浅谈提高卷烟厂空调制冷系统水泵输送效率

张啸，黄斌，杨光，金玲

（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江 杭州 310024）

1 背景现状

空调制冷系统如下图1所示包括：制冷机组、水泵、空调末端设备、阀门、水过滤器、管网等。

图1 空调制冷系统图

空调制冷系统主要有冷却水循环：冷却塔→冷却水泵→板式热交换器/制冷机→冷却塔；冷冻水循环：空调设备→冷冻水泵→板式热交换器/制冷机→空调设备。

某卷烟厂动力中心空调制冷系统共有6组10KV高压离心式制冷机组和2台冬季板式换热器，并配有冷却水泵和冷冻水泵各6台，其主要参数如表1所示。

表1 冷却、冷冻水泵主要参数

现将空调制冷系统水泵输送效率定义为：

水泵总运行时间（min）÷总水泵电耗，那么如果在空调制冷系统全部设备运行的条件下，额定的水泵输送效率为：

12×60÷[6×（132+160）]=0.625min/KWH。

据统计，2018年空调制冷系统总的水泵能耗为277.33万KWH，2018年制冷系统总的运行时间为21471h，那么当前的空调制冷系统水泵输送系数为：

21471×60÷2773300=0.465 min/KWH

水泵和负载不相匹配造成的“大马拉小车现象”，使得水泵处于“大流量、低效率、高功耗”的不利工况运行才是影响空调制冷系统水泵输送效率的症结，本文将针对此症结进行下一步的原因分析。

2 原因分析与确定要因

根据制冷空调系统的水泵输送流程，分析其运行过程如下：

图2 空调制冷系统流程图

根据以上过程统计，输入因子共有37个，其中不可控因子有5个，可控因子32个，通过因果矩阵筛选出11个重要因子，并对以上可控因子做因果矩阵FMEA分析：

图3 因果矩阵FMEA分析表

图4 过程输入柏拉图

通过柏拉图和“二八”原则，刷选出以下4个重要因子：

要因即：①冷却水泵频率，②冷冻水泵控制条件，③冷却塔风扇状态，④冷却塔布水器状态。

3 改进措施

对策实施一：冷却水泵新增变频器控制并优化控制程序。

对冷却水泵进行改造，由定频50Hz控制改造增加变频器实现变频控制。并在程序上进行设计改进，冷却水频率会优先在40Hz运行，当冷却水进水温度高时，系统会优先开启冷却塔风扇，当冷却风扇全开但冷却水进水温度还是高时，才会提高冷却水泵运行频率。

对策实施二：冷冻水泵进行水泵运行负载匹配实验并优化控制程序。

试验目的：找出冷水系统最大负荷下的水泵运行参数范围和确定水泵电机负载范围，使得泵和负载相匹配。

实验条件：运行一台冷冻水泵，开启联合工房和辅助工房所有末端工艺空调的表冷阀至100%（最小压力2Bar）。模拟冷水系统最大负荷的工况。分水器最小工作压力为3.4Bar。水泵额定流量为1200 m³/h。

实验步骤：运行4#冷冻水泵，频率由50HZ逐步降低至空调机组表冷器进水的最小压力停止。

表2 记录实验参数表

由以上实验结果可以看出，在水泵运行在46Hz时和水泵出口压力在5Bar即可满足空调末端负载的条件。

对冷冻水泵进行改造，将变频控制的最高压力上限设定为46Hz，并优化控制程序，由原来的冷冻水泵频率根据分水器与集水器之间的压差来控制改造按冷水水泵分水器供水压力控制，并设定为5Bar。

对策实施三：对冷却塔风扇状态实时监控及时保养。

冷却塔风扇是冷却塔的一个重要组成部分，起着散热降温的作用。而当冷却塔风扇皮带发生断裂，就会造成电机空转，这样不仅会造成冷却塔电量的浪费，而且也使得冷却塔的热量就不能迅速被带走，增加冷却水泵的负荷，进而增加冷却水泵的电耗。而风扇皮带断裂不易被发现。

通过修改IFIX组态程序，制作冷却风扇电机电流集中显示界面。冷却风扇电机电流有集中显示界面后，一键即可显示所有48台风扇风机电流，通过电流就可以判断设备皮带状况。同时添加了冷却塔风扇电流异常报警，这样一旦冷却塔风扇皮带发生断裂，就能立即知晓，并且及时处理。

对策实施四：对冷却塔布水器做防锈处理制定保养规范。

冷却塔布水器的作用是将冷却水均匀流到冷却塔填料中，使得冷却塔可以获得更案后的挥发散热效果。而目前冷却塔使用近了10年，冷却塔的布水器出现明显腐蚀老化现象，锈蚀剥落的锈渣经过水流的作用会逐渐堵住布水器的落水孔，对设备的冷却性能造成一定的影响，增加冷却水泵的负荷，进而增加冷却水泵的电耗。本研究对冷却塔顶的布水器进行防锈处理和刷上油漆。

4 效果验证

表3 改进前后水泵输送效率统计表

通过以上改进，由表7看出截止2019年底空调制冷系统水泵输送效率为0.578 min/KWH与改进前2018年相比效率提高24.3%。2020年截止9月底，空调制冷系统水泵输送效率为0.887 min/KWH，与改进前2018年相比效率提高90.8%。改进后空调制冷系统水泵能耗节约量为607058KWH，电费按0.8元/KWH计算，共可节约485646.4元，改进效果显著。