CO2烟丝膨胀线制冷系统故障分析与对策

河南中烟工业有限责任公司新郑卷烟厂制丝车间 范爱军

CO2烟丝膨胀线制冷系统故障分析与对策

河南中烟工业有限责任公司新郑卷烟厂制丝车间 范爱军

新郑卷烟厂CO2烟丝膨胀线氟利昂制冷系统由于制冷效率低，造成膨胀介质CO2消耗多，能源浪费大。通过对制冷系统中的压缩机进行检修、对系统检查泄露、根据压缩机进气压力调整膨胀阀等措施，最终找出是由于氟利昂制冷系统制冷效率低导致的设备故障的原因，并得到了很好的解决。

一、工作原理（图1）

图1 制冷系统工作原理

从图中可以看出，整个系统包括CO2系统（1）～（6）和氟利昂制冷系统（4）、（7）～（22）。

烟丝从浸渍器（1）的上盖进入，工艺罐（5）中的液体CO2通过泵（6）进入(1)中，对里面的烟丝浸泡、冷冻，达到要求以后液体CO2在重力作用下重新回到（5）中，（1）中剩余的气体CO2回到缓冲罐（2）中，（2）中压力达到规定值（0.8Mpa）后，高压压缩机（3）把0.8Mpa～1.15Mpa的气体CO2压缩为3Mpa的气体CO2，3Mpa的气体CO2进入蒸发器（4）中，（4）中的液体氟利昂和气体CO2进行热交换，气体CO2变为液体CO2进到（5）中，这时液体氟利昂变为气体氟利昂。

气体氟利昂被吸入制冷压缩机（9）中，经过（9）的压缩变为高温高压的气体氟利昂,再进入冷凝器（13）中，经过冷却水（12）的冷却而成液体氟利昂，再经液体收集罐（15）、膨胀阀（20），重新回到（4）中。

二、存在的问题

1.CO2系统中储罐（2）中的CO2压力经常超过设定值1.15Mpa，自动排放到大气中，造成大量的CO2浪费。

2.由于工艺罐（5）中的压力居高不下，制冷压缩机（9）长期100%加载满负荷运行，产生的摩擦热、压缩热得不到很好的交换，造成（9）的曲轴箱油温高，排气温度高，压缩机保护性停机。

3.压缩CO2的高压压缩机（3）由于储罐（2）中的压力居高不下，造成（3）开始生产就不停地运转，长时间运转使（3）的缸体温度达到100℃以上，压缩机活塞环快速磨损。

三、分析问题

经过分析认为，不管是压缩机温度高，还是压缩机长期运行和CO2浪费严重，主要由于氟利昂系统的效率太低，不能有效地短期内把（5）中的压力降下来的缘故。

四、解决问题

1.不打开压缩机的情况下，观察压缩机的加载情况。在外部特征不是很明显的情况下（油温过高，排气温度过高等等），尽量少打开机器。先关闭出口主阀门，用加载25%的加载线圈，分别让加载线圈对4组气缸的加载装置进行加载，从排不凝性气体的出口（22）来观察各组缸的加载与卸载情况。经过检测发现有一组气缸不管是否加载都有气体从排气口排出，说明这组气缸的加卸载装置出了问题。拆开压缩机以后，发现这组加卸载装置两个拉簧断裂，其他部位都很正常。

2.查找系统漏点。先把原有的氟里昂进行回收、放空，再充入氮气。应根据不同部位充入的氮气压力充不同的氮气量，系统不送电的情况下膨胀阀（20）相当于一个截至阀，可以把系统分成3部分充压：阀门（16）到膨胀阀（20）充入1.6Mpa的压力，从阀门（17）充入；膨胀阀（20）到阀门（8）充入1.2Mpa的压力，把蒸发器（4）上面的双联安全阀去掉一个，从接口（21）处冲入氮气；阀门（8）到阀门（10）充入0.8Mpa的压力，先打开阀门（8），当压力达到0.8Mpa时再关闭阀门（8）。保压12小时，原来1.6Mpa变成了0.9Mpa，1.2Mpa没有变化，0.8Mpa变成0.4Mpa。又按照原来的方式重新充压，把肥皂水喷到接口、焊口以及可能泄漏的地方，有漏点的地方由于充入的氮气压力比较高，会出现吹泡现象，经过查找共查出5处漏点，有的地方漏的相当严重。

3.调整膨胀阀。理论上对膨胀阀（20）的调整是根据不同的适用场合在CO2压一焓图中找出合适的CO2饱和温度，做为调整膨胀阀的依据。新郑卷烟厂使用的CO2压力是3.15Mpa，根据压一焓图曲线，与3.15Mpa对应的CO2的饱和温度是-5℃，氟里昂的饱和温度应比CO2的饱和温度低10℃左右，就能达到工艺要求，即氟里昂的饱和温度为-15℃，这套制冷系统用的氟里昂是R22，在吸气压力表中可以找出与-15℃相对应的吸气压力值是0.1～0.2Mpa。

实际操作中判断膨胀阀调整的合适与否，首先对膨胀阀做小调整，让压缩机进气口处结有薄薄的一层白霜，手放在上面，放一会儿以后，是否有粘手的感觉；如果结霜但不粘手，说明膨胀阀调整合适，进入蒸发器（4）的液体氟里昂的量也合适；如果结霜又粘手，说明膨胀阀调整的太大，回流的液体氟里昂太多；如果不结霜，说明膨胀阀调整的太小，进入蒸发器（4）的液体氟里昂的量太少。

4.氟利昂充入量。当氟利昂太少时，液体氟利昂不能和气体CO2充分接触，气体CO2不能及时地变成液体，（5）中的压力降不到要求值，制冷压缩机就要长时间运转；由于润滑油和氟利昂是互溶的，输送氟利昂的同时溶解的润滑油对压缩机起到冷却和润滑作用，当氟利昂太少时造成制冷机曲轴箱油温高、排气温度高，压缩机保护性停机。当氟利昂太多时，排气压力高，也造成制冷压缩机保护性停机。

制冷压缩机根据被冷却的CO2系统压力的不同，让不同数量的气缸加载，已经调整合适的膨胀阀因为工作气缸的数量的不同吸气压力会随之变化。

吸气压力调整到0.1～0.2Mpa，观察视窗（18）中液体氟利昂流动情况，正常情况下液体应充满（18），不应有气泡存在，如有气泡说明氟利昂太少，应补充氟利昂。

5.不凝性气体对制冷系统的影响。烟丝膨胀系统是开放系统，每一批次都会有高沸点的空气（不凝性气体）随着浸渍器（1）上、下盖的开关进到CO2系统中，积累到一定数量，导致蒸发器（4）中的氟里昂热交换效果变差，突出表现就是制冷压缩机（9）多组气缸同时运行，CO2系统的压力还不能降低到要求值。

CO2系统中的不凝性气体不可能完全排出，只有积累到一定量后手动排出，既保证了系统的正常运行，又减少CO2的浪费。

以制冷压缩机（9）加载的情况确定，当制冷压缩机加载75%（三组气缸同时运行），这时手动排放不凝性气体，一直排到制冷压缩机怠速运行。

五、调整效果

膨胀烟丝制冷系统经过维修、调整后，制冷效果有了很大提高，具体数据如下：CO2耗量由调整前的每公斤烟丝耗费0.25公斤降低到0.19公斤，每年节省100吨以上的CO2。3台总功率为175KW压缩机由检修前一开始投入生产就不停的运转到检修后只有一半的运行时间，每年可节省42万度电。