冷冻水系统管网连通案例分析

石建云 王国栋 董圣培

（乐金化学（南京）信息电子材料有限公司，江苏南京210046）

0 引言

在空气调节系统中，空调水系统的能耗主要包括冷水机组能耗和水泵功耗两个方面[1]，冷水机组的运行台数会影响到企业的电力使用成本。在确保生产正常运行的同时，需加强设备维护保养并降低电力成本，在国家提倡节能减排及企业能源节俭的要求下，从系统运行和设备等方面进行节能改造，使冷冻水系统的运行更合理优化，以达到节能降耗的目的[2]。下面笔者对我公司的部分冷冻水系统进行分析。

1 运行现况

乐金化学（南京）的第四工厂有3台离心冷冻机，容量为800 RT，总容量为2 400 RT。第五工厂有4台离心冷冻机，容量为1 200 RT，总容量为4 800 RT。冷冻水系统的形式为一次冷冻水泵系统，连接方式为水泵与冷冻主机通过分集水器连接[3]。使用范围均为AHU系统、除湿系统、激光室和真空干燥机，其中激光室和真空干燥机的负荷是固定的，AHU系统、除湿系统的负荷随外界温度变化而变化，冬季负荷最小，夏季高温高湿季节负荷最大，表1是2016年的负荷变化表。

表1 冷冻系统实际运行负荷统计表

2 运行的问题点

2.1 单位冷量功耗差异

四厂的冷冻机制冷量为800 RT，总功率为760 kW（总功率为压缩机功率、冷冻水泵功率、冷却水泵功率、冷却塔风扇功率之和），单位冷量功耗为0.95 kW/RT。五厂的冷冻机制冷量为1 200 RT，总功率为1 057 kW，单位冷量功耗为0.88 kW/RT，如表2所示。

表2 冷冻系统单位冷量功耗表

四厂与五厂相比，单位冷量功耗比五厂多0.07 kW/RT，也就是说，同样输出800 RT冷量，以1个月的时间为例，四厂比五厂的冷冻机组多浪费的电量为0.07 kW/RT×24 h×30 d×800 RT/台=40 320 kW·h/台。

2.2 能源浪费

由表2可看出，五厂的冷冻机组单耗相对四厂节约了0.07kW/RT。那么再根据表1分析，在1、3、4、8、9这五个月中若使用五厂冷冻机组的剩余负荷来代替四厂的部分运行负荷时，便可以有效节约四厂的实际运行台数，每月均可节约1台800 RT的冷冻机，原运行台数为1、2、2、2、2，共9台，如果利用五厂的剩余负荷，则每月运行台数可为0、1、1、1、1，共4台，可节约5台。月能源浪费为：（165×0.77+45）kW×24 h×30 d=123 876 kW·h/台，其中0.77为水泵变频负荷系数。年能源浪费合计为：（40 320+123 876）×5=820 980 kW·h。

3 连通方案及投资费用分析

3.1 连通方案

（1）管网连通：从四厂、五厂的集水器和分水器的预留口上分别进行管道连通，根据五厂的剩余负荷，计划从五厂向四厂输送冷量497～955 RT（进回水：7/12℃）。选用DN300的镀锌管道，当输送冷量为最大值960 RT时，DN300管径内的流速为2.2 m/s，满足冷冻水闭式系统中管道的流速值（一般闭式系统中管内水流速的推荐值为当管径≥250 mm时，压出管的流速为2.0～2.5 m/s[4]）。

（2）流量平衡：冷冻系统连通的目的主要是从五厂往四厂输送冷量，为防止冷量输送过大影响五厂的使用量，也为防止冷量从四厂输送至五厂，造成四厂冷冻机跳机现象发生，需在分水器五厂送往四厂的管道上增加平衡阀，当空调负荷随外界温度变化时，送往四厂的流量仍然可以和设计值相一致，故选用自动流量平衡阀400X-16Q-DN300，可以根据负荷调节变频控制[5]，确保单向、定量输送至四厂。冷冻系统管网连通示意图如图1所示。

图1 冷冻系统管网连通示意图

（3）水泵扬程：水泵在闭式系统中工作时，水泵的扬程只需克服管系（包含管路、管配件、设备）[4]的阻力就足够了。原管网总阻力为37 mAq，管道连通长度在90 m范围内，管道和流量控制阀新增的阻力为6 mAq，管网连通后的总阻力为43 mAq，在冷冻水泵的45 m扬程范围内。

3.2 投资费用

投资费用主要包括流量控制阀、水泵、镀锌管材、弯头、安装费等，共计37.5万元。

4 结语

四厂与五厂冷冻机组的单耗差异在0.07 kW/RT，利用机组间单耗的差异及分析四厂、五厂的运行负荷和剩余负荷，将四厂、五厂冷冻水管道连通后，从2017年7月起五厂冷冻机组的剩余负荷在8、9月及2018年的1、3、4月代替了四厂的部分运行负荷，全年冷冻机组的运行台数减少了5台，不仅节约了820 980 kW·h电量成本，设备的维护费用还相应减少了。