上海某公司大型空调冷冻站设计

设计实例第4届《暖通空调》优秀工程设计实例论文上海某公司大型空调冷冻站设计上海市机电设计研宄院邱爱娜☆李锡冲提要经过技术经济比较，某公司大型冷冻站选用15台直燃型溴化锂机组，空调水系统采用变流量二级泵系统；简要介绍了水系统的控制方式，直燃机组的烟气排放、机房通风和防火防爆设计，总结了工程运行情况及设计经验教训。

1概况备和技术参数如下：上海通用汽车公司位于浦东金桥开发区，空调冷冻站（）为轿车生产厂房及辅助建筑提供空调冷热源。由冷16DF―100型直燃式溴化锂冷热水机组15台制冷量：516kW《冷冻水7制热量：2823kW，（热水冷（热）水量：604t/h冷却水量：914t/h（冷却水32冷水一级泵：29-8015―2型单级离心水泵15台冷水二级泵：29-8020- 3型单级离心泵8台流量：1300/h扬程：47m功率：220kW，冷冻站外景图冻站集中供冷供热的面积143 790m2，其中厂房133960ml冷冻站位于厂区西北侧，为南北朝向的单层结构，面积4320m2，梁底高7.5m.屋顶上设置冷却塔15台，分4组。

冷冻站空调系统总装机容量52. 74MW另有工艺冷冷却水泵：29-1015― 3型单级离心泵15台流量：1020/h扬程：28m功率：110kW，☆邱爱娜，女，1940年9月生，大学，教授级高级工程师200040上海市北京西路1287号却水1堪环空调冷热源及水系统的主要1994-2015ChinaAcademicJournalElectronicPublis类型机组更加重要ig通风量一般包括燃烧所需空气量、满et 1000/h逆流式方形玻璃钢冷却塔15台空调冷热源及水系统总用电功率4800kWL冷热水机组由某合资公司提供，水泵均为进口产品。冷冻站平面图见工程于1998年7月建成，经半年多的试运行后，于1999年4月10日正式投产。

冷冻站平面示意冷却水泵2溴化锂冷热水机组3冷水二级泵4冷水一级泵5膨胀水箱2能源选择和机型确定冷冻站规模庞大，供冷供热量大，耗能多。从能源利用角度来说，电动机组优于热力机组，但若用电动机组，光机组本身每h用电量就高达9 500kWf，电力增容费相当大，需建造专用变电所。拟建中的厂区35kV变电站的容量已不敷使用，须再扩容，投资费用十分巨大。若用蒸汽型热力机组，需用蒸汽69/h金桥地区热力公司的增容费和蒸汽价格相当可观，附加条件也不甚合理，尤其是凝结水不回收，难以处置。相比之下天然气可大量供应，且热值高，污染少，相对价廉，选用直燃型溴化锂吸收式冷热水机组较为经济合理。当时由于东海天然气尚未送达，暂以城市煤气作过渡。两种燃气的替换只需更换机组燃烧器喷嘴，十分简单。

从空调负荷构成和特点看，生产厂房的占94%，其中厂房内在负荷（设备、照明、人员）占76%，空调负荷稳定尽管溴化锂机组启停都有较长的时间延迟，但由于系统容量大、负荷稳定，加之机组本身调节性能良好，不会出现频繁启停现象。选择同一机型、容量相同的机组，对于运行管理和维护检修都很方便。

3水系统形式选择水系统形式与管路复杂程度、投资运行费用以及对运行管理水平的要求密切相关。由于水系统庞大，空调负荷以工艺设备负荷为主，从设计计算角度系统负荷比较稳定。

但构成主要负荷的5大生产车间面积都很大（达数万m2），计算耗冷量亦大（最大一个7630kWO，且生产线多，运行时总参差系数大，系统实际负荷变化还是相当大的。因此，采用变流量两级泵变频调速水系统。

两级泵水系统（见）由冷热源制备和输送分配两个环路组成，两者相对独立，协调工作。一级泵环路由冷（热）水机组、冷水一级泵，冷却水泵和冷却塔组成，并一一对应设置，以免相互干扰，保证机组出力。运行时根据系统负荷变化，调节机组产冷（热）量或改变运行台数。二级泵环路按系统需水量变化调节水泵转速或改变运行台数，实现冷（热）量和水量的供求平衡。

冷冻站与5大车间距离不一，分区设置二级泵环路最为经济合理。由于外方业主从简化管路节约投资出发，坚持要求只敷设一路公共供、回水管进出站房，因此，二级泵只能采用同一型号并联设置。这样不但大大降低了变频调速的节能效果，也给冷（热）水分配环路的平衡和自控增加难度。为了补偿水泵并联台数过多导致较大的流量损失和解决枝状管网的平衡问题，设计中加大了单台水泵流量，并在回水支管或支干管上安装动态流量平衡阀。

4自控设计根据两级泵水系统两个环路相对独立、协调工作的特点，相应的自控系统也由两部分组成。一级泵系统采用负荷控制，根据供水量及供回水温差，算出系统所需供冷（热）量，由机组自身负荷调节装置调节产冷（热）量（保持夏季出水温度7°C，冬季55°C）当系统负荷变化大于或小于一台机组额定产冷（热）量时，依次开启或关闭机组。二级泵系统采用变频调速控制，按系统需水量变化，同步调节二级泵转速，改变供水量与之相适应。当系统需水量继续增大，二级泵达到额定转速时，依次开启水泵。反之，需水量减少，水泵转速降至某一允许值时，依次关闭水泵。

一级泵系统的负荷控制法，是较成熟的控制模式。对于多台并联的二级泵系统，采用传统的压差控制法就不适宜了。由于水泵制造技术的提高，内部损失减小，目前用于空调水系统压力范围的单级离心泵，在最高效率附近的特性曲线大多为平坦型的，对系统压力变化不敏感，影响调节质量。多台水泵并联工作，情况尤为严重，采用压差控制法就更难满足要求。设计拟定了以压差信号为主，辅以温度和流量信号的带温度纠正环及流量正馈控制的压差控制模式，使系统既有一定的稳定性，又有较好的灵敏度。经调试取得成功。

5机房通风和直燃机组的排烟设计直燃型机组（尤其是燃气型）机房的通风问题较之其他足卫生条件以及排除机房余热所需的通风量。由于机房大、机组多、容量大，为安全可靠起见，上海煤气公司建议送风量按101厂1换气计算（一般地面上的机房取5h厂1换气即可）总送风量为33X104m3/h排风量约为送风量的70%，送排风系统采用下送上排的气流组织，22台低噪声轴流风机（每台22000m3/h）分别安装在南北侧墙上。送风机离地面0. 75m，经送风消声箱送入室外新鲜空气；排风机离地面7.0m，均接风管伸至机房纵深处排除余热直燃型机组的排烟量由设备制造厂提供。为避免相互干扰影响运行，若每台机组的排烟系统都单独设置，对本工程来说很不现实，经研究在烟道设计上采取适当措施，两台机组设置一个排烟系统。具体做法是将支烟道由引射管插入干烟道，防止机组不同时间运行时烟气倒灌。根据有关资料，烟囱高度应大于附近建筑物0.6m以上，并以此核算烟囱抽力使之略大于排烟系统阻力，确定烟囱高度为25.5m4根烟囱围成一组，分两组落地安装，不仅解决了结构和防雷问题，外形亦整齐美观。

6防火防爆措施由于机房面积大，耗气量大，而煤气、天然气又是易燃易爆的有毒气体，安全措施至关重要。设计采用分区供气，分区报警措施。燃气从室外进入表房后，分4路引入机房，每路为4台机组供气，并以此划区。因机房上空管道纵横，难以设置防火垂壁，利用1.5m高的大梁空间安装气体泄漏探测器，防止燃气泄漏引起火灾蔓延。气体泄漏探测器按作用半径均布，由计算机联网将信号传至表房和火灾控制中心报警，同时切断该区的供气。

7运行情况及经验教训冷冻站建成后，经全面调试达到设计要求。两年多来，系统运行正常，自控装置工作有效、可靠。运行情况及主要经验教训如下：冷（热）水机组机组出力正常，调节性能良好，随机仪表及监控装置工作可靠。自动化程度高，基本上可做到无人操作。机组从开机点火到达到额定工况和停机稀释时间都较短，一般都在10~15min左右。炉膛燃烧正常，燃烧烟气排放顺畅，机组运行与否无相互干扰现象。施工中曾有人建议每台机组排烟道上加装调节阀，但实际运行表明，只要烟道设计合理，多台机组合并烟道不设调节阀也是可行的。

水系统由于油漆车间生产工艺有较大的改变，系统负荷减少，目前只有12台机组和6台二级泵投入运行。

两级泵水系统工作正常，控制有效，满足使用要求。值得指出，原设计二级泵并联台数过多，使系统存在固有缺陷，尽管设计时已采取若干补救措施（加大水泵单台流量，减少管路阻损等），仍难弥补。在目前情况下，如加开二级泵运行台数（7台或8台运行），系统流量增加有限，达不到最大设计流量。要解决此问题须适当改动并联管路，相当麻烦，这是严重的教训。因此，并联水泵台数不能过多，最好不大于5台。

二级泵变频调速的作用，从实际运行情况看，满足使用要求是主要的，运行节能只能退居其次。由于系统冷水循环量大，进出水总管口径达1200mm，各车间空调负荷又很大，当一个或几个车间停用或负荷不足时，就会导致管网阻力的急剧变化，这是定速二级泵很难适应的。

机房环境直燃型机组散热量大，环境温度往往过高。本工程除了加大换气次数和选择合理的气流组织外，对机组的高压发生器等散热部件都做了保温，取得良好的效果。机房内较室外气温高2~3°C，与同类机房相比室温有较大的改善。

二级泵变频器的设置，电气专业为方便布线，要求分散设在水泵附近。由于变频器功率大，工作时发热量大，需要有良好的通风散热环境。尽管机房气温可满足要求，但遇夏季连续暴热天气则室内气温过高，影响变频器的正常工作。因此建议另辟房间集中布置变频器，加强通风或适当送冷风。

冷却塔分组问题冷却塔分4组，每组设共用水池，相对独立，冷水池出水由两条总管汇集后注入集水器。

由于冷却水量和系统水容量大，当若干台机组相继启停时，导致水池水位剧烈波动，甚至出现抽空和满溢现象。将各水池连通后，才得以避免。由此可见，对于多机组、大系统，必须采用深水池，出水汇集管与水池水面应有足够的高差用以克服阻力。