工业生产用冷水机组的水系统容量设计说明（精编版）

1、.工业生产冷水系统水容量的设计王南0娃哈哈集团公司设备工程部下沙经济技术开发区14#大街 310018摘要： 本文详细表达工业冰水系统水容量设计原则和原理， 给设计师在设计冷冻水系统选择水箱和水罐时提供设计依据。关键词： 冷水机组水箱系统最小水容量在工业生产中 , 负荷变化往往会比较大，在冷冻站的设计时， 冷冻水系统如何配置冷水水箱（或闭式水罐） ？是否要配置？配置多大为妥？这个问题实质上就是确定冰水系统的最小水容量，关于这个课题，很少有论文或者文献讨论，本文试做一些探讨。冰水系统的最小容量与以下几个因素有关：1、负荷侧（用户端）的要求温度精度，用户端的精度要求越高，水系统的容量越大。2、负荷

2、侧（用户端）的负荷波动率，波动幅度越大，速度越快，要求水系统的容量越大。3、冷水机组（或者机群）的加卸载速度，加卸载速度越慢， 要求系统的水容量越大。4、系统水容量也要分为回水侧系统水容量和供水侧系统水 容量，两个，实际上是存储低温水还是高温水的区别。作为保护冷水机组考虑的水箱一般放在系统的回水端，水箱在冷水机组的出水端也是有影响的，不过影响较小。5、冷水机组有一个水温的变化率。超过这个变化率冷水机组将出现故障。- 7 - / 7冷水系统的水容量随不同的负荷特性，不同的机组特性而变化， 并且这三者互相影响互相干扰，具体问题要具体分析， 不能一概以一个指标而确定。后续将用三个案例来说明这种相互间

3、的影响。我们先来定义系统的概念：1. ts-机组启动之间的时间间隔( 分钟min)，是为了防止机组重复启动，避免频繁启动导致电机热积聚，一般工业用冷水机组这 个值是 30min .指的是机组第一次启动到第二次启动之间的时间 间隔，包含了降温运行时间ts1和停机时间 ts2。2. vw-流体容积 (m3)系统需要的最小系统水容量。3. h1-机组最小运行容量 (kw) ，一般螺杆式压缩机为单机头的25%左右。4. h2- 系统的最小负荷 ( 系统最小负荷） (kw) ，指的是机组在运行中系统产生的最小负荷。5. td- 机组的控制器的不工作区域 ( )下面的公式是假定机组始终在最小运行容量 h1

4、工作，系统的最小负荷是h2，td 是机组控制器的不工作区域：假设机组在 5停机，而温度升到9再启动，那么 td=4；由于机组最小运行容量 h1 大于系统最小负荷 h2 将导致机组下降 td温度后停机，降温幅度为td 的时间间隔我们建设为ts1 ts1= 1000 * vw * td * 4.2 (kj)/(h1-h2)/60(1-1)ts2= 1000 * vw * td * 4.2 /h2/60(1-2)ts=ts1+ts2(1-3).这样可以得到最小系统容量的公式：vw = ts/ td/(h1-h2)+td/h2/70-(1-4)下面用一个专门的例子来说明：案例一：假定一个700kw的系

5、统使用一台螺杆机组，机组有两个350kw的压缩机。流量为109m3/h，并且系统最小负荷 (h2) 为 35kw。冷却器和机组相邻布置。 是否必需一个冷冻水蓄水水箱？如果需要， 需要多大的水箱？第一步是估计系统中流体的体积:机组蒸发器 =150l ，管道容积为 170l， 冷却器盘管容积为55l。总的系统容积 (vw )375l 。假设有如下的系统参数：ts=30 （min) h1= 88(kw)h2= 35(kw) td=4 ( )代入到公式（ 1-4 ）得到：vw= 2.26m3因为系统的安全运行的最小水容量应该为2260l 而目前系统总的系统容积为 375l 应配置一个至少水容量为188

6、5l 的 水箱。如果不安装水箱会出现什么情况，这是值得考虑的。按照上述公式我们倒过来计算机组的降温时间ts1 , 和机组的停机时间 ts2ts1=1.98mints2= 3min1.98 分钟 系统将从 9下降到 5停机，停机 3分钟后，系统水温升高到 9 ，发出开机请求，重复启动时间只有5分钟，显然机组重复 启动时间缩短， 对机组的使用是不利的， 如果防重复启动时间固化为30分钟，那么水温将在第二次启动时候升高37，达到 42 后开机。这是不允许，显然这个系统是失败的。最小机组容量 （ 88kw比)实际负荷大 2.5 倍。甚至在最小的容量， 机组会“过度冷却”冷冻水。供水温度会降到设定值以下

7、，直到达到允许的最低温度， 然后机组就会关闭。 当机组关闭的时候， 35kw的负荷会使冷冻水的温度升高，直到温度达到冷冻水不工作区域的上限。如果压缩机两次启动间的时间间隔还没有达到，机组不会启动， 而且冷冻水的温度会继续升高。这会导致很差的系统性能。缩短两次启动间的时间间隔可以解决性能的问题，但是会使机组的压力过大。反过来，增大两次启动间的时间间隔可以保护机组，但是会降低性能。案例二：仍旧使用上面的例子，但是系统负荷一直运行在 260kw。这时如何配置冷水箱的大小？假定单机头运行容量为 350kw，该机头分为三个能级， 25%，50%，100%，（未安装 75%电磁阀）50%运行容量 =175

8、kw，100%运行容量 =350kw。目前系统的负荷恒定在260kw。试着分析最小的系统水容量？可以得知单个机头将在50%和100%这两个能级之间跳动运行。ts01= 1000 * vw * td0 * 4.2 /(h02-h0)/60(2-1)ts02= 1000 * vw * td0 * 4.2 /(h0-h01)/60(2-2)ts0=ts01+ts02(2-3)这样可以得到最小系统容量的公式：vw0 = ts0/td0/(h02-h0)+td0/(h0-h01/70(2-4)其中：1. ts0-机组不连续的上卸载能级跳动的时间间隔( 分钟min)，是为防止机组的上卸载处会发生“振荡”，

9、并会导致不稳定的运行。2. vw0- 流体容积 (m3)系统需要的最小系统水容量。3. h0-系统运行中介于两个能级之间的负荷, 该处为 260kw.4. h01-机组在相邻较小能级的运行容量(kw), 本案为 175kw.5. h02-机组在相邻较大能级的运行容量(kw), 本案为 350kw.6. td0-机组的能级控制器的不工作区域( ),本案为 2 . 如果该系统不做水箱，按照案例一，系统的水容量为0.375m3。在50%上运行的时间是： ts02=0.62min 后增载到 100% 运行 ts01=0.58min 跳回到 50%能级，如此循环往复。假设按案例一配置水容量为1885l

10、的水箱一座， 使得最小水容量达到2260l 。经过计算得到 ts01= 3.48mints02= 3.72min。如果以上能级使用滑阀， 增加水箱后滑阀的活动速度明显减少，使得滑阀的寿命增加， 如果是两台压缩机启动， 第二台压缩机的启动次数会超过每小时 8次，说明最小水容积仍旧不足。案例三：一台 330冷吨的冷水机组，机组有 3个机头，每个机头无极调.节，系统负荷有 330冷冻吨，为了分析问题方便，暂时假定该负荷全部为突变负荷，该负荷间隔一个小时来一次， 持续运行时间为半小时， 假设没有任何生产线上和该机组的连锁控制装置，求最小系统水容量为多少适宜？假定三机头冷水机组的运行逻辑是，当温度下降后

11、，1个机头卸载需要 5分钟，然后停机头，第二个机头卸载，卸载5分钟， 这样一步一步的卸载所有的机器。分析：对于该冷水机组导致工作恶劣的情况出现在，负荷突然消失后，可能使机组产生过冷而停机。首先由于突变负荷持续半个小时后，所有压缩机头均满负荷运行，假定整个回水系统为 12，而整个的出水系统控制在7。330冷吨的冻水循环量为 200m3/h。当负荷消失的瞬时点，假定机器仍维持出水温度 7，假设在回水系统上有个20吨的回水罐（开始时候充满 12水）混合，并且假定混合非常充分，5分钟进入到水罐的水7度16.7 吨， 5分钟后水罐的水温下降到9.7 ，按照这个水温， 机组负荷应该为 2.7/5=54%，

12、而5分钟的时间一个机头卸载完成，机组走在67%的负荷，由于卸载速度跟不上，机组出口水温降低，使得回 水箱中的混合水温进一步下降，极有可能造成机组过冷。 有时由于水温降低过快，卸载速度来不与，造成低压停机或者过冷液击等事故， 机组经常在这样的工况下运行，寿命不会长久。冷冻水系统中的冷冻水体积抑制和消除了负荷变化带来的影响。生产过程的负荷往往是最突然的，并且能使机组停机。 当在一个很大的生产负荷下，一台末端的换热器关闭时( 例如一板交连接的热侧介质突然关闭 ) ，在机组上卸载能级处会发生“振荡”，可能会导致不稳定的运行。如果负荷处在两级之间，那么机组将需要冷冻水的容积来“抑制”过冷或不够冷的冷冻水对机组的影