大型電子廠房空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

摘要：空調(diào)水系統(tǒng)對(duì)于大型電子廠房是至關(guān)重要的，因?yàn)閮艋g的溫度及各種空調(diào)冷凍水水溫直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量。在運(yùn)行及試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題更能反饋出供熱通風(fēng)與空調(diào)設(shè)計(jì)及施工中細(xì)節(jié)要求。本文就工程實(shí)例進(jìn)行論述，來(lái)對(duì)安裝及設(shè)計(jì)過程中存在的不利因素進(jìn)行說(shuō)明，并在如何避免問題出現(xiàn)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：暖通冷熱源；成品三通；凝結(jié)水回收；多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)

一、項(xiàng)目介紹

某項(xiàng)目TFT-LCD生產(chǎn)線，該項(xiàng)目一旦投產(chǎn)，24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)要求極高，不能出現(xiàn)系統(tǒng)停機(jī)的故障，否則將會(huì)造成重大損失。生產(chǎn)線環(huán)境要求：溫度23±2℃，相對(duì)濕度55±5%，潔凈度ISO 14644 10-1000級(jí)。

暖通冷熱源概況：熱源有2個(gè)一級(jí)熱源，市政蒸汽和6臺(tái)熱回收機(jī)組（其中5臺(tái)最大回收熱量10831KW，1臺(tái)最大回收熱量5400KW），在熱回收熱量不足使用時(shí)，再使用蒸汽作為補(bǔ)充熱源加熱低溫?zé)崴欢?jí)熱源有2個(gè)：低溫?zé)崴?6/26℃，空調(diào)末端加熱用），高溫?zé)崴?0/60℃（采暖系統(tǒng)用）；冷源2個(gè)：中溫冷凍水14/21℃（生產(chǎn)線干盤管控制溫度及部分配電室降溫用，由13臺(tái)中溫冷水機(jī)組提供，其中7臺(tái)單機(jī)制冷量3300冷噸，5臺(tái)單機(jī)制冷量2720冷噸，1臺(tái)單機(jī)制冷量1360冷噸）；低溫冷凍水7/14℃（新風(fēng)機(jī)組及風(fēng)機(jī)盤管用），由6臺(tái)低溫冷水機(jī)組提供，單臺(tái)制冷量2700冷噸；冷卻塔52臺(tái)，單臺(tái)水量600m3/H，分為5組獨(dú)立運(yùn)行。低溫?zé)崴⒌蜏乩鋬鏊爸袦乩鋬鏊捎枚伪孟到y(tǒng)，一二次泵、冷卻水泵及冷卻塔風(fēng)機(jī)均變頻運(yùn)行。

二、原設(shè)計(jì)方案

2.1 低溫冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案見附件圖紙1

2.2中溫冷凍水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案見附件圖紙2

2.3低溫?zé)崴到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案見附件圖紙3、4

2.4 高溫?zé)崴到y(tǒng)設(shè)計(jì)方案見附件圖紙5

三、建設(shè)及運(yùn)行過程中的問題和原因

3.1 在低溫冷卻水管道試壓完成后，進(jìn)行泄水時(shí)，管道嚴(yán)重變形，見如下照片。

原因分析：在安裝管道三通時(shí)，沒有采用成品三通，而是在主管道上直接開孔引出支管，破壞了管道的結(jié)構(gòu)，降低了管道強(qiáng)度。

管道試壓時(shí)，機(jī)電安裝包商關(guān)閉所有冷卻塔塔盤的進(jìn)出水閥門、放氣閥前的手動(dòng)閥門；試壓完成后進(jìn)行泄水，但是沒有先打開冷卻塔塔盤進(jìn)出閥門及放氣閥前的手動(dòng)閥；所以泄水后管道系統(tǒng)抽空，形成負(fù)壓；最終導(dǎo)致管道變形。

3.2 潔凈室熱負(fù)荷增大，蒸汽用量達(dá)到60噸/小時(shí)后蒸汽凝結(jié)水回收不足，大量溢流，見如下圖片。

原因分析：凝結(jié)水回收原方案為水箱+水泵方案，凝結(jié)水量90CMH，后來(lái)改為6套蒸汽動(dòng)力凝結(jié)水回收泵；但是因?yàn)檫@么大水量的凝結(jié)水泵，供貨商是第一次銷售，性能不穩(wěn)定；凝結(jié)水泵加壓后的管道本身也存在不合理性，泵如果不同時(shí)使用時(shí)，存在水錘擊壞泵的機(jī)構(gòu)。

3.3 系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)間過長(zhǎng)。

原因分析：系統(tǒng)剛投入運(yùn)行時(shí)，由于很多設(shè)備首次通水、末端頻繁泄放水，經(jīng)常需要補(bǔ)水；而系統(tǒng)補(bǔ)水采用純水站的一級(jí)純水供水，管道只有DN50，正常運(yùn)行時(shí)足夠使用，但緊急補(bǔ)水時(shí)就不夠使用。

3.4 中溫冷卻水管道再次嚴(yán)重變形，見如下圖片。

原因分析：在安裝管道三通時(shí)，沒有采用成品三通，而是在主管道上直接開孔引出支管，破壞了管道的結(jié)構(gòu)，降低了管道強(qiáng)度。

調(diào)試過程中，冷卻塔塔盤進(jìn)出水管道被同時(shí)關(guān)閉，但水泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以管道系統(tǒng)抽空，形成負(fù)壓；最終導(dǎo)致管道變形。

3.5 同一組冷卻塔，運(yùn)行中有的吸空，有的溢流。

原因分析：冷卻塔管路塔盤出水管道不是同程式，近端阻力小，容易吸空；遠(yuǎn)端阻力大，容易溢流；盡管有平衡管到，但管徑太小，且為重力自然流，流速遠(yuǎn)小于塔盤出水的機(jī)械流，無(wú)法起到完全平衡作用。

3.6 制冷機(jī)、冷卻水泵及冷凍水一次泵三者中壞了任何一個(gè)就無(wú)法開啟，設(shè)備運(yùn)行可靠性非常低。

原因分析：制冷機(jī)、冷卻水泵及冷凍水一次泵采用一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，沒有在制冷機(jī)的進(jìn)出水管之間設(shè)置連通管，使制冷機(jī)、冷卻水泵及冷凍水一次泵三者互為備用。

3.7 制冷機(jī)組的水泵頻率低于42赫茲運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，制冷機(jī)無(wú)法啟動(dòng)。

原因分析：制冷機(jī)選型時(shí)，只考慮按照設(shè)計(jì)下的標(biāo)準(zhǔn)工況運(yùn)行，沒有考慮低負(fù)荷運(yùn)行和過渡季節(jié)水泵低頻率節(jié)能運(yùn)行，所以制冷機(jī)供貨商水流開關(guān)按照定頻率運(yùn)行大壓差選擇。

3.8 動(dòng)力站內(nèi)水泵房啟動(dòng)電柜密布，檢修空間小，散熱量多，環(huán)境溫度過高。

原因分析：所有一二次水泵都集中在動(dòng)力站內(nèi)設(shè)置，空間利用不合理。

四、項(xiàng)目教訓(xùn)及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

冷卻水管道兩次嚴(yán)重變形，運(yùn)行中多次補(bǔ)水不及時(shí)定壓壓力過低，一次系統(tǒng)嚴(yán)重進(jìn)氣導(dǎo)致停機(jī)排氣以及調(diào)試初期制冷機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的教訓(xùn)，值得我們深刻檢討。

為此，對(duì)于如此大型的空調(diào)水系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)上，要著重注意如下幾個(gè)問題：

4.1 冷卻水、冷凍水主管強(qiáng)度必須足夠承受管道抽空形成的負(fù)壓。

冷凍水、冷卻水主管道安裝于常壓大氣環(huán)境中，管道如果抽成真空，極限負(fù)壓壓力是0.1MPa，主管道必須能夠承受外壓0.1MPa的壓力。一般國(guó)標(biāo)厚度的螺旋鋼管都可以達(dá)到這個(gè)強(qiáng)度；但是大管徑的管道，在安裝三通支管時(shí)，為了節(jié)約安裝空間，工程公司一般不采用成品三通，而采用在主管道上直接開孔引出支管的做法，這樣會(huì)破壞主管道結(jié)構(gòu)，降低強(qiáng)度，此時(shí)需要對(duì)開孔的主管道進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，是管道強(qiáng)度不至于大幅度降低，這樣即使管道出現(xiàn)負(fù)壓也不至于嚴(yán)重變形。

4.2 冷卻水、冷凍水主管道設(shè)置避免形成負(fù)壓的裝置。

施工、調(diào)試及運(yùn)行過程中，難免會(huì)有誤操作，因此要從設(shè)計(jì)上考慮出現(xiàn)誤操作時(shí)的應(yīng)急措施。如設(shè)置通氣管道、設(shè)置真空破壞閥或者將每組系統(tǒng)冷卻水塔盤進(jìn)出水管道上的1臺(tái)塔閥門處于常開狀態(tài)，并且不設(shè)置自控閥門。

4.3 存在重力流和機(jī)械流的冷卻水系統(tǒng)考慮平衡問題。

多套冷卻塔水系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，且每套內(nèi)多臺(tái)冷卻塔并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，離塔盤出水主管近的塔容易被吸空，離得遠(yuǎn)的塔容易溢流；雖然有平衡管，但是平衡管水流靠液位差形成的動(dòng)力流動(dòng)，流速小于進(jìn)出水管的機(jī)械流，無(wú)法起到平衡作用，建議將不同系統(tǒng)的供回水主管道之間進(jìn)行連通，這樣更有利于水量平衡。

4.4 設(shè)置系統(tǒng)緊急補(bǔ)水管道

為減少管道及設(shè)備腐蝕，減少水系統(tǒng)生長(zhǎng)藻類及結(jié)垢，正常運(yùn)行時(shí)，補(bǔ)水應(yīng)采用軟化水，但一般軟化水水量有限，遇到大量漏水或泄水時(shí)，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)水，系統(tǒng)運(yùn)行壓力會(huì)降低甚至有氣體進(jìn)入，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行，因此建議設(shè)置較大管徑的自來(lái)水管道作為緊急補(bǔ)水，這樣可在短時(shí)間內(nèi)補(bǔ)足壓力。

4.5 多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)時(shí)，應(yīng)考慮互為備用，提高可靠性。

該項(xiàng)目現(xiàn)在采用的方案如下圖所示，這樣水泵和冷機(jī)只要有一個(gè)有故障，1套系統(tǒng)就不能開啟，非常不可靠。

如果在并聯(lián)設(shè)備的管道間加連通管道，設(shè)備互為備用，可大大提高設(shè)備的可靠性，如下圖所示。

4.6 設(shè)備選型及招標(biāo)時(shí)考慮節(jié)能運(yùn)行工況

制冷機(jī)、水泵等設(shè)備選型及招標(biāo)時(shí)，必須考慮節(jié)能運(yùn)行工況的需要。水泵節(jié)能運(yùn)行就是低頻率運(yùn)行，則要求電機(jī)是變頻電機(jī)；冷卻塔風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也要變頻電機(jī)；制冷機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，水泵低頻率運(yùn)行，則制冷機(jī)的水流開關(guān)等元器件也需要采用低流量可開啟的相應(yīng)改動(dòng)。

4.7 非滿管流的多個(gè)動(dòng)力設(shè)備并聯(lián)且不同時(shí)運(yùn)行時(shí)，要避免引射造成的影響。

6臺(tái)蒸汽凝結(jié)水回收泵在凝結(jié)水量少時(shí)，不會(huì)同時(shí)使用，只有部分啟動(dòng)，這樣容易形成引射，其他未開啟的設(shè)備管路造成負(fù)壓，水流倒灌產(chǎn)生的水錘把設(shè)備擊壞。如下圖所示：

當(dāng)泵1開啟，泵2、3停止時(shí)，泵1出口的高速水流帶動(dòng)泵2、3出口管道的水流高速運(yùn)動(dòng)，使泵2、3出口部分形成負(fù)壓；當(dāng)所有泵都停止時(shí)，水流瞬間向負(fù)壓方向倒灌，形成的水錘打向泵2、3，頻繁發(fā)生后，泵2、3出口的止回閥被擊壞，進(jìn)一步破壞泵2、3的內(nèi)部元件。需要對(duì)管道系統(tǒng)做如下整改：

將每個(gè)泵出口的立管長(zhǎng)度提高，并且高于水平管道40-50CM后再接入水平管道，這樣可避免水錘造成的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范.2012

[2] 中華人民共和國(guó)電子工業(yè)部.潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范.2001