繆寶龍，孫文哲，段 龍，韓笑生，遲翠華

(上海海事大學，上海 201306)

隨著世界經濟的快速發(fā)展，人類已面臨著日益嚴重的全球氣候變暖和化石能源枯竭的威脅，節(jié)約能源、保護環(huán)境已越來越受人們的重視!因此，太陽能、地熱和工業(yè)廢熱等低品位能源的利用已被人們所關注。而吸收式制冷，以其具有可直接利用低品位熱源驅動、不使用對臭氧層有破壞作用的CFCs為工質等獨特的優(yōu)點，也越來越受到國際研究工作者的青睞。研究如何高效利用工業(yè)余熱、太陽能和地熱，采用吸收式制冷循環(huán)進行制冷，提高吸收式制冷循環(huán)的性能系數 (COP)，減小制冷設備的體積，對加快CFC替代進程、節(jié)約能源具有重要的現實意義。目前最為常用的吸收式制冷系統為溴化鋰吸收式制冷系統和氨水吸收式制冷系統。前者制冷溫度由于受到制冷劑的限制，不能低于5℃，一般僅用于空調，后者的制冷溫度范圍非常大(+10～－50℃)，不僅可用于空調，而且更重要的是可用于0℃以下的普通制冷場合。因此，在冷凍冷藏業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，對氨水吸收式制冷系統的研究無疑具有更加重大的意義。

1 噴射—吸收式氨水制冷技術及原理

1.1 噴射—吸收式氨水制冷循環(huán)

氨水吸收式制冷系統主要由四個熱交換設備組成，即發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器，組成兩個循環(huán)環(huán)路:制冷劑循環(huán)和吸收劑循環(huán)。它以氨水溶液的熱力學特性為基礎，即在常溫下氨水溶液能夠強烈地吸收氨蒸氣，而在高溫下又可以將氨蒸氣釋放出來，由熱能驅動以實現制冷的目的。制冷劑循環(huán)，從發(fā)生器產生的高溫高壓氨蒸氣流入冷凝器，在冷凝器中被冷卻介質冷卻成液態(tài)，然后經節(jié)流閥節(jié)流降壓后流入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)吸熱，吸取被冷卻介質的熱量產生制冷效果。吸收劑循環(huán)，從發(fā)生器流出的稀氨水溶液不斷吸收蒸發(fā)器產生的低壓氨蒸氣，維持蒸發(fā)器內低壓狀態(tài)，稀溶液吸收氨蒸氣后變成濃溶液經溶液泵升壓后進入發(fā)生器，在發(fā)生器中被加熱，產生氨蒸氣，而剩下的稀氨水溶液返回吸收器再次吸收低壓氨蒸氣。

本文主要是對一種基于噴射—吸收理論提出的新型氨水制冷循環(huán)的性能進行研究，該循環(huán)由柴油機高溫煙氣驅動，是船舶制冷技術方面研究的一項重要成果，循環(huán)流程圖見圖1。

圖1 噴射—吸收式氨水制冷循環(huán)流程圖Fig.1 Jet-absorption type ammonia refrigerating cycle flow diagram

噴射—吸收制冷機基本結構由高溫發(fā)生器、低溫發(fā)生器、分離器、噴射器、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、儲液器以及溶液熱交換器等主要部件組成。本機選用氨水為工質對，其中氨為制冷劑、水為吸收劑，安裝2個不同設計尺寸的噴射器，按照不同的工況要求選用不同的噴射器加入循環(huán)。

高溫煙氣依次通過高低溫發(fā)生器，實現了熱量的分級利用。由吸收器流出的濃氨水溶液經溶液泵加壓后，先經過溶液熱交換器，與來自高溫發(fā)生器的高溫稀溶液換熱，然后流入低溫發(fā)生器經煙氣加熱達到過熱進行一次發(fā)生，流入分離器閃發(fā)氣液分離，高濃度的氨蒸氣上升進入精餾段與回流冷凝器冷凝下來的氨水溶液進行熱質交換，溫度逐漸降低，濃度逐漸升高直至達到99.8% 以上。由塔頂流出的高濃度的氨蒸氣進入冷凝器冷凝為氨液，經節(jié)流后進入蒸發(fā)器產生制冷量。分離器底部中等濃度的氨水溶液流入高溫發(fā)生器，在高溫煙氣的加熱下進行二次發(fā)生，產生的高溫高壓的氨蒸氣作為噴射器的工作蒸氣，引射蒸發(fā)器中的氨蒸氣。兩股蒸氣在混合擴壓后分別進入兩個吸收器，在冷卻水作用下被稀溶液吸收最終形成濃溶液，以此循環(huán)往復。

1.2 噴射—吸收式氨水制冷機電氣控制

機組電源為三相五線制交流電源，電壓380 V，電源線由用戶送至機組電控箱，調試時由專業(yè)人員接通 (相線和零線接至電控箱內端子排，地線接至箱內接地螺絲)。動力線規(guī)格必須滿足機組配電功率要求，配電功率見機組銘牌。

為保證機組安全運行，機組必須有專門的接地極，接地電阻不得大于10Ω。機組電氣設備接地端應可靠地與接地極相連。

圖2 機組電氣原理圖Fig.2 The unit of electrical schematic diagram

1.2.1 系統構成

機組控制系統可編程序控制器 (PLC)、鉑電阻、流量開關、壓力傳感器、液位控制器等先進的檢測、控制元件一起，實現對機組的最優(yōu)化控制。

1.2.2 系統功能

控制系統有自動、手動兩種控制方式，一般情況下均采用自動控制方式，手動控制方式僅在機組調試及處理故障時采用。

控制系統具有參數設定、按程序自動啟停機組、冷卻水進口溫度限度控制、溶液濃度限度控制、負荷自動調節(jié)、溶液循環(huán)量自動調節(jié)以及運行參數實時檢測和顯示、安全保護、故障自動報警、數據記憶、資料貯存等功能，實現對機組運行高效、全自動控制。

1.2.3 機組電氣原理

1.2.4 操作方法

打開控制箱箱門，將控制箱最上部的控制電源開關置于on位置后，再將控制箱下部箱體上的最左側控制機組的空氣開關置于on位置，鎖上控制箱箱門。此時電源接通，再將控制柜上的開關旋鈕旋到“開”處，電腦左側的“POWER”燈亮 (綠色)，表明電腦已接通電源。當整個控制柜線路接通電源時，在控制柜表面，我們還可通過手動調節(jié)按鈕調節(jié)冷卻水泵、冷凍水泵以及冷卻塔風機頻率，對機組實行全方位控制。

1.2.5 參數設定

在控制柜上通過手動調節(jié)按鈕按照設定值調節(jié)冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔風機以及溶液泵頻率，頻率調節(jié)范圍在0～50 Hz。

1.2.6 機組啟停

按前面介紹的方法完成機組供電及參數設定后，進入機組運轉監(jiān)視畫面，檢查機組無故障指示燈呈紅色后，再進行下述操作。

在確認冷水泵出口閥門處于關閉位置后，啟動冷水泵，慢慢打開出口閥門，調整流量至額定值。同時還需啟動冷卻水泵，方法與冷水泵的啟動相同。隨后打開機房通風扇，并根據所選擇的控制方式按下面步驟啟停機組。

當機組采用遠程控制時，先把控制柜內空氣開關置于1處，然后將旋鈕開關置于關處，再通過組態(tài)王上的啟動界面的啟動按鈕啟動機組。停機時也可通過組態(tài)王界面上的停止按鈕停止機組。

當機組采用手動控制時，當給機組控制柜 (3個信號燈，2個蜂鳴器，1個電源開關，1個溶液泵自動手動選擇開關，啟動、停止按鈕各一個)供電后，首先把控制柜內空氣開關置于1處，然后將旋鈕開關置于開處，再按一下啟動按鈕，電源信號燈亮，機組開始運行。

運轉過程中，操作人員需調整冷卻水出口溫度，將其控制在36～38℃。停機時，按機組控制柜上的停止按鈕，電源信號燈熄滅，同時把開關旋鈕旋到關處。隨后關閉冷卻塔風機，3 min后慢慢關閉冷卻水泵出口閥門后停泵，隨后慢慢關閉冷水泵出口閥門并停泵。

2 噴射—吸收式氨水制冷機調試過程

2.1 機組外觀及安裝工程審查

(1)檢查機組是否受過重震及碰傷;油漆是否擦破;電控柜、變頻器、儀表、閥門及電纜是否有損傷或異樣;機組是否遭受長時間的雨淋;在戶外放置時間是否過長。如發(fā)現有明顯損傷，應及早處理。

(2)檢查安裝是否符合要求。

2.2 水系統檢查

(1)檢查管路系統是否清洗干凈，冷卻塔、水池與外界相通的裝置是否有雜物。

(2)檢查在系統管路最低處是否設有排水閥及在各聯管的最高處設排氣閥門。

(3)檢查水管路系統中是否裝過濾網。

(4)按照現場接管圖檢查管路。檢查水管的位置和方向是否正確，管路是否吊掛、支撐，以防壓力承受在水蓋上等。

(5)檢查水管路系統有無滲漏，水泵及管道是否有振動，水流量是否達到規(guī)定值，水質是否符合要求，若水質不合格，需加裝水處理設備。

(6)檢查管路上所有的溫度計、流量開關、溫度傳感器及壓力表是否安裝，安裝位置是否合理。

(7)檢查水泵，包括:各連接螺栓是否松動;潤滑油、潤滑脂是否充足;填料是否漏水，漏水大小以流不成線為界線;檢查時間繼電器、空開、繼電器及電氣接線是否正常，用萬用表檢查運轉電流是否正常;泵的壓力、聲音及電機溫度等是否正常。

(8)檢查冷卻塔的型號是否正確，流量是否達到要求，溫差是否合理;檢查風機的運轉情況，運轉電流是否正常。

2.3 真空泵檢查

(1)檢查真空泵油牌號是否正確;檢查真空泵油外觀，油是否乳化。

(2)判斷并調整真空泵正反轉。確認真空泵下抽氣閥關閉，取下取樣抽氣閥口的密封塞并用手指堵住后打開取樣抽氣閥，啟動真空泵，根據是否有吸氣來判斷真空泵正反轉，吸氣為正轉。若真空泵反轉，調整控制箱三相電源的任意兩根輸入線，使真空泵正轉。

2.4 機組氣密性檢查

機組在出廠前已對其各部分進行過嚴格的氣密性檢查，但由于運輸、起吊及安裝時振動與碰撞等原因，可能造成某些部位泄漏，在機組調試前應對其重新進行氣密性檢查。首先應進行真空檢驗，若不合格則需進行壓力找漏，找到泄漏點并修補后再進行真空檢驗，反復進行，直至真空檢驗合格。

2.5 真空檢查

將機組通大氣閥門全部關閉。對未調試的機組，用真空泵把機組內壓力抽至30 Pa以下。停真空泵，記錄下當時的環(huán)境溫度t1，并從麥式真空計上讀取機組內絕對壓力值p1。保持24 h后，再記錄當時的環(huán)境溫度t2以及機組內絕對壓力值p2。按下式計算壓力升高值，壓力升高值△p不超過5 Pa為合格。

對調試過的機組，在真空泵排氣口接一根橡膠管或塑料管，并將另一端管口放入裝有真空泵油的桶中，用氣泡法來判斷機組氣密性。(a)測試真空泵的極限抽氣能力; (b)合格后打開冷凝器抽氣閥、吸收器抽氣閥，再慢慢打開真空泵下抽氣閥和真空泵上抽氣閥，抽氣2 min后，關閉真空泵氣鎮(zhèn)閥，觀察不凝性氣體的氣泡，并對氣泡計數1 min。正常氣泡數每分鐘應小于等于7個，若每分鐘氣泡數大于7個，應按上述方法再次檢查，直至氣泡數達到正常值。如果2 h后氣泡數仍達不到正常值，且每分鐘的氣泡數維持在一個較大的值沒有減少，則應及早進行壓力找漏。

2.6 壓力找漏

往機組內充入表壓0.1～0.12 MPa(760～910 mmHg)的氮氣，若無氮氣，可用干燥無油的空氣，但對已經調試或運轉過的機組，必須用氮氣。充入氮氣后，在焊縫、閥門、法蘭密封面、視鏡等可能泄漏的部位涂以肥皂水，有泡沫產生并擴大的部位就有泄漏。找出所有泄漏點后，將機組內的氮氣放盡進行修補。再按前面的真空檢驗方法進行氣密性檢查。

在往機組內充氣和從機組內放氣時，一般通過冷劑水取樣閥進行 (先旁通冷劑水后放氣)。機組內沒有溶液和冷劑水時還可通過其他通大氣閥門充、放氣。

2.7 自控元件和電氣設備檢查

機組在運輸及安裝過程中，電氣設備和自控元件有可能被損壞，因此在機組安裝完畢后，均應進行仔細檢查。

(1)現場接線檢查。參照現場接線圖，檢查電源及其設備 (冷卻塔、水泵等)的動力與聯鎖接線。

(2)機組控制檢查。仔細檢查和確認機組控制箱內的元器件，接線，各設定值，以及各傳感器和流量開關的安裝是否正確。

2.8 機組加溶液

氨水溶液中一般已加入0.1% ～0.3% 的鉻酸鋰或0.05%～0.2% 鉬酸鋰作為緩蝕劑，溶液pH值已調至9～10.5，濃度為50%，在注入機組之前應再次確認。

采用負壓吸入方法由溶液泵出口側的加液閥處加溶液。將機組抽真空至絕對壓力低于100 Pa后，如圖3所示，將一根DN25真空橡膠管或鋼絲增強橡膠管一頭套在涂有真空脂的加液閥接口上，向管中灌滿溶液后，另一端包上過濾網插入盛滿溶液的容積約為0.6 m3的容器內，打開加液閥即可將溶液吸入機組內。加液過程中，軟管一頭應始終浸入溶液中，并注意向容器內的加液速度及加液閥的開度，使容器內溶液保持一定液位。

圖3 機組加溶液圖Fig.3 The graph of adding solution into unit

3 結語

在了解吸收式制冷技術的發(fā)展前景后，本文對噴射—吸收式氨水制冷原理作了簡單的介紹，同時對系統在調試過程中所遇到的問題和注意事項也作了比較詳細的闡述。接下來的工作將是對噴射—吸收式制冷機組進行性能測試和更進一步的研究，達到提高其制冷量的目的。

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