提高制冷機噸蒸汽制冷量

胡霄毅 高冠升 王淑玉 王小沈 吳春麗

（河南中煙工業有限責任公司駐馬店卷煙廠，河南 駐馬店 463000）

引言

從目前我國能源使用特點來看，其能源利用率較低且能源供需矛盾嚴重，節能問題已經成為影響可持續發展能力的重大因素。作為耗能大戶的卷煙生產企業，節約能源、降低生產成本，不僅是其提高產品競爭力必須完成的任務，更是其擔負的重要的社會責任。

一、制冷系統現狀

為了解制冷機噸蒸汽制冷量的現狀，收集一個月的制冷機日制冷量和日蒸汽消耗量。通過計算公式：噸蒸汽制冷量＝制冷機制冷量/蒸汽消耗量[1]，計算得出噸蒸汽制冷量。對制冷機噸蒸汽制冷量過程能力進行分析，均值為54.65×104Kcal/t，Cpk為-0.12，過程能力改進空間很大。

二、研究內容分析

通過梳理制冷機控制系統、查閱相關資料與現場實際觀察，分析影響制冷系統噸蒸汽制冷量的因素，確定了5項潛在的根本原因，分別為機組溶液循環量不足、蒸汽閥門開度、冷凍水水溫、冷卻水水溫和冷卻水閥門開度[2]。

為了驗證這5項因素對制冷機制冷量的影響是否顯著，制定數據采集計劃如表1所示。

表1 數據收集計劃

為了驗證不同的溶液循環量對機組制冷量的影響，分別收集溶液循環量在60%、75%、90%下對機組制冷量影響數據；蒸汽閥門開度在60%、70%、80% 下對噸蒸汽制冷量影響數據；冷凍水水溫在6oC、9 oC下對制冷機噸蒸汽制冷量影響數據；冷卻水溫度在30℃、35℃、40℃下對噸蒸汽制冷量影響數據；冷卻水閥門開度在50%、75%、90% 下對噸蒸汽制冷量影響數據。

通過單因子方差分析[3]，發現機組溶液循環量不足、冷卻水溫度、冷卻水閥門開度、蒸汽閥門開度對噸蒸汽制冷量的影響是顯著的。利用雙樣本T檢驗，驗證冷凍水水溫影響噸蒸汽制冷量的關鍵因子。

表2 各影響因素確認結果

三、影響因子的研究方案

由于機組溶液循環量不足、蒸汽閥門開度和冷凍水水溫、冷卻水溫度、冷卻水閥門開度理論上沒有交互作用，為減少試驗的次數，機組溶液循環量不足、蒸汽閥門開度兩個因子進行DOE分析[3]。冷凍水水溫、冷卻水溫度、冷卻水閥門開度三個因子進行DOE分析。

（1）Xa、Xb全因子DOE試驗

對Xa、Xb兩水平全因子DOE試驗設計，對溶液循環量、蒸汽閥門開度兩個因子，進行兩水平、四個中心點、重復三次的全因子DOE試驗。兩個因子取值范圍分別為：Xa溶液循環量（60,90）、Xb蒸汽閥門開度（60,80）。

根據實際情況，為方便參數控制，各變量的值取0位小數。手動調整各響應變量，使噸蒸汽制冷量最大。最佳處理組合為溶液循環量＝75%、蒸汽閥門開度＝73% 時，噸蒸汽制冷量最大。

（2）Xc、Xd、Xe全因子DOE試驗設計

對Xc、Xd、Xe兩水平全因子DOE試驗設計，對冷凍水水溫、冷卻水溫度、冷卻水閥門開度三個因子，進行兩水平，四個中心點進行全因子DOE試驗。三個因子的取值范圍分別為：Xc冷凍水水溫（6，10）、Xb冷卻水溫度（30，40）、Xc冷卻水閥門開度（80，100）。生成響應變量優化器結果圖。

根據實際情況，為方便參數控制，手動調整各響應變量，使噸蒸汽制冷量值最大。最佳處理組合為冷凍水水溫＝7.5℃、冷卻水溫度＝30℃、冷卻水流量調節閥開度＝80%時，制冷機噸蒸汽制冷量最大。

四、研究分析結果驗證

按照研究結果對各個影響因子進行改進控制后，收集一個月的噸蒸汽制冷量數據，進行最終效果確認。

改進控制完成后，噸蒸汽制冷量過程能力CpK由改善前的-0.12提高到1.49，噸蒸汽制冷量由55.00×104Kcal/t提高到61.41×104Kcal/t。

五、結語

通過一系列分析、研究與改進，提高了設備的運行效率，降低了能源消耗，提高了企業成本控制能力，增強了企業發展核心競爭力；提供了制冷系統運行和管理的科學依據，實現了該項管理“科學化、制度化、標準化、規范化”的目標。