浅谈冷冻水系统管道的改造与节能

1、浅谈冷冻水系统管道的改造与节能 【摘要】 本文主要介绍一开式冷冻水系统的回水管改造，将生产车间的回水从原来流回水池改为沿回水泵的管道流回冷冻站水池，这样就节省了p4、p9二台回水泵；同时，冷冻站的二台冷冻水泵进行变频改造，将扬程从40m降为20m，为了保持流量不变，用大功率的7#泵变频代替3#泵，用3#、8#泵变频后并联代替8#泵，节能效果十分明显，节省了大量的电费。 【关键词】 冷冻水；水泵；变频；节能； 根据某公司的要求，按照采暖通风与空调调节设计规范的原则，结合生产需求使用实际，我们对该公司一厂内的冷冻水系统进行改造。该厂现有一开式冷冻水系统，于1987年安装。中央空调耗电量约占整个配电

2、部的52%，而水泵的耗电量则占整个制冷系统20%。水泵是恒速定流量，设计都预留了20%的余量，实际运行余量都超过20%，以致管路的压力偏大，冷冻水的温差常年运行在24，大流量小温差，造成了很大的浪费，电费一直高居不下。因此必须从运行、管道和设备等方面着手进行管理及节能改造，使冷冻水系统的运行更合理、优化，采用变频器降低水泵的转速，节能率可达到30%60%，所以水泵的节能就显得尤其重要。 1.冷冻站流程图和参数 冷冻站有5台冷水机组，每台制冷量为800冷吨，生产时用2#、5#冷水机组，3#和8#冷冻泵。冷冻水流程图如图1所示，各水泵的参数如表1所示。 表1 冷冻站和生产车间水泵参数 设备名称 位

3、置 流量（m3/h） 扬程（m） 功率（kw） 效率（%） 运行台数（台） 1#、2#泵 冷冻站 485 39 75 83 3#和8#泵 35#泵 同 上 245 48 55 77 68#泵 同 上 420 48 90 77 p1 生产车间 138 30 22 2 p2 同 上 30 50 7.5 1 p3 同 上 6 45 2.2 1 12回水泵p4 同 上 222 25 22 1 p5 同 上 216 25 22 1 p6 同 上 42 50 11 1 p7 同 上 126 30 18.5 1 p8 同 上 150 50 37 2 17回水泵p9 同 上 348 25 37 2 2.回水管

4、道改造（生产车间） 2.1 停p4、p9回水泵 生产车间的12回水池的水由p4泵回冷冻站12水池， 17回水池的水由p9泵回冷冻站17水池，回水池的冷冻水由p4、p9泵回冷冻站，而冷冻站不得不按p4、p9的流量泵回去，以保持水量的平衡，稍为调整不平衡，便造成冷冻站水位太高，冷冻水流失，造成很大的冷量损失。如果能够由供水泵供给空调机组后，回水直接由管道流回冷冻站水池，而不流回生产车间的12、17回水池，则可以节省p4、p9水泵一直运行的电费，同时冷冻站又可以减少送给7、12水池的水量，进一步考虑减少水泵的功率。 2.2 管道改造 生产车间的空调机组都在二楼以上，比冷冻站的水池高，故回水管能够直接

5、回往冷冻站。改造后的管道流程图如图2所示，图中粗实线为改造后的管道，虚线为原来回往12、17水池的管道，把p1、p2、p3合并为一路沿原p4泵回水管流回冷冻站，p5、p6、p7、p8也合并为一路沿原p9泵回水管流回冷冻站。 2.3 调试 把所有空调及水泵运转起来，打开图2中的球阀1、2，发现为负压，没水流出，倒吸空气，说明冷冻水能流回冷冻站，而不会造成压力不平衡流不回冷冻站的情况，检查p1、p2、p3所供给的空调进出水温差都在46，运行时的温湿度都正常。 2.4 停p1和p8 p1额定电流为50a，二台水泵并联运行时电流仅为36a，压力0.29mpa，运行中经常发现7供水池经常满池，说明p1的

6、实际用水量偏小，经过与生产部门协商，仅开一台p1试运行，电流38a，压力0.27mpa，运行正常，未发现超载现象。运行一段时间后，温湿度都正常，节省了一台p1。 最初，运行中发现p8出口压力偏高，估计末端空调的实际用水量不大，便停掉一台p8，发现电流过大，泵体发热，说明超载运行，便放弃了这一作法。考虑另一方法，通过调节水泵出口阀门的开度来减少水量，关小阀门可减少水泵所消耗的功率。把二台并联的p8出水口阀门都关小50%，水泵发出尖锐的声音以及泵出口的管道剧烈振动，又不行，说明在小流量下偏离了工况点，使叶轮受到较大的径向力，才产生这现象。 管路经过改造，合并后估计管道末端的阻力增大，便试停一台p8

7、，并联时电流60a，压力0.47mpa，停p8后电流比原来大2a，为62a，压力0.45mpa，泵体不发热，证明了原来的分析。检查几台空调机组的进出水温差都在57，而且温湿度都正常，又节省了一台p8。 3.变频改造（冷冻站） 冷冻站运行3#和8#冷冻泵即可满足流量平衡，由于3#、8#泵的扬程偏高，运行时冷水机组的冷冻水出水阀门仅开65%，水泵的扬程都消耗在关小的阀门上，故决定对3#、8#泵进行变频改造。通过比较，选择一个最节能的方案，把7#与3#泵对调，7#泵变频（以下称3）代替3#泵，3#泵变频（以下称7）和8#泵变频后（以下称8）并联使用，扬程全部从48m降为20m。 3.1 比例定律 根

8、据比例定律： ， ， 比例定律指出：流量与转速的一次方成正比，能头与转速的平方成正比，功率与转速的三次方成正比。由此可知，水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。当水泵的转速降低而管阻也随之降低，水泵的转速可通过调整频率至水泵的扬程能满足系统最大限度的需求，达到最节能的目的。运行中，水泵出口阀门、冷水机组冷冻水出口阀门都必须全开，阻力减少，管路特性曲线变得更加平坦，使流量增加。水泵一般运行频率在3550hz 之间， 系统总体效率基本不变。 3.2 7#泵变频的原理和变频计算 如图3所示，绘出3#泵的管路特性曲线，管路阀门全打开，a点是效率的最高点，流量和扬程为额定的参数。当阀门关小后，流量

9、从q1减小为q2，管路特性曲线向上偏移，变得更陡，工况点a变为b，扬程增加。7#泵变频后，性能曲线变为3，转速从n1降低为n2，在保证流量不变的情况下，扬程从h1降为h2，c点是水泵变频后阀门全打开后的工况点，节省的轴功率与面积bh1h2c成正比，节能效果显著。 7#泵变频后扬程从48m降为20m，代替3#泵，则 ，n=936 r/min，频率为32hz，水泵的电机功率估计为： ，变频器的效率为96%，则电机消耗的功率为 。变频器实际运行的数据为：频率35hz，功率26kw。与理论计算基本吻合。 3.3 3#泵和8#泵变频的原理和变频计算 用二台变频水泵代替一台水泵。如图4所示，绘出8#泵的管

10、路特性曲线，3#泵和8#泵变频后的性能曲线为7和8，7+8为并联工作时的性能曲线，管路阀门全打开，d点是效率的最高点，流量和扬程为额定的参数。当阀门关小后，流量从q1减小为q2，管路特性曲线向上偏移，变得更陡，工况点d变为e，扬程增加。水泵变频后并联，在保证流量不变的情况下，扬程从h1降为h2，f点是水泵并联后管路阀门全打开后的工况点，节省的轴功率与面积eh1h2f成正比，节能效果十分可观。 3#泵和8#泵变频后扬程从48m降为20m，代替8#泵，变频器采用“一拖二”，则 ，n=1872 r/min，频率为32hz，水泵的电机功率估计为： ，变频器的效率为96%，则电机消耗的功率为 。变频器实

11、际运行的数据为：频率35hz，功率42kw。与理论计算基本吻合。 投入运行后，扬程和水流量都基本能够满足系统的需求，水量来回基本平衡。当水泵故障时，可投入原来的备用泵运行。 4.节能分析 4.1 管道改造的节能 节省了一台p1、p8，以及p4、p9，省电量如下： 22+37+22+37=118kw 4.2 3#、8#泵变频后的节能 变频前的耗电量：55+90=145kw 变频后的耗电量：26+42=68kw 节省的电量：145-68=77kw 4.3 合计节能 年运行小时数为5904小时，两项节约电量： （118+77）5904=1151280kwh 运行半年后，电表统计的数据为529590

12、kwh，据此可推全年节约电量为1059180 kwh，比理论计算小8%，说明理论计算是正确的。 4.4 初投资及回收期 管道改造费用6.9万元，二个变频器及线路改造费用8万元，水位监控系统1万，合计初投资为15.9万元。 平均电价为0.74元/kwh，节省的电费为：10591780.74=783792元 回收期不足三个月。由于水泵运行台数减少，冷冻泵扬程降低，设备的故障率降低，实际的维护费用也大大降低，相应的回收期也更短。 5. 总结 经过一段时间的运行，生产车间与冷冻站的水量基本保持平衡；冷冻站3#、8#泵变频后冷水机组运行正常，管道压力稳定，进出水温差57，而且变频器实现了平滑的软启动，减少水泵的噪声及振动，减少对电网的