淺析水冷離心式冷凍機(jī)維護(hù)保養(yǎng)

高永亮 馬美飛 袁玉祥

（南京中電熊貓液晶材料科技有限公司，江蘇 南京 210033）

0 引言

該公司的廠務(wù)系統(tǒng)主要有生產(chǎn)配電、潔凈壓縮空氣制備及供應(yīng)、純水制備及供應(yīng)、工藝?yán)鋮s水、工藝真空、潔凈（冷凍、空調(diào)、排氣和蒸汽）和重要自控等系統(tǒng)。

冷凍系統(tǒng)由冷凍機(jī)、冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔，以及管道和閥門等組成，冷凍機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，其維護(hù)保養(yǎng)的質(zhì)量關(guān)系到整個系統(tǒng)穩(wěn)定地運行。筆者既要根據(jù)設(shè)備說明書和廠商建議做好冷凍機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)，也要考慮設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和相關(guān)介質(zhì)，對冷凍機(jī)進(jìn)行深入和重點的維護(hù)保養(yǎng)，尤其是運轉(zhuǎn)已超過60000 h的冷凍機(jī)，如重點管控潤滑油、制冷劑、冷卻水和管理冷凝器、壓縮機(jī)等。

1 水冷離心式冷凍機(jī)

1.1 水冷離心式冷凍機(jī)用途

該公司的水冷離心式冷凍機(jī)有低溫、中溫和熱回收3種機(jī)型，為其他廠務(wù)系統(tǒng)供給中、低溫冷凍水和熱水的冷、熱負(fù)荷。

低溫冷凍機(jī)的冷凍水供/回水溫度為7℃/14℃，供給新風(fēng)空調(diào)器除濕盤管和辦公區(qū)空調(diào)所需冷負(fù)荷；中溫冷凍機(jī)的冷凍水供/回水溫度為12℃/19℃，供給新風(fēng)空調(diào)器預(yù)冷盤管、潔凈室干盤管、工藝?yán)鋮s水熱交換器、壓縮空氣預(yù)冷卻器、工藝真空泵、超純水拋光系統(tǒng)熱交換器等所需冷負(fù)荷；熱回收冷凍機(jī)的冷凍水供/回水溫度為12℃/19℃和28℃/35℃，其中12℃/19℃冷凍水供給終端同上，28℃/35℃熱水供給新風(fēng)空調(diào)器預(yù)熱及再熱盤管所需熱負(fù)荷。

1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

該公司冷凍機(jī)都采用三級壓縮和水冷方式，主要包括4個部件、4個制冷循環(huán)過程、4種狀態(tài)、4種介質(zhì)和4個系統(tǒng)。4個部件是指壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器，圖1是部件結(jié)構(gòu)示意圖，圖中還包括熱回收機(jī)和熱回收冷凝器。

圖1 部件結(jié)構(gòu)示意圖

4個制冷循環(huán)過程是指壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)，4種狀態(tài)是指制冷劑在制冷循環(huán)過程中變化的4種狀態(tài)。圖2是制冷循環(huán)過程圖，即從蒸發(fā)器流出的低溫低壓氣態(tài)制冷劑經(jīng)過壓縮機(jī)做功，三級壓縮成高溫高壓氣態(tài)，在冷凝器中與冷卻水發(fā)生熱交換而冷凝成中溫高壓液態(tài)，經(jīng)過節(jié)流裝置節(jié)流降壓成低溫低壓氣液混合態(tài)，在蒸發(fā)器內(nèi)與冷凍水發(fā)生熱交換而汽化蒸發(fā)成低溫低壓氣態(tài)，使冷凍水降溫冷卻，制成所需的冷凍水。4個過程周而復(fù)始，不斷循環(huán)，制成所需溫度的冷凍水。

圖2 制冷循環(huán)過程圖

低溫、中溫機(jī)有制冷劑、冷卻水、冷凍水和潤滑油等4種介質(zhì)，4個系統(tǒng)包括制冷劑、冷卻水、冷凍水和潤滑油系統(tǒng)，熱回收機(jī)還有熱水介質(zhì)，各種介質(zhì)在各自系統(tǒng)內(nèi)流動，并各自發(fā)揮作用。

2 維護(hù)保養(yǎng)的探討

冷凍機(jī)長期穩(wěn)定運行離不開日常維護(hù)保養(yǎng)，如跑冒滴漏檢查及處理、電控箱元器件檢查、溫度和壓力傳感器清洗及更換、制冷劑更換、潤滑油及油濾更換等。冷凍水和熱水都在封閉的系統(tǒng)內(nèi)流動，受外界影響小，其水質(zhì)穩(wěn)定。而潤滑油與轉(zhuǎn)動部件接觸，制冷劑影響制冷效果，冷卻水在半封閉的系統(tǒng)內(nèi)流動，對冷凝器影響很大，因此須重點管控潤滑油、制冷劑、冷卻水和管理冷凝器、壓縮機(jī)等。

2.1 管控潤滑油

潤滑油在潤滑系統(tǒng)中流動，給壓縮機(jī)、齒輪軸、主驅(qū)動電機(jī)軸的軸承和齒輪的嚙合面供油潤滑和冷卻，保證壓縮機(jī)和主電機(jī)等良好運轉(zhuǎn)。潤滑系統(tǒng)由油箱、油泵、油冷卻器、油過濾器、調(diào)節(jié)閥和油管等組成。

冷凍機(jī)潤滑油有特殊的要求，如凝點必須低于冷凍機(jī)的冷凍溫度，保證低溫時有良好的流動性；閃點必須高于排氣溫度30℃，且揮發(fā)性低；不能有水分，以免結(jié)冰；與制冷劑相容，并具有良好的氧化安定性和防腐性。

管控潤滑油不僅要管控潤滑油的使用，按照操作使用說明書選用潤滑油品牌、牌號、油量和運行巡視，更要重視油品檢測和實時更換。該公司冷凍機(jī)潤滑油的基礎(chǔ)油是礦物油，后期考慮選用基礎(chǔ)油是合成油的潤滑油，合成油的黏溫特性好，性能比礦物油穩(wěn)定，使用壽命長，缺點就是價格貴。

潤滑油提前或滯后更換，會造成“欠潤滑”和“過潤滑”現(xiàn)象，導(dǎo)致浪費和設(shè)備故障。該公司采取“按期更換”，更換周期是8000h，存在浪費。冷凍機(jī)運轉(zhuǎn)中，油品質(zhì)隨其理化指標(biāo)變化而變化，潤滑油的主要理化指標(biāo)有黏度、閃點、水分、酸值和機(jī)械雜質(zhì)等。為實現(xiàn)“按質(zhì)換油”，就應(yīng)該對運轉(zhuǎn)8000h后潤滑油進(jìn)行多頻次檢測，摸索出合理的更換周期。后期可以在更換周期前300h進(jìn)行多次檢測、分析，并實時更換。

通過潤滑油檢測，可以判定潤滑油的性能變化和零部件磨損情況，能夠?qū)崿F(xiàn)“按質(zhì)換油”，也能預(yù)判隱患，提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)和維修，表1是潤滑油檢測標(biāo)準(zhǔn)表。換油前，委托第三方檢測機(jī)構(gòu)對油樣進(jìn)行理化性能檢測、光譜分析和鐵譜分析，但是檢測時間長，不能實時反映油品質(zhì)?？梢袁F(xiàn)場使用便攜式油質(zhì)分析儀檢測油樣，通過測量油樣介電常數(shù)的變化來確定潤滑油理化性能指標(biāo)變化程度，就能快速判斷是否可以繼續(xù)使用或?qū)崟r換油。

表1 潤滑油檢測標(biāo)準(zhǔn)表

2.2 管控制冷劑

該公司冷凍機(jī)采用高效率的環(huán)保低壓制冷劑是HCFC123（R123），是一種含氫氟利昂，在大氣中的壽命短，只有1a~4a，對臭氧層破壞作用小，熱力性能良好，大氣壓力下沸點是27.61℃，凝固溫度為-101℃，臨界溫度183.79℃，臨界壓力3.676MPa。運行狀態(tài)下，R123在蒸發(fā)器側(cè)的壓力小于大氣壓，而在冷凝器側(cè)的壓力接近大氣壓，減少了制冷劑泄漏的可能性。制冷劑在壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置、蒸發(fā)器和主驅(qū)動電機(jī)等部件構(gòu)成的系統(tǒng)內(nèi)流動，發(fā)揮制冷和冷卻作用，將4個部件間接聯(lián)系起來，也間接地將4個系統(tǒng)連為一體，其品質(zhì)既對其流經(jīng)接觸的部件產(chǎn)生影響，也影響冷凍機(jī)的制冷效果，4個系統(tǒng)內(nèi)部滲漏或泄漏，都會造成壓縮機(jī)故障，甚至報廢，因此制冷劑的檢測和更換對保證其品質(zhì)至關(guān)重要。

該公司制冷劑采取“按期更換”，更換周期是8000h，也存在很大浪費。冷凍機(jī)運轉(zhuǎn)中，制冷劑品質(zhì)隨其酸值、水分和純度等指標(biāo)變化而變化，為最大化發(fā)揮制冷劑的效能，實現(xiàn)按質(zhì)更換，探索出合理的更換周期，筆者可以參照上述潤滑油的做法。

制冷劑檢測就是通過物理、化學(xué)分析手段全面分析制冷劑樣品，根據(jù)樣品的酸值、水分和純度等數(shù)據(jù)來確定制冷劑的品質(zhì)。通過制冷劑檢測，可以判斷制冷劑是否需要更換、主機(jī)的運行情況、運動部件磨損狀況和系統(tǒng)是否泄漏等，為冷凍機(jī)維護(hù)保養(yǎng)提供了依據(jù)，表2是制冷劑檢測標(biāo)準(zhǔn)表。

表2 制冷劑檢測標(biāo)準(zhǔn)表

2.3 管控冷卻水

冷卻水在半封閉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動，在冷凍機(jī)冷凝器、空壓機(jī)冷卻器、水泵、冷卻塔，以及管道系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動，對制冷劑和壓縮空氣進(jìn)行降溫冷卻，在冷卻塔內(nèi)對已升溫的冷卻水降溫。

管控冷卻水就是冷卻水品質(zhì)管控和及時處理品質(zhì)差的冷卻水，如定期化驗、加藥處理和排污置換等，表3是冷卻水控制指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)表。使用便攜式檢測儀每日檢測冷卻水的酸堿度和電導(dǎo)率，如果檢測值異常，聯(lián)系冷卻水處理公司來現(xiàn)場確認(rèn)，并調(diào)整加藥方案和處理；定期化驗就是由冷卻水處理公司每月抽樣化驗冷卻水，如果主要指標(biāo)異常，也應(yīng)調(diào)整加藥方案和現(xiàn)場加藥處理，如pH值較低，則有腐蝕偏向；而堿度和鈣硬濃縮較高，則有結(jié)垢傾向；濁度超標(biāo)時，水質(zhì)非常差，應(yīng)該清洗冷卻塔，排污置換，補(bǔ)充新自來水等。

表3 冷卻水控制指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)表

水質(zhì)變差，冷卻塔就會滋生青苔和菌，而循環(huán)系統(tǒng)中會有結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象。冷凝器的銅管管徑小、管壁薄和數(shù)量多，同時，銅管內(nèi)冷卻水與銅管外的制冷劑進(jìn)行熱交換過程中，水流速度較緩，換熱溫度較高，因此在銅管內(nèi)更容易發(fā)生結(jié)垢或腐蝕現(xiàn)象。銅管結(jié)垢后，管徑變細(xì)，影響制冷效果，降低了制冷量；而銅管因腐蝕而變薄、穿孔滲漏，使冷卻水滲入制冷劑，導(dǎo)致不能制冷，甚至壓縮機(jī)報廢。

由于冷卻水不是在完全封閉的系統(tǒng)內(nèi)流動，尤其是冷卻塔的布水器完全暴露于大氣中，更利于青苔滋生。為避免或延緩布水器中滋生青苔，保證冷卻水品質(zhì)，筆者在布水器上安裝了蓋子，減少冷卻水與大氣接觸，起到了不錯的效果。

為避免冷卻水循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，就應(yīng)管控冷卻水品質(zhì)，定期進(jìn)行水質(zhì)化驗，并根據(jù)化驗情況，及時調(diào)整防腐蝕或防結(jié)垢加藥方案及處理，或進(jìn)行排污置換等。

2.4 管理冷凝器

冷卻水品質(zhì)變化對冷凝器銅管都產(chǎn)生很大影響，如管內(nèi)壁結(jié)垢，管徑縮小或者管壁因腐蝕變薄，甚至管壁穿孔泄漏等。銅管泄漏導(dǎo)致冷卻水滲入制冷劑，損壞制冷部件，尤其是壓縮機(jī)，甚至造成冷凍機(jī)報廢。為防止造成或擴(kuò)大銅管的損傷，避免造成更大的損失或后果，需要重視管理冷凝器，尤其對運行超過60000h的冷凍機(jī)，需要定期對銅管進(jìn)行除垢和探傷。銅管除垢方法如下。1）物理除垢：拆卸冷凝器兩端蓋，用軟刷清除每根銅管內(nèi)壁附著的垢，并用高壓水槍沖洗；2）反沖洗除垢：采用臨時水泵、水箱和管路等向結(jié)垢不嚴(yán)重銅管內(nèi)泵入自來水，自來水流向與冷卻水流向相反，反沖洗2 h~4 h；3）藥洗和反沖洗除垢：采用方法2中的裝置對結(jié)垢非常嚴(yán)重的銅管進(jìn)行藥洗1h~2h后，再反沖洗4h~6h。

銅管探傷通常采用渦流無損探傷，就是通過一種雙模式分析儀內(nèi)部的高頻發(fā)生器，在探頭的線圈中產(chǎn)生脈沖磁場。當(dāng)所被測銅管進(jìn)入該磁場時便會有渦電流產(chǎn)生，并隨之形成一個二級磁場。當(dāng)銅管的管壁發(fā)生變化時，渦電流便會隨之發(fā)生變化，相應(yīng)的二級磁場也會發(fā)生變化，它們的改變將導(dǎo)致探頭線圈阻抗的變化。雙模式分析儀對探頭線圈阻抗變化進(jìn)行監(jiān)測，將模擬信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字圖形反映在LED顯示屏上，從而為監(jiān)測人員提供被測銅管的相關(guān)信息。

通過銅管探傷，能夠發(fā)現(xiàn)冷凝器中存在一些瑕疵銅管，并采取針對性措施。表4是銅管探傷情況與處理措施表。

表4 銅管探傷情況與處理措施表

銅管探傷也能夠反映出冷卻水品質(zhì)的好壞，例如瑕疵較大的管或泄露管多，能夠反映水質(zhì)有腐蝕性傾向，而探頭無法通過的管多，也能夠說明水質(zhì)有結(jié)垢傾向?？梢越Y(jié)合冷卻水檢測情況，及時調(diào)整冷卻水加藥及處理方案，保證冷卻水水質(zhì)指標(biāo)在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

針對銅管除垢和探傷，筆者的想法如下：方法（2）1年1次；方式（1）和銅管探傷同時進(jìn)行，3年1次；方式（3）5年1次。（需要參考制冷劑和冷卻水的檢測情況）

2.5 管理壓縮機(jī)

壓縮機(jī)不僅是制冷系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，也是整個冷凍機(jī)組的核心。蒸發(fā)器中的冷凍水是自來水，又在相對封閉的系統(tǒng)中循環(huán)流動，因此其品質(zhì)比較穩(wěn)定，對蒸發(fā)器銅管影響很小。前述的潤滑油、制冷劑、冷卻水品質(zhì)管控和冷凝器管理水平關(guān)乎著壓縮機(jī)能否安全、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。要管理好壓縮機(jī)，一方面是關(guān)注其運行，壓縮機(jī)運行的一些工藝參數(shù)是在線監(jiān)控的，如潤滑油、制冷劑壓力和溫度，軸承溫度等，工藝參數(shù)異常時，應(yīng)分析原因和處理。另一方面是關(guān)注壓縮機(jī)主驅(qū)動電機(jī)的狀況，尤其是其振動狀況的測量和管控，對其軸向、徑向和水平方向的振動速度情況進(jìn)行測量，分析異常原因，并進(jìn)行針對性處理，避免損傷壓縮機(jī)，表5是機(jī)器振動值標(biāo)準(zhǔn)表。

表5 機(jī)器振動值標(biāo)準(zhǔn)表

3 結(jié)語

水冷離心式冷凍機(jī)安全、穩(wěn)定運行既離不開對其運行的工藝參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)控，也離不開對其進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)，而潤滑油、制冷劑、冷卻水管控和冷凝器、壓縮機(jī)管理的好差關(guān)乎著冷凍機(jī)維護(hù)保養(yǎng)是否科學(xué)、合理、深入和高效。冷凍機(jī)的四（五）大部件或四（五）大系統(tǒng)通過制冷劑聯(lián)系成相互關(guān)聯(lián)的一個整體，重點關(guān)注機(jī)組內(nèi)部流動的幾大介質(zhì)和相對薄弱的部件，如冷凝器銅管、蒸發(fā)器銅管或壓縮機(jī)等，實施科學(xué)、合理的“腔內(nèi)檢測”，也避免了經(jīng)驗的“望、聞、問、切”造成誤判。根據(jù)介質(zhì)檢測和銅管探傷情況，筆者就能提前預(yù)判機(jī)組是否存在隱患和異常，哪個部件存在缺陷，也很容易幫助我們找到根本原因，就能夠采取針對性處理措施，真正做到預(yù)防性維護(hù)和維修，避免發(fā)生設(shè)備故障。