088冷冻站冷却系统管理优化

088冷冻站冷却系统管理优化

朱磊 石宝林

中核兰州铀浓缩有限公司，甘肃省 兰州市 730000

摘要：节能降耗是企业提高经济效益的主要途径之一，也是降低企业综合成本的重要手段。088冷冻站每年夏季运行方式时耗电600多万度，根据公司下达的节电指标，088冷冻站采用合理匹配系统投运设备、利用一期热泵系统间歇运行降低冷冻系统能耗、根据环境温度的不同灵活调整冷水机组负载、结合TPM管理强化设备点检，提高设备有效利用率等多种节电措施相结合的办法来进行指标达成，但是要全面完成节电任务仍然存在一定难度

关键词：088冷冻站；冷却水温度；冷却塔控制；冷水机组节能降耗

1.前言

对大中型冷冻系统而言，水冷式冷水机组是采用得最为普遍得冷源。据统计，冷水机组的能耗占到整个冷冻系统能耗的60％以上，因此冷水机组的节能已经成为日益关注的话题。作为整个冷水机组节能工作的一部分，通过冷却水温度的优化控制实现冷水机组和冷却塔的综合能耗的下降，有着积极的意义。

2.目的及意义

随着日益严格的环保和对运行可靠性、安全性的要求，系统优化的思路和技术将渗透在任何一个过程工业的全部环节中，选择最佳运行方式就能产生最好的效益。

3.冷却水温度优化控制论证

3.1论证的前提

根据文献[1]提供的工程理论得出，对于机械式冷却塔而言，风机转速越高，冷却塔的出水温度就会越低，此时冷却塔风机的耗电越多；可是对于冷水机组来说，冷却水温度越低，冷水机组的耗电越少。由此可见，同时降低冷却塔风机与冷水机组的能耗是不易实现的，但可以通过寻找冷却温度的优化控制点来实现冷却塔风机和冷水机组综合能耗的降低。

3.2 优化的关键点

由于室外气象条件的变化，088冷冻站冷水机组在实际投入使用后，有75％以上的时间是运行在非设计工况下的，此时，不但制冷机组的工作负荷与设计工况下的负荷有较大的偏离，而且冷水机组的工作点也与设计工作点有很大的不同。在非设计工况下，确定冷却水温度的控制范围、优化冷却水温度控制点，就成为了既能保证主工艺生产需求，又能获得较好节能效果的关键点。

3.3可行性论证

3.3.1现场数据采集及分析

在生产实际中，冷水机组和冷却塔优化的综合最低能耗并不是确定在某一个恒定的冷却水温度上的，它随着室外温度的变化，冷水机组的部分负荷的变化而变化。为了分析冷却水温度与其影响因素的关系，088冷冻站运行人员于 2014年6月，在两台冷冻水泵、两台冷水机组匹配运行的前提下，且冷冻水泵运行参数基本恒定的情况下，做了测试实验。

冷凝器冷媒压力的范围为16kPa～74kPa（机组运行设定值）, 两台冷水机组冷却水的出口温度在31℃时，冷媒压力稍低于16kPa，冷媒压力过低会使冷媒与润滑油分离效果降低，同时降低了冷却效果，增加了能耗，所以，冷却水出口温度不能低于31℃。

2#冷水机升温参数表

由图可见，统计31℃～33℃升温时间为 ：

6.00＋7.67＋7.67＋9.23 ＝30.57（分钟）

统计31℃～33℃升温时间为 ：

6.73＋8.10＋8.60＋9.03＝32.46（分钟）

由以上数据可以看出：在30℃～35℃之间，随着温度的升高，压缩机的电流、负载率是呈现逐渐的上升趋势的。电流、负载率越高，耗电量也就越大，基于对实际经济效益的考虑，所以从理论上讲我们应该把冷却水出口温度控制在31℃是最好的。但是从实际生产来看，是不现实的，一方面是因为启停风机，或收开阀门，对冷却水温的影响，会有一个时间差，不可能在操作完了以后，温度就能瞬时达到所要求的温度点，另一方面是操作不能太频繁。由以上每升高0.5℃所需要时间的记录，理论上随着温度的升高，每升高0.5℃的时间应该越长，我们可以看出在31℃～33℃之间升温的时间差都有一个突变，根据文献[2]给出的理论知识，发现在该温度段冷媒的液相成分很大。因为冷媒在热传递过程中呈现液相，会降低冷却效果。所以测试人员认为把冷却水的最高出口温度控制在33℃较为合适。另外，在实际生产中，要求运行人员半个小时巡检一次。测试人员又统计了31℃～33℃升温时间平均为31.5分钟，也就是说将冷却水出口温度在31℃～33℃，以便于在运行人员在巡检过程中就能将操作完成。

3.3.2现场数据验证及分析

单一设备的节能不能说明该系统节能，综合能耗是冷水机组能耗和冷却塔能耗的叠加，只有找出综合能耗的最低点，才是最佳的系统节能。不同的机器有不同的优化温度公式，文献[3]给出了针对一单台离心式冷水机组，它的最优冷却水控制温度的算法可以用如下公式3—1表示：

T_opt=A×T_oaw+B×W_r一C×T_wbd—D×L+37 3—1

式中，T_opt为最佳冷却水温度(℃)；T_oaw为室外湿球温度(℃)；W

_r为负荷率=实际负荷／设计负荷；T_wbd为室外湿球设计温度(℃)；L为流量(1／s)；A，B，C，D为系数。

通过以上给出的公式结合实测结果，可以验证和判断机运行机组是否处于低耗能运行状态，以便操作人员及时调整工况。

4.控制方法研究

冷却水温的调节有许多方法，有冷却水系统的旁通泵变频控制，也有冷却塔风扇的两档风速控制，还有冷却塔风扇的变频控制。结合088冷冻站生产实际主要讨论多塔并联时，变频风扇的控制顺序和两档风速风扇对于风扇本身的节能意义。首先，我们知道风扇的转速，和风量，和能耗之间的公式如下：

P₂／P₁=(RPM₂／PM_l)³ 4—1

P₂=P₁(RPM₂／RPM_l)³ 4—2

RPM₂／RPM_l=FLOW₂／FLOW₁ 4—3

式中，P为能耗，RPM为转速，FLOW为冷却塔风量。假如使RPM：之转速变为RPM₁的一半，则P₂=P₁(0.5／1)³=1／8P₁=12.5％P₁所以低速运行是冷却塔本身节能所在。比如，两台冷水机组和两台冷却塔对应，在两台冷水机组满载工作时，如室外工况要求两台冷却塔100％投入，毫无疑问，这种满载工况的出现并没有可以节能的余地了，但是这种满载概率在工业性空调中通常不超过10％；系统在全年的运行中，大部分时候是处在部分负荷状态下。也就是说，全年90％以上的时候有节能的余地。当负荷侧只需要一台冷水机组工作时，此时，投入一台还是两台冷却塔运行就需要进行评估。

5.效果及效益

5.1 优化前能耗：2013年088冷冻站全年耗电596.9万度。

5.2 优化后能耗：2014年088冷冻站全年耗电578.7万度。

5.3 通过088冷冻站冷却水温度的优化控制，实现了冷却水系统综合能耗降低的目的。

5.4 通过对冷却水温优化控制的操作，促使运行人员较全面的掌握了设备性能、规范操作行为，有效地延长了设备使用周期。

5.5 规范了运行人员控制关键参数的方法，提高了运行人员的节能降耗意识。

6.结论

6.1 通过088冷冻站冷却水系统优化研究，冷却水温度控制在31℃为最佳。

6.2 通过对冷却水温度优化控制的实施，2014年较去年同期节约用电18.2万度，年节约费用12.2 万元。

6.3 088冷冻站冷却水系统运行优化措施可以作为088a、b冷却系统统一运行的参考依据，预计088a、b冷冻站2015年可节约费用20万元。

[参考文献]

[1] 张谋雄，冷水机组变流量的性能，暖通空调，2000,30（6）56～58

[2] 曹琦，张华，暖通空调，2010,26 (6) 58～60

[3] 卫宇，制冷技术，2009,(1) 14～17

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