工業(yè)設(shè)備冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造的技術(shù)分析

王中本 符亞麗 陳春濤(中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471000)

0 引言

目前我國工業(yè)處于高速發(fā)展的階段，大多數(shù)的工業(yè)設(shè)備自身會產(chǎn)生大量的熱量，為了保證設(shè)備的安全高效運行，必須采取一定的措施為設(shè)備進行冷卻[1]。下面以洛陽某單位工業(yè)設(shè)備冷卻循環(huán)水的改造為例，探討一類工業(yè)設(shè)備冷卻循環(huán)水技術(shù)方案的可行性，同時對改造后的冷卻循環(huán)水方案進行技術(shù)分析和總結(jié)。

1 項目概述

洛陽某單位原有的用冷工業(yè)設(shè)備在項目建設(shè)之初有配套的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，但其不能滿足所有用冷設(shè)備的工藝需求，主要存在以下四個方面的問題。

(1)冷源問題。原有的冷卻水系統(tǒng)的冷源來自于冷凍站溴化鋰制冷機組產(chǎn)生的7℃冷水，通過板式換熱器對軟化水進行冷卻，來滿足設(shè)備的用冷需要。但是冷凍站溴化鋰制冷機組只在夏天開啟，冬季檢修；若在冬季強行開啟不但會造成了能源浪費，而且會造成管道結(jié)冰現(xiàn)象，大大縮短了溴化鋰制冷機組的使用壽命。

(2)換熱量不夠。冷卻水系統(tǒng)板式換熱器的換熱量在90kW左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于所有用冷設(shè)備開啟時大約所需的166kW，無法滿足所有設(shè)備的用冷需求。

(3)軟化水的流量不足。原冷卻水的供水能力僅有8m3/h(包括備用水泵)，遠(yuǎn)低于用冷設(shè)備所需要的的18.18m3/h，無法滿足所有用冷設(shè)備的用冷需求。

(4)高低壓未分區(qū)。所有用冷設(shè)備所要求的進水壓力是不一樣的，從0.2～0.8MPa都有，而原系統(tǒng)提供的最大壓力為0.55MPa，并且將所有的用冷設(shè)備混在一起，共用一根進水管和一根回水管，這種情況勢必不能滿足所有用冷設(shè)備的用冷需求。

2 改造方案

2.1 設(shè)備選型

根據(jù)所有用冷設(shè)備和預(yù)留設(shè)備的用冷需求(見表1)，對制冷機組和水泵進行選型。

表1 設(shè)備選型

根據(jù)上述總冷量為：Q=C×ΔT×G/3.6[2](C取4.19kJ/kg·℃)

G單位按t/h：G=40+38+20+45+20+20+40+40=238L/min

=238×1000/60=14.28m3/h

Q=C×ΔT×G/3.6(C 取4.19kJ/kg·℃)=4.19×10×14.28/3.6

=166kW

考慮到使用系數(shù)和預(yù)留因素，風(fēng)冷冷水機組采用4臺CXAH/0245C型機組，單臺制冷量6kW，總冷量240kW。

由于工藝設(shè)備對入口壓力的要求不同，因此，換熱機組由兩個不同供水壓力的換熱機組構(gòu)成，2臺(一用一備)供水壓力滿足0.5～0.8MPa(高區(qū))的入口水壓的要求，2臺(一用一備)滿足0.2～0.3MPa(低區(qū))入口水壓的要求。備用點及五樓用水點歸入高區(qū)。

高區(qū)：

總流量Q=40+38+20+40+40=178L/m

=178×1000/60=10.68m3/h

低區(qū)：

總流量Q=20+45+20+40=125L/m

=125×1000/60=7.5m3/h

根據(jù)以上內(nèi)容及預(yù)留因素可知水泵的選型：

高區(qū)Q=16m3/h H=94m

低區(qū)Q=12m3/h H=60m

2.2 工藝要求

機組要四季運行。因此機組載冷劑選用質(zhì)量濃度為25%的乙二醇溶液。機組需安裝在30cm混凝土基座上，保持水平的平面上即可。并考慮排水，通風(fēng)和維修，維護空間等問題。機組水系統(tǒng)的水流量必須使流經(jīng)主機水側(cè)換熱器的水流量與機組的制冷量相匹配。否則容易出現(xiàn)熱交換變差，影響制冷效果甚至故障報警停機。機組的管道必須有獨立的支撐而不應(yīng)該支承在機組上。為了避免損壞機組，不可將系統(tǒng)用水配管裝反，機組進水管必須連接到標(biāo)示為“進水口”的進水接頭，出水管必須連接到標(biāo)示為“出水口”的出水接頭。機組的進出水管的連接必須有防振軟管連接，避免噪音遠(yuǎn)距離傳遞，外置水泵的進出水管處也必須安裝有防振軟管，且水泵出水水流方向需流向主機。在機組進水管路50cm內(nèi)必須安裝Y型水過濾器，防止管道內(nèi)的雜質(zhì)堵塞換熱器從而造成機組故障，過濾器的過速網(wǎng)孔數(shù)40目。

在機組水系統(tǒng)總出水管路和總回水管路的最高處應(yīng)設(shè)置自動排氣閥，以便排出一次側(cè)系統(tǒng)中的空氣，保證機組水容量符合機組要求，也可免產(chǎn)生氣穴噪聲以及對水泵造成損傷。一次側(cè)的壓力不得超過05MPa(即最高工作壓力)，以免損壞機組的零部件。一次側(cè)管路的最低點安裝排水閥和排水管路，以便維修方便。所有管道及閥門均采用不銹鋼304材質(zhì)。安裝驗收標(biāo)椎嚴(yán)格執(zhí)行GB 50184—2011《工業(yè)金屬管道施工質(zhì)量及驗收規(guī)范》和GB 50236—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》。冷軟水循環(huán)為開放式系統(tǒng)，系統(tǒng)所需的冷軟水來自給排水專業(yè)的軟化水管。系統(tǒng)的管道及閥門均需保溫，保溫材料采用閉孔橡膠。工藝?yán)渌厮刂了渲埃诿扛厮苌霞与妱娱y，當(dāng)換熱機組水泵停止運行時，電動閥關(guān)閉，水泵開始運行時，電動閥打開。對五樓預(yù)留工藝設(shè)備的供冷，在換熱機組1上再增加一套56kW換熱量板及兩臺循環(huán)水泵。二次側(cè)的供水總管上設(shè)不銹鋼過濾器，過濾目數(shù)120目，能過濾掉0.125mm的固體顆粒。

2.3 供冷系統(tǒng)

供冷系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 供冷系統(tǒng)

2.3.1 供冷系統(tǒng)工藝說明

該風(fēng)冷機組采用一一對應(yīng)的外置泵。風(fēng)冷機組作為供冷系統(tǒng)的冷源。將風(fēng)冷制冷機組封閉循環(huán)系統(tǒng)定為一次側(cè)系統(tǒng)，將冷卻水開放循環(huán)系統(tǒng)定為二次側(cè)系統(tǒng)。用冷設(shè)備的工藝所要求二次側(cè)冷卻水的溫度要根據(jù)不同的氣溫在15～25℃之間可以任意調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)通過一次側(cè)風(fēng)冷機組的溫度參數(shù)設(shè)定，保證一次側(cè)制冷劑較低的溫度，并通過板換對二次側(cè)冷卻循環(huán)水進行熱交換，最終使冷卻水的出水溫度可以滿足用冷設(shè)備所需的要求。

從所有用冷設(shè)備的參數(shù)表中可知，MBE系統(tǒng)要求其進水壓力為0.2～0.3MPa，出水壓力為0，因此該設(shè)備接在低壓冷卻水循環(huán)系統(tǒng)上，并單獨為該系統(tǒng)敷設(shè)回水管路。由于該系統(tǒng)的用冷設(shè)備屬于精密設(shè)備，對進水壓力有嚴(yán)格要求，為此為了防止變頻器出現(xiàn)故障后，循環(huán)泵由變頻轉(zhuǎn)為工頻導(dǎo)致的壓力猛增至循環(huán)用冷設(shè)備，二次側(cè)高低壓系統(tǒng)上均設(shè)計有壓力平衡調(diào)節(jié)裝置，該裝置起到二次保險的作用。為了保證系統(tǒng)運行的可靠性，該系統(tǒng)所有的設(shè)備均考慮有備用。二次側(cè)冷卻循環(huán)水的水箱采用304不銹鋼保溫水箱，容積為6m3。

2.3.2 控制原理

制冷機內(nèi)壓縮機啟停由機組自帶溫度傳感器控制，制冷機電源與一次側(cè)循環(huán)泵啟停進行連鎖控制。換熱機組一次側(cè)設(shè)置電動三通閥控制，三通閥與二次側(cè)溫度傳感器連鎖控制冷軟水水溫。換熱機組二次側(cè)循環(huán)水泵定壓變頻運行，循環(huán)水泵手動啟停。補水控制：換熱機組2自帶乙二醇配液箱，為換熱機組1和換熱機組2的一次側(cè)補水，乙二醇溶液需人工配置，同時與水箱液位安全連鎖。一次側(cè)管道乙二醇溶液壓力采用電節(jié)點表控制，系統(tǒng)壓力低于0.2MPa時，補水泵啟動，高于0.4MPa時停止。壓力啟動電動閥采用電節(jié)點表控制，低壓系統(tǒng)啟動壓力0.7MPa，高壓系統(tǒng)啟動壓力1.1MPa?，F(xiàn)場設(shè)置控制柜一臺，同時監(jiān)控室設(shè)置工控上位機一臺，為保證設(shè)備啟停安全，整個控制系統(tǒng)必須是就地控制，遠(yuǎn)程監(jiān)視的控制原則，系統(tǒng)具有手動自動兩種功能，能夠做到無人值守。

現(xiàn)場控制柜采用西門子觸摸屏+西門子PLC控制器方式進行控制，觸摸屏為中文顯示，可實時顯示壓力等參數(shù)，現(xiàn)場控制柜內(nèi)所有參數(shù)通過RS-485總線上傳至監(jiān)控室上位機，上位機采用研華工控機。監(jiān)控室上位機用組態(tài)王軟件編寫組態(tài)，要求監(jiān)控室上位機組態(tài)畫面和現(xiàn)場觸摸屏組態(tài)畫面完全一致。

3 結(jié)語

該冷卻循環(huán)水系統(tǒng)供水采用高低壓分區(qū)、變頻恒壓供水，考慮到壓力的沿程損失，高區(qū)維持在0.9MPa，低區(qū)維持在0.5MPa，經(jīng)一年多的運行結(jié)果來看，冷卻循環(huán)水的溫度通過風(fēng)冷機組參數(shù)的設(shè)定，可以始終保持在20℃左右(考慮到為了避免溫度過低導(dǎo)致管道外壁凝結(jié)水過多設(shè)定為20℃)，滿足了所有用冷設(shè)備的用冷工藝需求，改造后大大提高了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。通過實踐證明，該冷卻循環(huán)水方案可以在類似工業(yè)設(shè)備中推廣應(yīng)用。