閉式?jīng)鏊鋮s水系統(tǒng)的溫度控制與防凍改造

羅 庸

（湖南福瑞印刷有限公司，湖南長沙 410100）

0 引言

印刷設(shè)備外接的冷卻水，要求溫度在18～35 ℃。公司采用閉式?jīng)鏊鰹槔鋮s水系統(tǒng)的制冷設(shè)備，安裝于室外，這是一種非常節(jié)能的制冷方法。但在冬季低溫環(huán)境下，冷卻水溫度將低于10 ℃甚至更低；在冬季冰點(diǎn)環(huán)境下，系統(tǒng)長時(shí)間停止工作后，閉式?jīng)鏊谋砝淦髯香~管會(huì)因冷卻水結(jié)冰而凍裂。

1 改造前系統(tǒng)工作原理與運(yùn)行分析

改造前系統(tǒng)工作原理如圖1 所示，選用閉式?jīng)鏊鰹橄到y(tǒng)的制冷設(shè)備，內(nèi)含兩個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)：①?zèng)鏊娏鼙茅け砝淦鞒崞に丞鏊娏鼙盟鶚?gòu)成的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)；②表冷器紫銅管─外循環(huán)水泵─熱交換器─表冷器紫銅管所構(gòu)成的外循環(huán)系統(tǒng)。閉式?jīng)鏊暮诵牟考閹в猩岢崞淖香~管表冷器，噴淋泵從水池抽取低溫水后，將水從表冷器頂部噴淋在紫銅管散熱翅片上，水自流而下落入水池；同時(shí)，散熱風(fēng)扇工作，低溫空氣從涼水塔四周下部位置進(jìn)入，經(jīng)紫銅管散熱翅片后被風(fēng)扇排出；通過水冷和風(fēng)冷的形式使散熱翅片降溫，從而冷卻表冷器紫銅管內(nèi)部外循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水，完成與外界空氣的熱交換。內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)為開式系統(tǒng)；外循環(huán)水系統(tǒng)的熱交換器一般為釬焊板式熱交接器，因此為閉式系統(tǒng)。

公司于2018 年4 月在廠房屋頂安裝4 套互為獨(dú)立的閉式?jīng)鏊鋮s水系統(tǒng)，選用南方某品牌的閉式?jīng)鏊鰹橹评湓O(shè)備。安裝時(shí)，廠家僅配備簡(jiǎn)單的電氣控制系統(tǒng)，散熱風(fēng)扇和噴淋泵均為手動(dòng)單獨(dú)開啟與停止，系統(tǒng)無溫度控制和檢測(cè)，外循環(huán)系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)。涼水塔冷卻水系統(tǒng)自安裝后，運(yùn)行平穩(wěn)，水溫在要求的范圍內(nèi)。但這種制冷方式?jīng)Q定冷卻水溫度受環(huán)境溫度影響大，受季節(jié)氣候影響的特征明顯。由于系統(tǒng)無人值守，其電氣控制又為手動(dòng)控制，系統(tǒng)一經(jīng)開啟便處于制冷模式，冬季低溫環(huán)境下，外循環(huán)系統(tǒng)冷卻水溫度過低，可達(dá)10 ℃甚至更低，遠(yuǎn)低于印刷設(shè)備所要求18～35 ℃的水溫范圍，影響印刷設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，極端低溫條件下，在系統(tǒng)長時(shí)間停機(jī)時(shí)，表冷器紫銅管出現(xiàn)過兩次因冷卻水冰凍而破裂的情況。

2 原因分析與對(duì)策

2.1 水溫問題

分析涼水塔的工作原理，其制冷有兩種途徑：水冷與風(fēng)冷，噴淋泵工作則進(jìn)行水冷，散熱風(fēng)扇工作，則進(jìn)行風(fēng)冷。夏季高溫季節(jié)，由于環(huán)境溫度高，為確保制冷量，此時(shí)同時(shí)開啟噴淋泵和散熱風(fēng)扇，以滿足冷卻水的水溫要求。低溫環(huán)境下，涼水塔的制冷能力其實(shí)已有過剩，單獨(dú)開啟噴淋泵或散熱風(fēng)扇已能滿足冷卻水水溫要求；極端低溫環(huán)境下，單獨(dú)開啟噴淋泵或散熱風(fēng)扇時(shí)，涼水塔的制冷能力也將過剩，在涼水塔手動(dòng)控制模式下，噴淋泵和散熱風(fēng)扇始終同時(shí)工作，致使系統(tǒng)水溫與外界環(huán)境溫度基本一致，甚至達(dá)到冰點(diǎn)。使噴淋泵和散熱風(fēng)扇在受控條件下自動(dòng)運(yùn)行是解決水溫問題的關(guān)鍵所在。

2.2 表冷器紫銅管凍裂問題

表冷器安裝于涼水塔內(nèi)頂部位置，與外界環(huán)境相通，因外循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)的緣故，其紫銅管內(nèi)保持滿水狀態(tài)。系統(tǒng)長時(shí)間停止工作時(shí)，外循環(huán)冷卻水不再流動(dòng)，在環(huán)境溫度低于冰點(diǎn)時(shí)，紫銅管冷卻水冰凍，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)紫銅管被凍裂的現(xiàn)象。一般來說將冷卻水排出一部分，紫銅管內(nèi)冷卻水全部排放，凍裂問題即能解決。

3 改造方案

3.1 溫度控制

圖2 為改造后溫度控制電路圖，以PT100 型溫度傳感器做為水溫檢測(cè)元件，將信號(hào)接入E5CC-RX2ASM-800 溫控器。外循環(huán)水泵開啟，自動(dòng)控制激活，噴淋泵、散熱風(fēng)扇開關(guān)自動(dòng)位置為溫控器自動(dòng)控制，保留手動(dòng)控制；外循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)水泵出口安裝E52-P20C-N 溫度傳感器，水溫設(shè)定值為18 ℃。噴淋泵啟?？刂疲核疁兀皆O(shè)定值＋參數(shù)1，噴淋泵啟動(dòng)，水溫≤設(shè)定值，噴淋泵停止；散熱風(fēng)扇的啟停控制：水溫＝設(shè)定值＋參數(shù)2，風(fēng)扇啟動(dòng)，水溫≤設(shè)定值＋參數(shù)2－參數(shù)3，風(fēng)扇停止；參數(shù)1＝3 ℃，參數(shù)2＝4.2 ℃，參數(shù)3＝3.2 ℃。

圖2 改造后溫控電路

這種控制方式下，涼水塔的運(yùn)行在冬季低溫季節(jié)受到溫度控制。冷卻水溫度≤18 ℃時(shí)，噴淋泵、散熱風(fēng)扇全部停止，外循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水溫度不再下降；冷卻水溫度≥22.2 ℃時(shí)噴淋泵、散熱風(fēng)扇全部啟動(dòng)，冷卻水溫度快速下降；這樣，系統(tǒng)工作時(shí)，當(dāng)水溫下降至19 ℃散熱風(fēng)扇首先停止工作，水溫繼續(xù)下降至18 ℃噴淋泵也停止工作；相反，當(dāng)水溫升高至21 ℃噴淋泵首先啟動(dòng)，水溫繼續(xù)升高至22.2 ℃散熱風(fēng)扇也啟動(dòng)。考慮到系統(tǒng)管路較長，冷卻水實(shí)際水溫控制有所延時(shí)，因而將溫度傳感器安裝于外循環(huán)水泵的出口，并取水溫設(shè)定值為18 ℃，系統(tǒng)管路末端的實(shí)際溫度較設(shè)定值高1～3 ℃，但并不影響印刷設(shè)備的運(yùn)行。

3.2 防凍改造

表冷器紫銅管防凍裂的改造方案如下：將外循環(huán)系統(tǒng)由閉式系統(tǒng)改為開式系統(tǒng)，改造后防冰凍原理如圖3 所示。在閉式?jīng)鏊鏊谂c外循環(huán)水泵入口之間安裝一個(gè)儲(chǔ)水箱，水箱上方開口并加蓋，將外循環(huán)系統(tǒng)由閉式改變成開式系統(tǒng)。水箱足夠大，保證開機(jī)水位處于水箱1／3 以上位置，停機(jī)水位處于水箱2／3 以下位置，使得系統(tǒng)停止工作時(shí)表冷器紫銅管內(nèi)的冷卻水能自動(dòng)全部回流至水箱且不外溢。這樣便可保護(hù)表冷器紫銅管不被凍裂。但由于外循環(huán)冷卻水系統(tǒng)已變成開式系統(tǒng)，雖然水箱開口已加蓋，但系統(tǒng)還是存在水量減少的可能，為此水箱加裝自動(dòng)補(bǔ)水的浮球閥。水箱的進(jìn)水口位于水箱上部，系統(tǒng)工作時(shí)，經(jīng)表冷器紫銅管冷卻后回流的水將引起的水面波動(dòng)，進(jìn)而引起浮球閥擺動(dòng)，并因此加速其損壞。所以在水箱中間偏進(jìn)水口一側(cè)設(shè)置隔板，將水箱分隔成左右兩室，隔板上布滿小孔，起到緩沖水流波動(dòng)的作用，以穩(wěn)定浮球閥。同時(shí)，安裝水箱時(shí)，盡量靠近涼水塔，以縮短管道長度，這樣能減小水箱容積，降低制作成本。

圖3 改造后防冰凍原理

4 改造效果（圖4）

圖4 改造后運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

自2019 年9 月開始，對(duì)4 套閉式?jīng)鏊鋮s水系統(tǒng)進(jìn)行了溫度控制和防凍改造，至今已運(yùn)行2 年。冬季最低水溫能控制在18 ℃以上，表冷器紫銅管亦未凍裂，浮球閥使用壽命長，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，改造成功。實(shí)際運(yùn)行情況表明，低溫環(huán)境下工作，散熱風(fēng)扇停機(jī)較多，大多只需噴淋泵工作即可滿足制冷的要求，節(jié)能效果明顯。

5 結(jié)語

閉式?jīng)鏊闹评浞绞绞且环N節(jié)能環(huán)保的冷卻水制取方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行平穩(wěn)、故障率低、應(yīng)用范圍廣。實(shí)踐表明，安裝時(shí)注意所處位置通風(fēng)良好、無陽光直射，確保夏季制冷所需；并做好低溫環(huán)境下的水溫控制和防凍保護(hù)，閉式?jīng)鏊鋮s水系統(tǒng)值得大力推廣。