淺談提高卷煙廠空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送效率

張嘯，黃斌，楊光，金玲

（浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司杭州卷煙廠，浙江 杭州 310024）

1 背景現(xiàn)狀

空調(diào)制冷系統(tǒng)如下圖1所示包括：制冷機(jī)組、水泵、空調(diào)末端設(shè)備、閥門、水過濾器、管網(wǎng)等。

圖1 空調(diào)制冷系統(tǒng)圖

空調(diào)制冷系統(tǒng)主要有冷卻水循環(huán)：冷卻塔→冷卻水泵→板式熱交換器/制冷機(jī)→冷卻塔；冷凍水循環(huán)：空調(diào)設(shè)備→冷凍水泵→板式熱交換器/制冷機(jī)→空調(diào)設(shè)備。

某卷煙廠動力中心空調(diào)制冷系統(tǒng)共有6組10KV高壓離心式制冷機(jī)組和2臺冬季板式換熱器，并配有冷卻水泵和冷凍水泵各6臺，其主要參數(shù)如表1所示。

表1 冷卻、冷凍水泵主要參數(shù)

現(xiàn)將空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送效率定義為：

水泵總運(yùn)行時間（min）÷總水泵電耗，那么如果在空調(diào)制冷系統(tǒng)全部設(shè)備運(yùn)行的條件下，額定的水泵輸送效率為：

12×60÷[6×（132+160）]=0.625min/KWH。

據(jù)統(tǒng)計，2018年空調(diào)制冷系統(tǒng)總的水泵能耗為277.33萬KWH，2018年制冷系統(tǒng)總的運(yùn)行時間為21471h，那么當(dāng)前的空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送系數(shù)為：

21471×60÷2773300=0.465 min/KWH

水泵和負(fù)載不相匹配造成的“大馬拉小車現(xiàn)象”，使得水泵處于“大流量、低效率、高功耗”的不利工況運(yùn)行才是影響空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送效率的癥結(jié)，本文將針對此癥結(jié)進(jìn)行下一步的原因分析。

2 原因分析與確定要因

根據(jù)制冷空調(diào)系統(tǒng)的水泵輸送流程，分析其運(yùn)行過程如下：

圖2 空調(diào)制冷系統(tǒng)流程圖

根據(jù)以上過程統(tǒng)計，輸入因子共有37個，其中不可控因子有5個，可控因子32個，通過因果矩陣篩選出11個重要因子，并對以上可控因子做因果矩陣FMEA分析：

圖3 因果矩陣FMEA分析表

圖4 過程輸入柏拉圖

通過柏拉圖和“二八”原則，刷選出以下4個重要因子：

要因即：①冷卻水泵頻率，②冷凍水泵控制條件，③冷卻塔風(fēng)扇狀態(tài)，④冷卻塔布水器狀態(tài)。

3 改進(jìn)措施

對策實(shí)施一：冷卻水泵新增變頻器控制并優(yōu)化控制程序。

對冷卻水泵進(jìn)行改造，由定頻50Hz控制改造增加變頻器實(shí)現(xiàn)變頻控制。并在程序上進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，冷卻水頻率會優(yōu)先在40Hz運(yùn)行，當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度高時，系統(tǒng)會優(yōu)先開啟冷卻塔風(fēng)扇，當(dāng)冷卻風(fēng)扇全開但冷卻水進(jìn)水溫度還是高時，才會提高冷卻水泵運(yùn)行頻率。

對策實(shí)施二：冷凍水泵進(jìn)行水泵運(yùn)行負(fù)載匹配實(shí)驗(yàn)并優(yōu)化控制程序。

試驗(yàn)?zāi)康模赫页隼渌到y(tǒng)最大負(fù)荷下的水泵運(yùn)行參數(shù)范圍和確定水泵電機(jī)負(fù)載范圍，使得泵和負(fù)載相匹配。

實(shí)驗(yàn)條件：運(yùn)行一臺冷凍水泵，開啟聯(lián)合工房和輔助工房所有末端工藝空調(diào)的表冷閥至100%（最小壓力2Bar）。模擬冷水系統(tǒng)最大負(fù)荷的工況。分水器最小工作壓力為3.4Bar。水泵額定流量為1200 m3/h。

實(shí)驗(yàn)步驟：運(yùn)行4#冷凍水泵，頻率由50HZ逐步降低至空調(diào)機(jī)組表冷器進(jìn)水的最小壓力停止。

表2 記錄實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在水泵運(yùn)行在46Hz時和水泵出口壓力在5Bar即可滿足空調(diào)末端負(fù)載的條件。

對冷凍水泵進(jìn)行改造，將變頻控制的最高壓力上限設(shè)定為46Hz，并優(yōu)化控制程序，由原來的冷凍水泵頻率根據(jù)分水器與集水器之間的壓差來控制改造按冷水水泵分水器供水壓力控制，并設(shè)定為5Bar。

對策實(shí)施三：對冷卻塔風(fēng)扇狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控及時保養(yǎng)。

冷卻塔風(fēng)扇是冷卻塔的一個重要組成部分，起著散熱降溫的作用。而當(dāng)冷卻塔風(fēng)扇皮帶發(fā)生斷裂，就會造成電機(jī)空轉(zhuǎn)，這樣不僅會造成冷卻塔電量的浪費(fèi)，而且也使得冷卻塔的熱量就不能迅速被帶走，增加冷卻水泵的負(fù)荷，進(jìn)而增加冷卻水泵的電耗。而風(fēng)扇皮帶斷裂不易被發(fā)現(xiàn)。

通過修改IFIX組態(tài)程序，制作冷卻風(fēng)扇電機(jī)電流集中顯示界面。冷卻風(fēng)扇電機(jī)電流有集中顯示界面后，一鍵即可顯示所有48臺風(fēng)扇風(fēng)機(jī)電流，通過電流就可以判斷設(shè)備皮帶狀況。同時添加了冷卻塔風(fēng)扇電流異常報警，這樣一旦冷卻塔風(fēng)扇皮帶發(fā)生斷裂，就能立即知曉，并且及時處理。

對策實(shí)施四：對冷卻塔布水器做防銹處理制定保養(yǎng)規(guī)范。

冷卻塔布水器的作用是將冷卻水均勻流到冷卻塔填料中，使得冷卻塔可以獲得更案后的揮發(fā)散熱效果。而目前冷卻塔使用近了10年，冷卻塔的布水器出現(xiàn)明顯腐蝕老化現(xiàn)象，銹蝕剝落的銹渣經(jīng)過水流的作用會逐漸堵住布水器的落水孔，對設(shè)備的冷卻性能造成一定的影響，增加冷卻水泵的負(fù)荷，進(jìn)而增加冷卻水泵的電耗。本研究對冷卻塔頂?shù)牟妓鬟M(jìn)行防銹處理和刷上油漆。

4 效果驗(yàn)證

表3 改進(jìn)前后水泵輸送效率統(tǒng)計表

通過以上改進(jìn)，由表7看出截止2019年底空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送效率為0.578 min/KWH與改進(jìn)前2018年相比效率提高24.3%。2020年截止9月底，空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵輸送效率為0.887 min/KWH，與改進(jìn)前2018年相比效率提高90.8%。改進(jìn)后空調(diào)制冷系統(tǒng)水泵能耗節(jié)約量為607058KWH，電費(fèi)按0.8元/KWH計算，共可節(jié)約485646.4元，改進(jìn)效果顯著。