　換熱管更換成耐腐蝕性較強的鎳銅管。

    6.3　增強折流板的厚度,同時改善換熱器的加工工藝。

    6.4　針對改進后的檢測系統(tǒng),完善開、停機和運行過程中的數(shù)據(jù)、故障分析,完善操作指導書內(nèi)容,同時加強培訓。