关键词  水蓄冷  回盈管  比例调节阀  经济运行

        前言
        近几年来，建筑节能工作在我国已引起了广泛重视，国家和地方有关部门已制定出了电力“移峰填谷”的政策和措施，发布了建筑节能规范。随着电网负荷峰谷段用电量差距的不断扩大，国家电力部门逐步实施分时电价政策，由于空调制冷系统用电量在建筑物用电量中占比很大，因此很多地方电力部门对于水蓄冰空调制冷系统在收取电力增容费方面给予优惠，实行蓄冷峰平谷电价，蓄冰空调制冷系统逐渐成为空调制冷系统发展的必然趋势。
        深圳华强广场空调制冷系统的用电量在整个供电系统的总用电负荷中占有55%的比例。因此，华强广场空调制冷系统的运行节能对于用电负荷、电网平衡具有非常重要的积极效果及示范作用。华强广场采用中央空调水蓄冰制冷系统，为华强电子世界二店及５栋写字楼提供冷源，充分体现了集中控制及高效运行的管理理念。寻求高效的运行控制模式，提高水蓄冰制冷系统的运行效率是目前的工作重点。当前在夜间投入蓄冷工况模式运行时，发现回盈管短路现象造成蓄冷量降低及制冷机组负载加不上去，制冷效率下降。因此公司决定对回盈管进行改造，改造后能根据比例调节阀的大小调节流经回盈管水流量，控制制冷机组的回水温度，使制冷机组在较好的状态和较高的效率运行，同时增加蓄冰冷量。此项系统改造工程由本人主要负责，并承担后期的数据采集和对比分析工作，形成经济运行分析报告。
        1、提出问题与原因分析
        深圳华强广场于2008年1月投入使用。位于深圳市福田区的华强北路，紧靠深南大道，是华强集团在深圳的标志性建筑，楼高157米，由裙楼７层、地下三层、4栋22层和1栋40层5A写字楼组成；制冷系统由5台高压机组供冷。华强广场制冷系统冷冻水进/出水总管上已装设了管径为DN350mm回盈管，在回盈管上装有单向止回阀如图3-1所示。制冷机组冷冻水设计选型参数：进水14.5℃/出水5℃，供冷设计参数：供、回水温度：5/14.5℃，蓄冷水罐设计供、回水温度：5/14.5℃。在设计最大负荷（100%负荷）的白天，蓄冷罐放冷和制冷机组制冷同时供冷方可满足华强广场的供冷需求。回盈管的主要作用是作为两个环路的平衡管，在设计状态下，要求两端压差为零（无流量）。

 
        但在前期根据表1-1所示改造前电动阀控制策略表运行主机部分+供冷部分蓄冷工作工况时，发现以下几点问题：
        1.1  实际运行中由于供水压力（0.28MPa）大于回水压力（0.23MPa）造成冷冻水出水总管上20%-30%（3816 m3/h降低为763 m3/h，运行机组台数越少越明显）的水量会由单向回盈管流向冷冻水回水总管，形成部分短路现象，降低了冷冻水供水流量。
        1.2  由于供水总管压力（0.28MPa）大于回水总管（0.23MPa），使得机组部分出水在供水总管上直接通过盈亏管回流到回水总管上，与回水混合降低了机组进水温度，因此会造成机组回水温度偏低（低于10℃），使机组运行效率下降、能耗增加，制冷机组长期在60%-70%（10000RT降低至6000RT）负荷之间运行。同时使机组容易发生喘振，长期运行会降低机组寿命。
        1.3  回盈管回盈水量比较大，用电谷段蓄冷罐的蓄冷量与设计值相比亦大幅减少至（约为2545 m3/h），在每年高温运行季节（4-11月份），蓄冷罐在用电谷段的蓄冷量不能达到设计值（3450 m3/h）详见表3-2，从而造成蓄冷量不能满足白天用电峰段的供冷需求，增加了白天用电峰段开机次数和运行时间，同时供冷费用也相应的增加，导致华强广场运营成本增加；且影响供冷保障工作。
        表1-2进蓄冷罐流量和设计蓄冷量对比

        2、解决问题的方案
        针对以上问题和分析，经过本人查阅相关技术资料和本项目设计图纸并结合自己的工作经验和现场查看后，认为设计时回盈管管径选型不合理，造成回盈量偏大。因此在公司组织的关于解决回盈管问题的研讨会上我提出了提出了如下改造方案。
        2.1  方案一：若现阶段一定要解决目前出现的问题，可以考虑如图4-1提出的改造方案，为解决回盈管道有水流短路问题，建议调整回盈管管径和位置，并在回盈管前增加流量调节阀控制分配进入华强电子世界二店及５栋写字楼内和蓄冷水罐的流量，冷冻水系统改造示意图见图2-1，电动阀门控制策略见表2-1。

        2.3  两种方案比较
        方案一优点：可灵活调整回盈管的回盈水量，若通过后可由原施工单位进行施工，施工费用由原单位承担，我司可节省改造成本。缺点：本方案施工时需停止蓄冷、供冷，重新在DN800mm主管路上开孔接管，并且施工工期较长（大约2-3天）、施工比较复杂，严重影供冷保障。方案二优点：在回盈管上加装电动调节阀后，可根据实际情况灵活调整回盈管的回盈水量。并且工期短、施工简单，在不影响正常供冷情况下可施工作业。缺点：本方案由我带领员工进行改造施工，改造费用由我方承担。通过以上两种方案的比较，由于改造期间无法开启机组制冷，而蓄冷罐冷量只能满足华强广场一天的供冷需求，因此改造施工必须一天内完成。方案一由于施工时间过长，并且要在总管路上施工，工程量大，在短时间内无法完成，直接影响华强广场供冷；方案二根据实际要求，在不影响华强广场供冷的情况下，根据蓄冷罐冷量只能满足一天的用冷需求，可在一天内完成改造。经过公司领导多次讨论、实际考察和反复研究论证，决定选择方案二对制冷系统冷冻水回盈管进行改造。具体方案对比如下表2-3：
        表2-3两种方案比较

        3.2  施工实施步骤：
        在项目改造实施过程中，本人主要负责现场施工管理、工艺、技术支持。施工前给施工单位做好安全技术交底，让施工人员明确改造项目的主要施工技术和安全防护措施。施工过程中督促和规范工人的现场施工秩序、用电管理、安全和工艺检查验收等。主要工作项目如下：
        3.2.1对施工现场人员做好施工前的安全培训及安全生产的交底工作，使施工人员人人懂安全，处处注意安全。严格遵守安全纪律和安全生产管理制度，进入施工现场必须带好安全帽，系好安全带。按作业要求正确地使用安全防护用品、用具等。高空作业（2米以上）必须系好安全带，防止高空作业发生事故。进行气割、电焊施工时，及时办理动火证，确保操作人员持证上岗。气焊时氧气瓶和乙炔瓶应保持5米间距，距明火10米以上，与易燃易爆物品或其它火点的距离25米以上，防止发生爆炸事故。电焊时焊接机械放置在防雨和通风良好的地方，焊接现场不准堆放易燃易爆物品；焊接机械的二次线宜采用YHS型橡皮护套铜芯多股软电缆，电缆的长度不大于30m；施工过程中，特别要注意的就是防火，需要配备足够的灭火器，在烧电焊的工作周围，采取必要的防火毯对易燃的设备、材料进行保护。
        3.2.2材料验收：阀门型号、规格、压力等级、功能等材质均符合选型要求。
        3.2.3管道排空：先把DV1-3、DVT1-3阀门关闭并断电挂牌，开启蓄冷罐单独放冷模式。然后把回盈管至机组侧冷冻管道内冷冻水排完。
        3.2.4切割检查：切割前已拆除保温材料，并在施工现场配置二瓶35KG灭火器。切割后切口用锉刀和砂轮机清理，表面干净、平整。
        3.2.5焊接检查：管道焊缝的外观匀称、焊料饱满。
        3.2.6管道冲洗：在法兰接口处用水管多次冲洗管道内壁焊渣、杂物，并将水排尽。
        3.2.7阀门安装：阀门安装前已检查确认型号，并按介质流向安装，卡控阀门与法兰连接的密闭性。
        3.2.8管道试压：本次试压时管道与设备作为一个系统进行试压，试压时缓慢升压至0.6MPa，稳压10min压力下降小于0.02MPa。再将系统压力降至工作压力，外观检查无渗漏现象。
        3.2.9管道防锈保温：刷防锈红漆两遍，防锈漆干燥后恢复保温材料、铝皮防护层。
施工现场见图3-1、3-2

        图3-2  安装博雷DN350电动调节阀
        4、技术改造后运行效果比较及实测数据
        4.1在日常运行中，华强广场向华强电子世界二店及５栋写字楼的供水流量根据热负荷需求进行调整，同时供水、回水温度亦基本保持不变，分别维持在5～5.5℃和12.5～14.5℃，即此项改造基本不会造成供水流量和供水、回水温度的波动，对于向末端供冷的基础条件未产生影响。
        4.2本系统运行部分供冷+部分蓄冷模式时，总管回水温度12.5～14.5℃、出水温度5～5.5℃，而改造前由于回盈管内流量不可控，始终有部分冷冻出水与回水混合后流回冷水机组，机组回水温度降低引起机组卸载。在改造后刚刚使用时，在参数设置时，我每小时测流量（手持式差压超声波流量计）、测出水温度（水银温度计，精度等级0.1范围0℃～100℃），并根据每小时测的流量和出水温度调整电动调节阀，测到每小时的流量约为3403 m3/h、出水温度5℃左右为机组最佳，保持机组满载运行、增加冷冻水供水流量。
        4.3通过以上分析可知改造后的节能效果主要体现在蓄冷量的增量上，此部分冷量可在电价峰段或平段采用单放冷模式被利用，可节省由于多开启制冷机组运行直接供冷所产生的电耗，从而利用峰平谷电价差节省运营成本。
        4.4冷冻水系统回盈管改造完成之后，在夜间对部分供冷+部分蓄冷的运行数据进行了记录，详细数据见表4-1、表4-2。
        表4-1 回盈管改造前，部分供冷+部分蓄冷工况下的运行数据

         
        通过华强广场制冷站电力监控系统获得2009年04月至11月和2010年04月至11月机组运行电度数（KW/H）详见表4-5。
        由此计算，在回盈管改造后每年节省的电费约为：
        2009年和2010年平峰时差：
        12458597-9976495=2482102×0.8509=2112021
        2010年和2009年谷峰时差：
        5208298-2766945=2441353×0.2788=680649.2
        平峰时与谷峰时的电费差：
        2112021-680649.2=1431371≈140万元/年
        表4-5  2009年和2010年机组运行功率及进蓄冷罐流量

        5、结束语
        华强广场投入机组部分供冷+部分蓄冷模式运行时，发现回盈管短路了部分蓄冷流量，使得蓄冰制冷工况下蓄冷量无法达到设计要求，同时回盈水量引起冷冻水回水温度降低，造成制冷机组难以高效运行，制冷效率下降。在回盈管上加装电动比例调节阀后可根据实际情况灵活控制冷冻水系统夜间蓄冷流量、进出水温度和冷冻水回盈量。系统运行平稳，在夜间谷峰时储存的蓄冷罐流量满足华强广场一天的冷量使用；大大节约在白天平峰时的运行成本详见表7-1，经济效益也十分显著。
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