冷水機組板換凍裂原因分析及解決方案

作者：未知
【摘要】冷水機組裡使用板式換熱器作為冷凝器或者蒸發器，已經逐漸成為製冷空調行業的發展趨勢。在實際應用過程中，由於機組系統設計不完善或者用戶使用不當，容易引起板換凍裂的失效模式，論文擬結合失效板換的拆檢結果，採用魚骨圖分析法，從兩方面展開原因分析，並提出相應的解決方案。
　　【Abstract】Using plate heat exchanger as the condenser or evaporator in the water chilling unit has gradually become the development trend of refrigeration and air-conditioning industry. In the practical application process， due to the imperfect design of the unit system or improper use of the users， the failure mode of frost cracking of plate type heat exchanger is easy to be caused. In this paper， combined with the result of disassembly and inspection of the failure plate， the fish bone graph analysis method is used to analyze the causes from two aspects， and the corresponding solutions are put forward.
　　【?P鍵詞】冷水機組；板式換熱器；凍裂
　　【Keywords】 water chilling unit； plate heat exchanger； frost cracking
　　【中圖分類號】TP61 【文獻標誌碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）08-0135-02
　　1 引言
　　製冷空調行業中使用板換作為冷凝器或者蒸發器，已經成為行業發展的趨勢。板換的生產製造過程，自動化程度高，批量生產，產品一致性好，質量穩定。板換具有結構緊湊，占用空間小，換熱效率高，重量輕，冷媒充注量少，初期安裝成本低等優點。較小的冷媒充注量意味著對環境更有利，符合社會對R410A等環保冷媒控制使用的方向。由於板換通道的獨特人字型設計可以對流體產生強大的紊流，使得即使換熱媒質間的溫差小於1K，也可以很有效的換熱。另外，板換水側承壓高，能夠適應更廣泛的應用範圍。[1]由於板換相對管殼式換熱器而言，擁有上述諸多優點，因此在製冷空調行業中，尤其在市場增長率最高的模塊機產品以及小冷量段的風冷冷水機組上應用甚廣。
　　2 板換凍裂的發生
　　對於中央空調冷水機組而言，製造合格的產品，僅僅完成了長期工程的起步階段，正確安裝和使用冷水機組，才能真正給用戶帶來舒適和健康。如果裝機和調試過程中，沒有按照製造廠商的安裝運行維護手冊的注意事項裝機和調試，水質較差，或者水流量太低，或者長期運行在過低的飽和吸氣溫度下，都有可能引起板換失效，出現板換凍裂的故障失效模式：冷水機組的冷媒系統和水系統串通，直接導致壓縮機進水，機組系統中乾燥過濾器受潮等不良影響。[2]C公司風冷渦旋冷水熱泵機組，採用板換作為蒸發器和冷凝器，自產品上市以來，連續五年運行後，客戶端失效板換拆檢結果，超過40%的失效模式是板換內部凍裂。
　　3 板換凍裂的原因分析
　　在冷水機組調試和運行過程中，引起板換凍裂失效的原因有很多，本文採用魚骨圖分析方法，從系統設計、供應商製造過程、工廠製造過程、用戶使用過程以及其他等幾個方面展開分析，擬找出板換凍裂的問題根源。[3]從魚骨分析圖上列出的諸多可能原因里，可以看出引起板換凍裂失效模式的主要原因有以下幾方面：
　　3.1 板換進水管路中過濾器失效
　　由於板換進水管路上的過濾器濾網目數過低，或者濾網脫落，導致過濾器不能有效地過濾用戶現場冷凍水裡的雜質。[4]這種現象經常發生在機組剛調試運行初期，帶有樹葉或者鋼絲網等裝修雜質的冷凍水進入板換，引起板換內水通道堵塞，導致板換內參與交換熱量的水流量低於機組設定的最低水流量要求，從而在流動性最差，溫差最大的位置發生板片冰堵現象，引起板片脹裂，發生內部泄漏，引起板換內部製冷冷媒和冷凍水串通，整個製冷系統失效。
　　3.2 製冷劑飽和吸氣溫度過低
　　大量的實驗數據表明，當板換作為製冷系統內的蒸發器使用時，冷媒在板換內部的飽和蒸發溫度低於-10攝氏度的時間不能超過20秒，否則，易引起板片瞬間擊穿裂開，引起板換凍裂。[5]作者實際採集了一台機組的運行數據，從製冷劑的飽和吸氣溫度分布圖上，可以看出飽和蒸發溫度低於-10度的時間在8秒，在正常範圍之內，如今機組已經連續運行5年，從未出現板換凍裂的失效。
　　3.3 冬季板換電加熱器保護失效
　　通常情況下冷水機組冬季會處於停機狀態，由於板換的特殊結構，導致內部的冷凍水無法完全排盡，或者在用戶熱負荷很小的情況下，冷凍水溫度過低，這些情況下，板換表面的電加熱開始工作，給內部的冷凍水加熱，以防板換凍裂。[6]如果板換因為短路或者機械故障，無法通電加熱，就會失去保護效果，從而引起板換內漏。這樣的失效情況屬於外部因素，只需要板換加熱器在加工製造過程中，加強出廠檢測，是可以預防的。
　　3.4 流量開關保護失效
　　冷水機組中的流量開關，主要作用是在冷水流量低於設定值時，報警停機，防止機組板換凍裂。一般安裝在出水管道上。如果出現流量開關機械故障或者人為屏蔽流量開關的現象時，機組的控制程序，就不能及時發出報警停機，導致機組在水流量低於設定額定值時仍在繼續運行，製冷劑在板換內部繼續蒸發冷卻冷凍水，從而導致板片凍裂。