工业生产用冷水机组的水系统容量设计

15-工业生产冷水系统水容量的设计王南057186796150杭州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：本文详细叙述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下列几个因素有关：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。负荷侧（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。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。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。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。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的影响。我们先来定义系统的概念：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。VW流体容积(m3)系统需要的最小系统水容量。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。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。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TS1TS1=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)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合适？假定三机头冷水机组的运行逻辑是，当温度下降后，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分钟内进入到水罐的水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%，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，卸载速度来不及，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响。某些情况是在负荷低于机组的最小容量的地方。在这种情况下，机组会反复使压缩机开和关来满足负荷的要求。如果系统中没有足够的流体，那么压缩机会因为启动过多而导致过度磨损。任何时候，设计者应该仔细的检查这个问题。因为不同的负荷情况，机组的不