大型電子廠房空調水系統設計注意事項

摘要：空調水系統對于大型電子廠房是至關重要的，因為凈化間的溫度及各種空調冷凍水水溫直接關系到產品的質量。在運行及試驗過程中發現的問題更能反饋出供熱通風與空調設計及施工中細節要求。本文就工程實例進行論述，來對安裝及設計過程中存在的不利因素進行說明，并在如何避免問題出現進行分析。

關鍵詞：暖通冷熱源；成品三通；凝結水回收；多臺設備并聯

一、項目介紹

某項目TFT-LCD生產線，該項目一旦投產，24小時連續運轉，對動力系統要求極高，不能出現系統停機的故障，否則將會造成重大損失。生產線環境要求：溫度23±2℃，相對濕度55±5%，潔凈度ISO 14644 10-1000級。

暖通冷熱源概況：熱源有2個一級熱源，市政蒸汽和6臺熱回收機組（其中5臺最大回收熱量10831KW，1臺最大回收熱量5400KW），在熱回收熱量不足使用時，再使用蒸汽作為補充熱源加熱低溫熱水；二級熱源有2個：低溫熱水（36/26℃，空調末端加熱用），高溫熱水80/60℃（采暖系統用）；冷源2個：中溫冷凍水14/21℃（生產線干盤管控制溫度及部分配電室降溫用，由13臺中溫冷水機組提供，其中7臺單機制冷量3300冷噸，5臺單機制冷量2720冷噸，1臺單機制冷量1360冷噸）；低溫冷凍水7/14℃（新風機組及風機盤管用），由6臺低溫冷水機組提供，單臺制冷量2700冷噸；冷卻塔52臺，單臺水量600m3/H，分為5組獨立運行。低溫熱水、低溫冷凍水及中溫冷凍水均采用二次泵系統，一二次泵、冷卻水泵及冷卻塔風機均變頻運行。

二、原設計方案

2.1 低溫冷凍水系統設計方案見附件圖紙1

2.2中溫冷凍水系統設計方案見附件圖紙2

2.3低溫熱水系統設計方案見附件圖紙3、4

2.4 高溫熱水系統設計方案見附件圖紙5

三、建設及運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，進行泄水時，管道嚴重變形，見如下照片。

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

管道試壓時，機電安裝包商關閉所有冷卻塔塔盤的進出水閥門、放氣閥前的手動閥門；試壓完成后進行泄水，但是沒有先打開冷卻塔塔盤進出閥門及放氣閥前的手動閥；所以泄水后管道系統抽空，形成負壓；最終導致管道變形。

3.2 潔凈室熱負荷增大，蒸汽用量達到60噸/小時后蒸汽凝結水回收不足，大量溢流，見如下圖片。

原因分析：凝結水回收原方案為水箱+水泵方案，凝結水量90CMH，后來改為6套蒸汽動力凝結水回收泵；但是因為這么大水量的凝結水泵，供貨商是第一次銷售，性能不穩定；凝結水泵加壓后的管道本身也存在不合理性，泵如果不同時使用時，存在水錘擊壞泵的機構。

3.3 系統補水時間過長。

原因分析：系統剛投入運行時，由于很多設備首次通水、末端頻繁泄放水，經常需要補水；而系統補水采用純水站的一級純水供水，管道只有DN50，正常運行時足夠使用，但緊急補水時就不夠使用。

3.4 中溫冷卻水管道再次嚴重變形，見如下圖片。

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

調試過程中，冷卻塔塔盤進出水管道被同時關閉，但水泵處于運轉狀態，所以管道系統抽空，形成負壓；最終導致管道變形。

3.5 同一組冷卻塔，運行中有的吸空，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，流速遠小于塔盤出水的機械流，無法起到完全平衡作用。

3.6 制冷機、冷卻水泵及冷凍水一次泵三者中壞了任何一個就無法開啟，設備運行可靠性非常低。

原因分析：制冷機、冷卻水泵及冷凍水一次泵采用一一對應的關系，沒有在制冷機的進出水管之間設置連通管，使制冷機、冷卻水泵及冷凍水一次泵三者互為備用。

3.7 制冷機組的水泵頻率低于42赫茲運轉時，制冷機無法啟動。

原因分析：制冷機選型時，只考慮按照設計下的標準工況運行，沒有考慮低負荷運行和過渡季節水泵低頻率節能運行，所以制冷機供貨商水流開關按照定頻率運行大壓差選擇。

3.8 動力站內水泵房啟動電柜密布，檢修空間小，散熱量多，環境溫度過高。

原因分析：所有一二次水泵都集中在動力站內設置，空間利用不合理。

四、項目教訓及設計注意事項

冷卻水管道兩次嚴重變形，運行中多次補水不及時定壓壓力過低，一次系統嚴重進氣導致停機排氣以及調試初期制冷機無法啟動的教訓，值得我們深刻檢討。

為此，對于如此大型的空調水系統，在設計上，要著重注意如下幾個問題：

4.1 冷卻水、冷凍水主管強度必須足夠承受管道抽空形成的負壓。

冷凍水、冷卻水主管道安裝于常壓大氣環境中，管道如果抽成真空，極限負壓壓力是0.1MPa，主管道必須能夠承受外壓0.1MPa的壓力。一般國標厚度的螺旋鋼管都可以達到這個強度；但是大管徑的管道，在安裝三通支管時，為了節約安裝空間，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，這樣會破壞主管道結構，降低強度，此時需要對開孔的主管道進行局部補強，是管道強度不至于大幅度降低，這樣即使管道出現負壓也不至于嚴重變形。

4.2 冷卻水、冷凍水主管道設置避免形成負壓的裝置。

施工、調試及運行過程中，難免會有誤操作，因此要從設計上考慮出現誤操作時的應急措施。如設置通氣管道、設置真空破壞閥或者將每組系統冷卻水塔盤進出水管道上的1臺塔閥門處于常開狀態，并且不設置自控閥門。

4.3 存在重力流和機械流的冷卻水系統考慮平衡問題。

多套冷卻塔水系統獨立運行，且每套內多臺冷卻塔并聯運行時，離塔盤出水主管近的塔容易被吸空，離得遠的塔容易溢流；雖然有平衡管，但是平衡管水流靠液位差形成的動力流動，流速小于進出水管的機械流，無法起到平衡作用，建議將不同系統的供回水主管道之間進行連通，這樣更有利于水量平衡。

4.4 設置系統緊急補水管道

為減少管道及設備腐蝕，減少水系統生長藻類及結垢，正常運行時，補水應采用軟化水，但一般軟化水水量有限，遇到大量漏水或泄水時，無法及時補水，系統運行壓力會降低甚至有氣體進入，嚴重影響設備的正常運行，因此建議設置較大管徑的自來水管道作為緊急補水，這樣可在短時間內補足壓力。

4.5 多臺設備并聯時，應考慮互為備用，提高可靠性。

該項目現在采用的方案如下圖所示，這樣水泵和冷機只要有一個有故障，1套系統就不能開啟，非常不可靠。

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

4.6 設備選型及招標時考慮節能運行工況

制冷機、水泵等設備選型及招標時，必須考慮節能運行工況的需要。水泵節能運行就是低頻率運行，則要求電機是變頻電機；冷卻塔風機的驅動電機也要變頻電機；制冷機低負荷運行，水泵低頻率運行，則制冷機的水流開關等元器件也需要采用低流量可開啟的相應改動。

4.7 非滿管流的多個動力設備并聯且不同時運行時，要避免引射造成的影響。

6臺蒸汽凝結水回收泵在凝結水量少時，不會同時使用，只有部分啟動，這樣容易形成引射，其他未開啟的設備管路造成負壓，水流倒灌產生的水錘把設備擊壞。如下圖所示：

當泵1開啟，泵2、3停止時，泵1出口的高速水流帶動泵2、3出口管道的水流高速運動，使泵2、3出口部分形成負壓；當所有泵都停止時，水流瞬間向負壓方向倒灌，形成的水錘打向泵2、3，頻繁發生后，泵2、3出口的止回閥被擊壞，進一步破壞泵2、3的內部元件。需要對管道系統做如下整改：

將每個泵出口的立管長度提高，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：

[1] 中國建筑科學研究院.采暖通風與空氣調節設計規范.2012

[2] 中華人民共和國電子工業部.潔凈廠房設計規范.2001