1 保持高真空度的必要性

溴化锂吸收式制冷机是一种必须保持高度真空状态才能进行稳定工作的制冷设备。为此，应将机组内的空气以及其他不凝结性气体及时排出。必须保证高真空度的原因有：

1．1 保证机组制冷工况

只有能使吸收式制冷机保持在高真空的状态下，才能在蒸发器内形成低压环境，从而使冷媒水在低温(4℃～5℃)的情况下蒸发，达到制冷工况的稳定运行。而如果有空气存在的话，那么空气分压力会使得机组内压力上升，冷媒蒸发温度就会升高，造成所需要的冷水温度和制冷能力无法得到。

如图1所示，在吸收器中空气等不凝结气体即使是少量的存在，虽然其在机组停机时会和其他冷媒蒸汽一样均匀分布在机组中，但当机组运行时就会在传热管的表面堆积，影响传质性能，严重妨碍了吸收换热性能。

1．2 防止机组内发生腐蚀

吸收式冷温水机的主要材料是钢与铜材，而溴化锂是一种盐类，具有腐蚀性。如果机组内有空气存在的话，就会由于空气中的氧气而使得金属材料表面氧化，发生腐蚀，影响了机组的耐久性和寿命。

图1 冷媒蒸汽和不凝结气体的状态

2 不凝结气体对机组运转循环的影响

要保持一台溴化锂制冷机内完全不存在不凝结气体是不可能的，如果存在少量不凝结气体会给运行的机组带来什么影响呢？

如果运转机组内存在不凝结气体，就会使得蒸发器内冷媒蒸发温度上升，进而使冷水温度提高而无法达到制冷能力要求。由于冷水温度无法达到所需的低温，使得运转中的机组对热源的需求量增加，从而使得吸收液浓度上升，高温再生器温度和压力上升，进而引起防止高温再生器温度压力过高的安全保护装置动作而机组停机。

在运转循环上如图2所示，吸收液的循环向着高温度、高浓度的方向移动，距离结晶线接近了，这成为了吸收液结晶的主要原因。

图2 由于真空度不好而造成的迪林曲线图的变化

吸收器中吸收液对冷媒吸收能力的下降，通常会引起热源需求量的增加，机组运行不经济，并由于后述腐蚀抑制剂的作用，常产生微量的不凝结气体，主要是氢气。随着吸收液温度的上升，氢气的产生量也大幅增加，进一步增加了机组内不凝结气体的量。正如图3所示的，机组真空度差，会引发高温再生器温度上升，进而出现安全保护装置动作和热源消耗量的增加；同时也会引发机组吸收能力的下降，进而出现热源消耗增加、制冷效果差，甚至出现结晶。而机组最后出现的这一系列的异常情况，归根结底都是由于机组的真空度不好造成的。

图3 真空度差时机组的表现情况

3 维持真空度的方法

那怎样才能保持机组的高真空度要求呢？通过实践我们发现，要维持溴化锂制冷机高真空主要有以下几点要注意：

3．1 要将机组完全密闭

不论是机组的大部件还是小部件都要作为真空系统的一部分而全部达到．完全密闭的要求。具体的方法主要有尽量采用焊接，减少螺栓和法兰连接，采用完全密封的屏蔽泵，阀的连接处采用密封垫片等等。在吸收式冷温水机的设计和制造过程中应当都考虑到。

3．2 进行高精度的检漏

到底从外界能有多少空气漏人机组内需要进行高精度的检漏来确定。在制造过程中应当进行多次不同性能的检漏。

1)氮气检漏机组内通入147kPa～196kPa压力的氮气并保压，在机组外各个部位撒上肥皂水，如果有肥皂水气泡，说明有漏点。

2)氦气检漏将待检机组包覆起来，并通入氦气。将机组内气体通人质量分析仪，分析有没有氦气，从而确定设备的漏率。

3．3 通过抽气装置将不凝结气体排出

溴化锂吸收式冷温水机都设置了抽气装置用以将机组内的不凝结气体排出，具体使用方法根据机组结构的不同而有不同。

4 抽气装置

虽然在设计、制造和检验的过程中会竭尽方法保持机组的真空度，但仍难以保证运行一段时问后的机组能继续保持其真空度。所以必须要在溴化锂制冷机上设计附属抽气装置，进行定期手动操作或者能够自动将不凝结气体排出。这种抽气装置的功能是将在机组内四处扩散的不凝结气体收集到一起，并将其出到机组外。

4．1 不凝结气体收集装置

为了将机组内到处扩散的不凝结气体抽到抽气筒中，需要用吸收液作为驱动源，这也就用到了与溶液的饱和压力相近的能产生低压的吸收液喷射装置。

这种喷射装置的原理就是在吸收液流动中某处设置分流，让分流的溶液通过一个窄小的通道，在此处溶液的流速会增大，分压力会下降，从而带动不凝结气体一起被抽走。

在机组中，吸收液以高速通过特殊构造的喷射器时，就可以在其中产生真空部(真空度为质量分数是58％，温度是36℃的吸收液在迪林曲线上的对应的饱和压力0.8kPa，也就是6mmHg)。

在这个喷射器的低压部分有不凝结气体聚集，流动的吸收液带动不凝结气体吸收进抽气装置的气液分离器中。在此气液分离器中，不凝结气体和吸收液分离开，气体进入机组上部的储气室中，吸收液回到低压部分。

一般情况下，都是将气液分离器安装在机组的最下部位，而将储气室安装在机组的最高部分。在这个高液面的储气室中积存着不凝结气体，由于是储气室

内的溶液向下产生压力，所以储气室内不凝结气体的压力也就是吸收液的液面差。

例如比重为1.6的吸收液对不凝结气体有1m高的液面差的话，箱内的压力就是：1000 ×1.6×9.8= 15.6kPa(117mmHg)，小于一个大气压力。

所以在储气室中积存的不凝结气体就必须使用一些没备将其排出去，主要的设备有：钯管、吸收液加压、冷水喷射器和真空泵等。

4．2 气体排出装置

1)钯管排气装置

钯是一种稀有金属，元素符号为Pd，它有着在加热的时候能够使得氢气分子通过的性质，并且氢气分子会从浓度高的一侧向浓度低的一侧通过。见图4。

图4 钯管装置及氢气透过概要图

在溴化锂制冷机中，按照设计思路使用了防止腐蚀的缓蚀剂，加入后跟随溴化锂溶液在机组内各个部分与钢板和溴化锂溶液相互作用产生防腐蚀膜，同时产生氢气。

这些在机组内产生的氢气在储气室中集结，并如图4所示，在钯管的作用下排出机组外。具体过程是加热钯管旁边的电加热器，使得吸附在钯管膜上的氢气分子通过钯管内膜，进入氢气浓度相对较低的外界大气一侧，完成抽气功能。为了保证钯管排气的顺利进行，必须用电加热器加热，保证钯管自身达到250℃～300℃的温度。

详细的原理是：氢气分子在钯管中在250℃～300℃的温度下分解成氢原子，并将自身的自由电子给予了钯合金，成为了氢核；氢核通过钯管壁从另外

一侧出来，并再次从合金中取回自由电子而变回氢原子进而合成氢气分子。由于氢核的体积只是氢气分子体积的千分之一以下，所以可以很轻易的通过钯管排出。

这种抽气方法只能用来排出氢气，并且建议在溴化锂机组停机的时候也不要切断控制箱的电源，保持加热器通电状态，以不问断地将机组内产生的氢气排出。

2)吸收液加压抽气方式

此种方式如图5所示，通过吸收液喷嘴将吸收器中的不凝结气体在机组运行的过程中抽到储气室中。

此时，A阀门关闭，B阀门打开，根据吸收液泵的出口压力(必须大于大气压力)，通过采集装置将吸收液排出机组。这种方式必须要定期确认储气室的压力以及溶液的液面，使用手动操作，并只能在吸收液泵出口压力大于大气压力的机组中使用。

图5 吸收液加压抽气方式

3)冷水喷射抽气方式

首先在制冷运转过程中，通过吸收液喷嘴将不凝结气体抽进机组中与冷水旁通管路相连接的储气室中，之后将冷水旁通管路上的电磁阀打开，使冷水通过水喷嘴的流动以产生低压，之后再打开冷水旁通管与储气室之间的电磁阀，就能将储气室内的不凝结气体排出。(由于12℃的冷水的饱和压力是1.5kPa，接近真空。)

由于此种方式需要利用冷水，为了节约冷水量，应当在储气室上安装压力开关，当储气室中压力上升的时候，也就是不凝结气体量上升的时候，自动的采用抽气排出多余气体。这种方式需要确定水侧的电磁阀运转正常，因此需要定期对其进行检测有无泄漏或者异物阻塞。

4)真空泵抽气方式

此种方式将积存在储气室中的不凝结气体利用真空泵的机械运转产生真空压，将其排出机组外的。

5 缓蚀剂

除了以上的方法维持真空度外，还有一种方法就是通过减少机组内不凝结气体的产生量来达到维持真空度的目的。

溴化锂吸收式冷温水机所使用的主要材质是钢铁和铜，都会与溴化锂溶液反应发生腐蚀。溴化锂溶液和食盐水溶液性质类似，也和海水的金属腐蚀类似，在反应后产生氢气这种不凝结气体。

因此为了达到实际使用时不影Ⅱ向机组运转的程度，除了将在机组内产生的不凝结气体通过抽气装置随时排出机组，从而减少机组内对产生腐蚀有利的氧气的含量外，还需要对溴化锂溶液中加入缓蚀剂，可以在机组内钢板和铜管的表面形成一层致密的防腐保护膜，从而减少腐蚀的发生和不凝结气体的产生量。

现在情况下一般使用的缓蚀剂是钼酸锂，其作为缓蚀剂可以在金属表面形成氧化薄膜，并且会被慢慢的消耗掉，其消耗的速度在腐蚀性强的环境中厦迅速。

在最初充人机组的缓蚀剂溶液，在机组内产生氧化薄膜后，会随着时间而被慢慢消耗。所以应当对其含量进行定期检测，不足的时候进行补充。大体的过程是：

1)缓蚀剂刚充入机组后在金属表面形成防腐薄膜，如图6所示。所以在机组初次运转的时候，机组内缓蚀剂的含量会大幅度减少。

图6 缓蚀剂刚充入机组时金属表面情况

2)随着时间的推移，机组内形成的防腐膜会由于混入机组的空气和高温的作用而受到破坏，如图7所示。

图7 机组运行一段时间后金属表面情况

3)此时如果能够在机组内再加入足量的缓蚀剂，将会重复上述的反应，将有破损的金属表面防腐膜修补好。

通过以上的步骤，机组内的缓蚀剂会被消耗掉。所以可以按照图8、9所示通过测定机组内缓蚀剂的减少量来确认机组的腐蚀情况。

图8 正常情况下缓蚀剂的变化

图9 通过对缓蚀剂尝试进行分析，发现显著减少的异常时的例子

6 结论

实际运行的溴化锂机组中，有很大一部分制冷效果不好的机组都存在或多或少的真空度不足的情况。为解决这个问题，在机组结构方面，设计了抽气装置、钯管装置、真空泵装置等，还利用了缓蚀剂来尽量减少机组内不凝结气体的产生；在机器的制造方面，每一道焊缝的质量都关系到整个机组的性能，必须严格检验；在检验方面，利用了氮气检验、氦气检验、X光检测等一系列的检测方式来尽力保证机组的真空度。正是通过以上这几个方面的努力，才能使得溴化锂机组达到设计的制冷要求，满足客户的使用要求。

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知识点：溴化锂吸收式制冷机的真空管理

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