淺談提高卷煙廠(chǎng)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(chǎng)，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(mén)、水過(guò)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(chǎng)動(dòng)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(tái)冬季板式換熱器，并配有冷卻水泵和冷凍水泵各6臺(tái)，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(shí)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(jì)，2018年空調(diào)制冷系統(tǒng)總的水泵能耗為277.33萬(wàn)KWH，2018年制冷系統(tǒng)總的運(yùn)行時(shí)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(chē)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(duì)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(guò)程如下：

圖2 空調(diào)制冷系統(tǒng)流程圖

根據(jù)以上過(guò)程統(tǒng)計(jì)，輸入因子共有37個(gè)，其中不可控因子有5個(gè)，可控因子32個(gè)，通過(guò)因果矩陣篩選出11個(gè)重要因子，并對(duì)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(guò)程輸入柏拉圖

通過(guò)柏拉圖和“二八”原則，刷選出以下4個(gè)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(duì)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(duì)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(jì)改進(jìn)，冷卻水頻率會(huì)優(yōu)先在40Hz運(yùn)行，當(dāng)冷卻水進(jìn)水溫度高時(shí)，系統(tǒng)會(huì)優(yōu)先開(kāi)啟冷卻塔風(fēng)扇，當(dāng)冷卻風(fēng)扇全開(kāi)但冷卻水進(jìn)水溫度還是高時(shí)，才會(huì)提高冷卻水泵運(yùn)行頻率。

對(duì)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(tái)冷凍水泵，開(kāi)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(shí)和水泵出口壓力在5Bar即可滿(mǎn)足空調(diào)末端負(fù)載的條件。

對(duì)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(lái)的冷凍水泵頻率根據(jù)分水器與集水器之間的壓差來(lái)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(duì)策實(shí)施三：對(duì)冷卻塔風(fēng)扇狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控及時(shí)保養(yǎng)。

冷卻塔風(fēng)扇是冷卻塔的一個(gè)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(huì)造成電機(jī)空轉(zhuǎn)，這樣不僅會(huì)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(guò)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(tái)風(fēng)扇風(fēng)機(jī)電流，通過(guò)電流就可以判斷設(shè)備皮帶狀況。同時(shí)添加了冷卻塔風(fēng)扇電流異常報(bào)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(shí)處理。

對(duì)策實(shí)施四：對(duì)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(guò)水流的作用會(huì)逐漸堵住布水器的落水孔，對(duì)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(duì)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(jì)表

通過(guò)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(jì)算，共可節(jié)約485646.4元，改進(jìn)效果顯著。