銅箔生產車間空調凈化系統的運行與管理

李 華

（江銅-耶茲銅箔有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

江銅-耶茲銅箔公司地處南昌市高新區，是一家由江西銅業股份有限公司和美國耶茲銅箔公司合資組建的現代化高新技術企業，中國電子材料行業50強企業。公司主要生產鋰電池箔、高溫高延銅箔(HTE)、超低輪廓銅箔(VLP)、高頻及高速應用銅箔（RTF）、撓性軟板應用有膠及無膠（FCF）等高檔銅箔。銅箔厚度從8～140μm不等，產品最大幅寬1300mm。由于產品的品質定位要求高，所以工藝系統內各環節出現任何細微波動都會對產品質量產生非常大影響。尤其是對生產作業環境要求很苛刻，生產作業現場必須保持無塵（十萬級、一萬級潔凈度）和適當的溫度(冬季：27±2℃、夏季：28±2℃）和濕度（45%以下）要求，并且車間壓差大于10Pa，以便保持適當微正壓。否則生產出來的電解銅箔容易因為環境的影響，產生銅粒、針孔或者氧化等品質問題。為了滿足銅箔產品質量對生產作業環境的要求，公司在生產主工藝設備建成的同時，在兩個生產車間內分別安裝了一套空調凈化系統，對銅箔車間的生產作業環境進行有效控制，并消除設備、人員、工藝、照明等一些客觀干擾因素對生產車間作業環境溫度和濕度的影響，確保銅箔生產車間的溫度和濕度控制在工藝要求的標準范圍內。

2 空調凈化系統工藝介紹及工作原理

空調凈化系統主要由制冷系統、空調本體、循環水換熱系統、冷卻塔、風管等組成。制冷系統由三臺YORK生產的離心式以R134a為冷媒的冷水機組組成，它的作用主要是提供低溫冷凍水給空調本體表冷器。空調換熱系統主要由三大換熱循環系統組成，分別是冷凍水循環、制冷劑循環、冷卻水循環。

冷凍水循環：載冷劑（冷凍水）流過蒸發器，與蒸發器內的制冷劑進行換熱，制冷劑蒸發吸收，隨后載冷劑被泵送到空調末端裝置中去，在翅化的盤管中流動，帶走熱量。載冷劑吸收熱量后溫度升高，然后返回冷水機組。

制冷劑循環：來自蒸發器的制冷劑蒸發流入壓縮機，經旋轉葉輪加壓升溫后排入冷凝器，冷卻水吸收制冷劑的蒸汽熱量，使之冷卻，冷凝。冷凝后的制冷劑液體從冷凝器流入流量控制室，由里面的節流裝置來控制蒸發器的制冷劑供液量。

冷卻水循環：冷卻水由外部冷卻塔提供，冷卻塔是用來將換熱后的帶有大量熱量的冷卻水和外界大氣進行熱交換，采用抽風式逆流冷卻換熱方式。空調本體以空氣流動方向為順序，主要的裝置有進風段、初效過濾、表面冷卻器、加熱器、風機和中高效過濾器等。

電解銅箔車間是密閉環境，因銅箔產品的特殊制程要求，必須對車間溫度、濕度及壓差進行相應的控制和調節。而車間內這些工作條件達標主要依靠空調本體供給與交換，一部分是新風、一部分是回風,一方面要保證車間的微正壓環境，另外保證車間的正常空氣流動和溫濕度要求，以及人員長期工作所需要的工作環境要求。濕度控制方式主要是通過上位機軟件對房間溫、濕度的設定，冷水閥、蒸汽閥根據房間的溫、濕度的變化進行PID比例調節，以達到設定的要求；壓差控制則由新風閥根據廠房內的壓差變化調整變頻風機的運行，調節送風量，以達到房間正壓的要求。溫度控制是由新、回風混合后經表冷段處理到露點溫度除濕，經再熱段蒸汽加熱，達到送風溫度后再進入電解銅箔車間。空調凈化系統整體運行工藝圖如圖1所示。

圖1 空調凈化系統運行工藝圖

3 空調凈化系統的運行與管理

由于耶茲銅箔公司地處南方，一年四季室外空氣溫濕度變化大，而且電解銅箔生產工藝復雜，且對環境變化非常敏感。因此，做好空調凈化系統的運行與管理尤為重要。不但可以提升電解銅箔產品品質，而且對降低成本、節能環保都具有重要意義。

3.1 制冷系統冷水機組的運行管理

冷水機組是空調凈化系統中功率最大的設備，耶茲銅箔公司現有3臺離心式冷水機組，其中兩臺為2441kW的離心機組，1臺是進行變頻改造的2813kW的離心機組。正常情況下，在夏季時兩臺機組同時運行，而11月至次年5月一臺機組備用即可滿足廠房內的工藝要求。在冬季，室外溫度低于11℃時，環境濕度大大降低，冷水機組可以停機，通過全新風運行，實現節能。

冷水機組運行時， 冷凍水、冷卻水進出水的溫度變化影響著冷水機組的負荷變化，據統計可知冷凝溫度每下降1℃就可實現節能2度電。隨著冷凝溫度的降低，冷凍機組壓縮機COP（性能系數）顯著上升［1］，較高的冷凝溫度使壓縮比升高，造成制冷輸出容量降低、COP下降，輸出功率升高。因此，控制冷卻水出水溫度就顯得尤為重要。實踐證明，制冷機組滿負荷運轉時，冷卻水溫度設為濕球溫度加2.8℃。在部分負荷狀態下，冷卻水溫度設為設計溫度。冷凍水出水溫度設定為5℃，在滿足除濕要求的前提下，提高冷凍水的出水溫度，降低制冷機組的負荷，達到節能的要求。

3.2 空調本體的運行與管理

空調本體的運行主要控制點有濕度控制、溫度控制、風量控制和凈化處理［2］。溫濕度的參數控制采用電動控制方式：溫控采用室內控制，以保證車間內的溫度在設定范圍內；濕度控制采用露點溫度控制環節，以保證向車間內送風的含濕量。溫濕度采集數據的敏感元件因放在電解銅箔生產車間內，所以要求現場作業人員在敏感元件附近不得放置冷熱源及水源等物品，保持氣流通暢，無阻擋，不形成渦流區，否則易造成數據采集無代表性而引起調節閥錯誤開停。風量控制主要是通過控制新風和回風比例來控制車間內的濕度。凈化處理主要依靠初、中、高三級過濾器單元實現，因此，選用過濾器的型號和規格直接決定車間內的空氣品質［3］。同時對于空調機組本體在冷凝后，需要用蒸汽加熱的部分，使用工藝冷卻水的余熱進行溫度調節，通過工藝冷卻水代替蒸汽，基本杜絕了能源消耗，大大降低了生產成本。

3.3 冷卻塔的運行與管理

冷卻水在冷水機組吸收大量的熱量，在冷卻塔進行降溫，再回到冷水機組進行換熱，因而冷卻塔的運行質量好壞直接影響空調的制冷效果［4］。根據對公司冷卻塔長期運行管理的經驗，冷卻塔的運行管理總結以下兩點：

首先要控制好冷卻水的清潔，減少污垢和藻類產生［5］。一般情況下，運行一段時間后，冷卻塔上的填料會形成很厚的污垢，影響通風散熱量，迫使冷卻塔風機長時間運轉，不但電耗會加大，而且水蒸發量也會加大。底液中鈣含量也會越來越高，從而導致惡性循環。要解決上述現象，必須要定期投加殺菌劑、除垢劑抑制污垢的產生。定期檢測冷卻水中的鈣含量，定期進行部分或全部換水，要求排出口的水色和透明度與入口對比相近，無可見雜物［6］。

其次要周期性清洗冷卻塔填料。該公司的冷卻水塔含三個相同單元，制冷風扇相互獨立而水箱互相竄聯。當冷卻量較小時，可以考慮將其中一臺風機停掉，離線清洗冷卻塔一個單元的填料。這樣既不會影響生產，又不致填料結垢，而且也不會將清洗下來的鈣垢帶入水中。采用機械清洗防垢是上述化學手段的必要補充。

隨著對設備運行規律的進一步熟悉、學習，我們對廠房的空間布局進行了改造、空調系統的溫度節能控制方面進行了改造，將原來設計大氣、寬敞、漂亮的車間空間壓縮，使之變得更加緊湊，能耗更低。采光窗戶做了防護避開陽光直接照射，同時要求車間內的設備要搞好5S工作，做到設備一塵不染，以便利于空調凈化系統的保持。對工作人員進出頻繁的區域，增加了緩沖間，避免了因人員的走動，對環境的影響，盡可能減少非必要人員進入潔凈廠房，避免處于獨立系統的潔凈廠房的環境破壞。因為重新建立平衡既耗能，又影響電解銅箔的質量。

4 空調系統存在的問題及改進措施

空調凈化系統給銅箔車間的生產環境提供了優質保障，但在目前運行過程中也存在一些問題，仍需要改進的地方，這與它們的節能運行同等重要。

（1）隨著銅箔產能的擴大，冷凍水不僅要滿足空調系統的使用，還要提供給生產工藝用水，以控制部分生產工藝指標。冷凍水需求量的增加，冷水機組的制冷量不足、冷卻水的散熱能力不夠，導致廠房的溫度、濕度難以控制的問題凸顯。目前我們對供水系統進行改造，增大冷卻、冷凍水量，以期達到現場對制冷效果的需求，同時提高系統運行時的COP。

（2）空調凈化系統由于種種原因，目前未能實現聯動自動運行，因系統的冷水機組制冷量都是一樣的，在日常使用中經常出現一臺不夠用，而兩臺又出現浪費的問題，從而導致空調系統經常出現開開停停的狀態。所以，為提高空調系統使用效率，公司下一步要對冷水機組、水泵、風機實現聯動自動控制。

（3）車間濕度控制采用的露點濕度控制，只要房間濕度控制沒達標和送風濕度末達到要求，冷水閥始終處于全開狀態，造成冷凍水的浪費。而生產工藝對濕度的要求，特別是梅雨季節，溫濕度變化大，又務必要將濕度控制好。因而在送風通道上加裝空氣電再熱器，或者在銅箔生產車間內加裝除濕機，這樣就可以微調車間內相對濕度，達到車間濕度控制要求。

（4）空調新風口附近環境的干凈整潔對系統運行很重要，因為新風雜塵多時易堵空調初級過濾袋，縮短了空調過濾袋的壽命，加大了風機的轉速。同時更換過濾袋必須停機，對其它空調本體造成壓力。因而，下一步需要對空調新風口附近環境進行整頓，確保干凈整潔。

5 結語

江銅-耶茲銅箔有限公司空調凈化系統的運行管理已經多年，期間也對部分設備進行了優化改造，取得了很好的效果。空調系統在使用過程中也取得了一定的運行管理經驗，本文對空調凈化系統的節能管理只作了簡要闡述，尚需進行深入、細致的研究，更加全面系統地掌握其運行規律，更好地做好空調系統節能運行和優化改造工作。