李淼1 徐诗畅2
1国电电力邯郸东郊热电有限责任公司 河北 邯郸 056004
2大唐武安发电有限公司 河北 邯郸 056300
摘要：低温余热一般指不高于200℃，甚至低到几十度的废热。它包括冷却介质余热、烟气废热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热等。随着社会经济发展，有效利用工业流程中的废热或余热对节能减排意义越来越重大。为此，我国制定多项法律法规推动余热利用。在实际应用中，吸收式热泵技术是一种应用非常广泛的低温余热回收利用技术。
关键词：吸收式热泵；检漏技术；工艺改进
1、工作原理及检漏必要性分析
1.1、吸收式热泵工作原理
吸收式热泵系统一般由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溴化锂溶液泵、水泵、节流阀、相关管道附件等组成，其工作原理是:低温热源进入负压的蒸发器后，间接换热将蒸发器中的水加热为水蒸气。水蒸气流至吸收器中，将热量释放给循环水回水。然后水蒸气溶于吸收器中的溴化锂溶液，加热后的循环水流向冷凝器。稀释后的溴化锂溶液由泵加压送入发生器，在发生器内被外部驱动热源加热。溴化锂溶液受热蒸发出的水蒸气从发生器流动至冷凝器，浓缩后的溴化锂溶液流回吸收器。进入冷凝器的水蒸气凝结，将热量传递给冷凝器中管内的循环水，被再次加热的循环水离开冷凝器，供给到用户端。从冷凝器流出的凝结水经节流阀降压后进入蒸发器，遇低温热源后再次变为水蒸气，由此新一轮循环开始。
1.2检漏必要性分析
吸收式热泵结构复杂,介质特殊(溴化锂在空气中对钢铁有很强的腐蚀作用,但在真空状态下加入缓蚀剂,基本上不腐蚀金属),正常工作时内部为真空状态。不同于普通正压设备,真空运行设备对设备密封性能、整机泄漏率控制要求较高,哪怕是微小的泄漏,也会对产品的使用性能产生很大的影响,而产品自身可能存在泄漏的位置又很多,因此检漏工序显得尤为重要和必要。
2、热泵技术发展
2.1国外发展情况
吸收式制冷的原理在1824年由英国人法拉第发现，并于1855年在德国首次成功应用，之后被世界各国广泛研究。美国Carrier公司在1945年生产了世界上第一台45万kcal/h制冷量的溴化锂吸收式制冷剂。1981年BatteleColumberLabs公司与AdolphCoorsCompany公司合作开发出了性能比较完善的吸收式热泵，并将其应用于炼油厂的冷凝热回收。2007年德国在慕尼黑设置了一台吸收式热泵，将太阳能辅助系统的温差从45℃增加到80℃，提高了太阳能储热罐的储存效率。法国、英国、意大利等国家同样在吸收式热泵的开发利用方面做了大量工作。到目前为止，吸收式热泵在全世界很多工业领域(如纸浆、石油化工、海水淡化、食品加工等)稳定地运行着。
2.2国内发展情况
我国对吸收式热泵的研究工作起步较晚，但发展迅猛，尤其近年来在工业余热回收供暖方面已有许多应用。
1963年上海704研究所开始进行溴化锂吸收式制冷机的研制，之后西安交大对溴化锂溶液在吸收器和发生器内的传热性能进行了实验研究。上世纪九十年代上海交大为上海溶剂厂研制了30万kcal/h的溴化锂高温吸收式热泵，以回收蒸馏过程中水蒸气的潜热。1993年上海704研究所与青岛同和空调设备厂共同开发了两级吸收式制冷机，用于首钢废热回收。2000年中国石油大学将第一类和第二类吸收式热泵用于油田冬季采暖和原油加热输送系统，节能和经济效益显著。2008年，清华大学等在赤峰市穆家营热力站安装2台吸收式换热机组，以加大热网供回水温差。随后2010年清华大学等利用吸收式热泵技术将大同第一热电厂供热能力大幅提高。此后，吸收式热泵机组大量应用于电厂余热供暖，尤以山西省为主[1]。
2016年至2018年河北三河电厂创新地将背压机余压回收发电与吸收式热泵余热回收供热耦合，取得了良好的经济、环保和社会效益。
3、检漏技术
假定本文介绍的吸收式热泵由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、冷剂泵、板换组的封闭环路,并内充以工质对(吸收剂溴化锂和循环工质水)溶液。目前机组的检漏技术包括气密性试验、氦检漏试验、罩检试验三种。
3.1气密性试验
气密性试验是以气体为压力介质，防止机组泄漏的一种严密性试验。试验步骤如下：（1）确认所有零件已焊接、胀接，产品本体及真空管道部分符合图纸要求，整体外观符合要求。（2）气密性试验前，关闭所有单向角阀，打开双向角阀，确保各腔室相互连通。（3）打开机组真空角阀，接通压缩空气，当压力达到工艺要求时，关闭角阀开关。（4）在单位通货膨胀的过程中，我们可以通过听声音（嘶嘶声）来判断是否有大的泄漏。（5）所有外部焊缝应喷检漏液，并逐一检查漏点并记录。如果检验不合格，应重新进行补焊和检验。应特别注意机组的纵向和横向主焊缝，以及膨胀节的一些焊接困难部位和部位，如壳体外箱、真空管道焊缝、管头等。
3.2氦泄漏试验
氦检漏试验是利用氦气良好的渗透性来检测装置泄漏的一种方法。工艺流程是对被检单元进行抽真空，扫描被检表面的示踪探头，通过高灵敏度氦质谱检漏仪检测流入单元的氦气流量，从而检测出单元的泄漏情况，确定漏点。试验步骤如下：（1）将真空泵、氦质谱检漏仪、数显表连接到设备上，对机组壳侧（5Pa以下）抽真空，打开氦质谱检漏仪真空状态，然后打开氦质谱检漏仪上的阀门连接设备。（2）待压力稳定后，用示踪探头逐一检查气密性试验中发现的可疑漏点。从被检部位的上部开始，自上而下，从靠近检漏仪的位置，从近到远，准确地确定泄漏位置。（3）对于膨胀管头，可采用局部排除法对机组换热管头进行局部覆盖检查。盖上热泵两端对应的水室盖，充入适量氦气，密封两端，逐个检查水室。（4）如果存在局部泄漏率大的问题，则采用消除方法。用塑料布或工装盖住待检测部位，充氦气。等待时间应大于反应时间。检查氦质谱检漏仪的泄漏率变化。如果泄漏率在一段时间内没有变化，则确定该区域没有泄漏；如果泄漏率在短时间内迅速上升，则需要继续进行小面积面罩检查，步骤同上。
3.3罩检试验
罩检试验是指用塑料罩将机组整体盖罩,把塑料罩内部充满氦气,测量单位时间内氦质谱检漏仪测定漏入机组内部的氦气量,通过计算得出的实际泄漏量,判定机组的泄漏量是否符合规定要求。试验步骤:将整个机组包起来,将机组外侧与包装塑料膜之间冲入氦气,保证密封不漏气;然后将机组壳程抽真空,启动氦质谱检漏仪,报警值根据要求设定,待压力值稳定下来,保压30min,测总漏率,每隔5min记录一组数据。规定时间内,若漏率低于设定值,则罩检试验合格,机组检漏完毕。
结论
余热资源的回收利用是节约能源的重要途径，其中吸收式热泵技术是余热利用的重要方式。本文梳理介绍了吸收式热泵技术原理及其发展历程，以期为推广该技术提供一些帮助。
参考文献：
[1]牛鹏.基于热泵技术的热电厂循环水余热回收方案研究[D].长春:长春工程学院,2018.
[2]赵龙,何青,刘双白.热电厂用溴化锂吸收式热泵设计软件开发[J].华北电力技术,2019(06):48-51.
[3]汪滔.吸收式热泵用于大连华能电厂的供暖改造研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2019.
[4]戴永庆,耿惠彬.国内外溴化锂吸收式制冷机的发展概述[J].制冷技术,2019(02):9-15.
[5]刘福秋.热泵技术在25MW供热机组循环水余热利用中的研究[D].北京:华北电力大学,2019.