葉明哲

（中國(guó)電信浙江省杭州分公司）

0 前 言

現(xiàn)代電信樞紐樓越來(lái)越多地采用高層設(shè)計(jì)，在高層建筑中，傳統(tǒng)的風(fēng)冷機(jī)房空調(diào)外機(jī)無(wú)法布置，這使得高層通信樞紐樓只能采用水冷的機(jī)房空調(diào)或者是冷凍水型的機(jī)房空調(diào)，同時(shí)現(xiàn)代通信樞紐樓機(jī)房設(shè)備發(fā)熱量大，要求空調(diào)系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。這種情況下，水系統(tǒng)是無(wú)法中斷的，必須在運(yùn)行中進(jìn)行檢修和維護(hù)，這就對(duì)空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)提出了非常苛刻的要求。因此高層通信樞紐樓水系統(tǒng)的運(yùn)行和維修經(jīng)驗(yàn)對(duì)保障機(jī)房的安全具有重要的意義，而目前已有的水系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)僅僅停留在民用空調(diào)水系統(tǒng)上，不能在通信機(jī)房空調(diào)水系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)用和借鑒。

1 關(guān)于高層機(jī)房水系統(tǒng)設(shè)計(jì)建議

（1）水系統(tǒng)最好采用閉式循環(huán)：由于通信機(jī)房的特點(diǎn)，要求水系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，不容許中斷。如果采用開(kāi)式系統(tǒng)（圖1），水與大氣接觸，循環(huán)水中含氧量高，容易導(dǎo)致管路腐蝕。而采用閉式系統(tǒng)，由于管路不與大氣相接觸，管道與設(shè)備不宜腐蝕；不需為高處設(shè)備提供靜水壓力，循環(huán)水泵的壓力低，從而水泵的功率相對(duì)較??；由于沒(méi)有回水箱、不需重力回水、回水不需另設(shè)水泵等，因而投資省、系統(tǒng)簡(jiǎn)單。

圖1 開(kāi)式循環(huán)和閉式循環(huán)

（2）系統(tǒng)宜采用同程式：異程式的管路配置簡(jiǎn)單，管材省，但各并聯(lián)環(huán)路管長(zhǎng)不相等，因而阻力不等，流量分配不平衡。采用同程設(shè)計(jì)，各并聯(lián)環(huán)路管長(zhǎng)相等，阻力大致相同，流量分配較平衡。如果管理安裝受限，無(wú)法采用同程式，可以在各樓層選用流量平衡閥。

（3）系統(tǒng)要備份和冗余：考慮系統(tǒng)的可靠性和備份，高層數(shù)據(jù)機(jī)房水系統(tǒng)宜采用兩個(gè)獨(dú)立的水系統(tǒng)或者設(shè)計(jì)成兩個(gè)獨(dú)立的單元，每個(gè)系統(tǒng)或者單元包括獨(dú)立的冷卻塔、水泵、管路及機(jī)房空調(diào)等；兩個(gè)系統(tǒng)或者單元的管路間通過(guò)閥門(mén)連通，水泵、冷卻塔和管路均形成雙備份，考慮水泵的重要性，循環(huán)水泵的電源不能來(lái)自于同一路市電，以消除單點(diǎn)故障隱患。

（4）水泵（圖2）和閉式?jīng)鏊腥哂嗪蛡浞荩宜煤屠鋮s塔要可以進(jìn)行切換和調(diào)度靈活方便，以便于檢修和根據(jù)需要調(diào)整改變運(yùn)行方式。

圖2 浙江第二樞紐樓冷卻水水泵系統(tǒng)配置

（5）每個(gè)樓層或者機(jī)房宜安裝聯(lián)絡(luò)閥門(mén)，確保每一處可以進(jìn)行冷卻水系統(tǒng)的切換和調(diào)度，確保靈活方便，消除樓層和機(jī)房的單點(diǎn)故障。

2 浙江省第二長(zhǎng)途樞紐大樓水冷系統(tǒng)簡(jiǎn)介

浙江省第二長(zhǎng)途樞紐大樓是比較具有代表性的一幢高層建筑，樓高240 m，建筑面積約80 000 m2，集機(jī)房和辦公功能于一體，其中1樓到21樓為機(jī)房，目前各樓層機(jī)房功能和機(jī)房空調(diào)數(shù)量如表1，為了滿(mǎn)足通信樞紐樓制冷的要求，浙江省第二長(zhǎng)途樞紐大樓1層～21層采用了水冷的專(zhuān)用空調(diào)系統(tǒng)（閉式冷卻系統(tǒng)＋外置殼管式水冷冷凝器機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)機(jī)組），系統(tǒng)設(shè)計(jì)了2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，每個(gè)單元由4臺(tái)冷卻水量為388.8 m3／h（108l／s）的 BAC閉式冷卻塔（1臺(tái)備用）和3臺(tái)690 m3／h的冷卻水泵（1臺(tái)備用）組成，每個(gè)單元系統(tǒng)如圖3所示。

表1 浙江省第二長(zhǎng)途樞紐大樓已安裝空調(diào)情況

圖3 浙江第二通信樞紐大樓機(jī)房空調(diào)水冷系統(tǒng)1單元系統(tǒng)圖

第二通信樞紐大樓的冷卻水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)為兩個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，組成1＋1備份模式。每個(gè)系統(tǒng)各配置4臺(tái)冷卻塔和3臺(tái)冷卻水泵，共8臺(tái)冷卻塔和6個(gè)冷卻水泵，樓層水平支管采用聯(lián)絡(luò)閥聯(lián)絡(luò)。機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)示意圖如圖4。

圖4 浙江第二通信樞紐大樓機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)安裝8臺(tái)，每臺(tái)冷卻塔標(biāo)稱(chēng)冷量為1 500 k W，4臺(tái)冷卻塔并聯(lián)工作時(shí)，冷量為6 000 k W。整個(gè)樞紐樓目前安裝單臺(tái)冷量為100 k W的機(jī)房空調(diào)90多臺(tái)，散熱量合計(jì)11 000 k W以上。專(zhuān)用空調(diào)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的最高供水溫度為32℃。

3 水冷系統(tǒng)運(yùn)行情況和面臨問(wèn)題

該專(zhuān)用空調(diào)水冷系統(tǒng)從2006年4月投入運(yùn)行，運(yùn)行非常穩(wěn)定，至今已經(jīng)6個(gè)年頭，為通信樞紐樓的正常運(yùn)行提供了非常好的保障。但是系統(tǒng)也面臨著下列問(wèn)題：

3.1 水冷系統(tǒng)運(yùn)行的極限溫度

表2是2011年夏季兩個(gè)冷卻水系統(tǒng)8個(gè)冷卻塔均投入工作的最高運(yùn)行溫度。

表2 水冷系統(tǒng)夏季最高工作溫度

I2套冷卻系統(tǒng)供水最大水溫已經(jīng)分別達(dá)到31.6℃和31.8℃，已經(jīng)接近正常工作的32℃上限。在2011年6月22日下午，網(wǎng)運(yùn)中心動(dòng)力部門(mén)在夏季進(jìn)行了模擬單系統(tǒng)工作試驗(yàn)，關(guān)閉了一半冷卻塔，模擬單系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行了一次試驗(yàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中供水溫度一直上升，約40分鐘后水溫突破35℃依然無(wú)法穩(wěn)定，表3為水冷系統(tǒng)最高溫度；專(zhuān)用空調(diào)器陸續(xù)出現(xiàn)高壓故障，試驗(yàn)被迫終止（圖5）。試驗(yàn)過(guò)程中，溫升速度約0.1℃／min。

從測(cè)試情況來(lái)看，在單系統(tǒng)或4個(gè)冷卻塔工作情況下，供水水溫突破35℃依然無(wú)法穩(wěn)定，并導(dǎo)致專(zhuān)用空調(diào)器陸續(xù)出現(xiàn)高壓故障。這表明杭州電信大廈專(zhuān)用空調(diào)水系統(tǒng)在夏季已經(jīng)不能單系統(tǒng)工作。

表3 水冷系統(tǒng)測(cè)試情況下最高工作溫度

圖5 冷卻系統(tǒng)供水水溫變化圖

3.2 水冷系統(tǒng)檢修問(wèn)題

2011年底，在進(jìn)行系統(tǒng)倒換過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)部分閥門(mén)出現(xiàn)了泄露，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法關(guān)嚴(yán)的問(wèn)題，水系統(tǒng)失去備份和冗余關(guān)系，系統(tǒng)需要維護(hù)和檢修，但是維護(hù)和檢修過(guò)程必須確保兩個(gè)水冷系統(tǒng)中一個(gè)系統(tǒng)能正常運(yùn)行，以確保機(jī)房安全，然后才可以對(duì)另外一個(gè)水系統(tǒng)進(jìn)行放水操作，之后進(jìn)行維修。但目前因?yàn)殚y門(mén)泄露的原因，導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)間無(wú)法完全關(guān)閉，一旦放水，會(huì)影響到另外一個(gè)系統(tǒng)。

特別是在系統(tǒng)不能停的情況下，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)的問(wèn)題就是如何找出泄露的閥門(mén)；如何在不影響機(jī)房空調(diào)工作的情況下，更換泄露或故障的閥門(mén)。

3.3 找出泄露的閥門(mén)

杭州電信大廈2層～19層的水平管路如圖6。目前1、2系統(tǒng)均處于運(yùn)行狀態(tài)，供、回水閥全部開(kāi)啟，聯(lián)絡(luò)閥均處于關(guān)閉，系統(tǒng)分離運(yùn)行。由于系統(tǒng)處于運(yùn)行中，兩個(gè)系統(tǒng)的水壓基本一致。

圖6 水冷系統(tǒng)水平管路示意圖

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和維護(hù)人員的群策群力，我們提出如下閥門(mén)查漏方法：

（1）現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，先關(guān)閉系統(tǒng)1的供水閥門(mén)，之后關(guān)閉回水閥門(mén)，這時(shí)系統(tǒng)1管路顯示的是回水壓力，正常時(shí)該壓力應(yīng)該維持不變，如果回水壓力上升，說(shuō)明供水閥門(mén)異常。

（2）微開(kāi)供水閥，這時(shí)系統(tǒng)顯示供水壓力，再關(guān)閉供水閥。正常時(shí)該壓力應(yīng)該維持不變，如果回水壓力下降，說(shuō)明回水閥門(mén)異常。

（3）供回水閥門(mén)恢復(fù)正常位置，并對(duì)出現(xiàn)高壓報(bào)警的機(jī)房空調(diào)及時(shí)進(jìn)行復(fù)位。

（4）采用同樣方法對(duì)系統(tǒng)2進(jìn)行判斷。

（5）進(jìn)行下一樓層查找。

通過(guò)上述方法，成功找到了泄露的閥門(mén)，情況如表4：

表4 水冷系統(tǒng)閥門(mén)損害情況統(tǒng)計(jì)

3.4 更換在線運(yùn)行的閥門(mén)

考慮到系統(tǒng)的重要性和更換的復(fù)雜性，杭州電信網(wǎng)絡(luò)操作中心制定了嚴(yán)格的閥門(mén)更換步驟，按以下步驟操作進(jìn)行：

（1）相關(guān)樓層空調(diào)割接：對(duì)7樓的四臺(tái)機(jī)房空調(diào)的8臺(tái)殼管式冷凝器的水系統(tǒng)進(jìn)行割接，將7樓1號(hào)系統(tǒng)運(yùn)行的空調(diào)全部割接到2系統(tǒng)上，割接過(guò)程見(jiàn)圖7～圖14。

（2）系統(tǒng)倒換：割接成功后，對(duì)水冷系統(tǒng)進(jìn)行倒換，打開(kāi)聯(lián)絡(luò)閥并關(guān)閉1系統(tǒng)的供回水閥，將1號(hào)系統(tǒng)的空調(diào)全部倒換到2號(hào)系統(tǒng)（圖15、圖16），確?？照{(diào)正常運(yùn)行。

（3）觀察：倒換成功后，對(duì)1號(hào)水冷系統(tǒng)進(jìn)行放水，密切觀察2號(hào)系統(tǒng)工作情況。

（4）閥門(mén)更換：1號(hào)水系統(tǒng)水全部排出后，對(duì)上述閥門(mén)進(jìn)行檢修和更換（圖17～圖19）。

考慮過(guò)程處理時(shí)間可能較長(zhǎng)，而且故障處理過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些不可預(yù)計(jì)情況，因此必須確保另外一套冷水系統(tǒng)的萬(wàn)無(wú)一失，為此制定了應(yīng)急預(yù)案，明確施工人員的相關(guān)操作以及工具和儀器準(zhǔn)備完善。同時(shí)要求在更換過(guò)程中，中央空調(diào)維護(hù)人員必須開(kāi)啟低區(qū)、高區(qū)中央空調(diào)，確保中央空調(diào)可以隨時(shí)投入使用或直接投入使用。

3.5 閥門(mén)損壞的主要原因

從更換下來(lái)的閥門(mén)情況看，閥門(mén)的閥板橡膠普遍存在老化現(xiàn)象，因此閥板橡膠老化是閥門(mén)失效的主要原因，具體情況如下：

圖7 ～圖14 樓層空調(diào)割接現(xiàn)場(chǎng)

（1）7樓1號(hào)系統(tǒng)回水閥，閥門(mén)橡膠老化，有兩個(gè)針狀漏點(diǎn)；8樓系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)閥、閥門(mén)橡膠老化，有明顯裂痕。12樓1號(hào)系統(tǒng)供水閥，閥門(mén)閥板橡膠老化，密封橡膠有部分脫離現(xiàn)象（約1c m），如圖20～圖22。

圖15 ～圖16 閥門(mén)倒換操作現(xiàn)場(chǎng)

圖17 ～圖19 閥門(mén)更換現(xiàn)場(chǎng)

圖20 ～圖22 閥門(mén)密封圈損壞情況

（2）閥門(mén)剛性損害：2冷卻塔1號(hào)系統(tǒng)進(jìn)出水閥，閥門(mén)鋼板斷裂，閥門(mén)嚴(yán)重失效。2號(hào)冷卻塔2號(hào)系統(tǒng)閥門(mén)定位銷(xiāo)異常，導(dǎo)致閥門(mén)無(wú)法開(kāi)啟和閉合，嚴(yán)重失效，如圖23、圖24。

（3）地下二樓防爆閥檢修情況

拆開(kāi)防爆閥，發(fā)現(xiàn)閥體內(nèi)部被頭發(fā)絲和拖把布條纏繞，造成閥門(mén)嚴(yán)重堵塞，影響到該閥門(mén)的排水?？紤]到地下一樓的所有排水均通過(guò)該閥門(mén)排到地下二樓，該閥門(mén)堵塞會(huì)導(dǎo)致專(zhuān)用空調(diào)泵房的安全，故提請(qǐng)物業(yè)公司注意地下一樓用水，不要在地下一樓水池清洗物品，以免不必要的堵塞。

3.6 BAC冷卻塔檢修和更換

在2011年冬季，8臺(tái)冷卻塔中有一臺(tái)冷卻塔的盤(pán)管發(fā)生了泄漏，盤(pán)管裂開(kāi)了一個(gè)大口子，杭州分公司維護(hù)人員及時(shí)對(duì)該冷卻塔進(jìn)行補(bǔ)漏搶修，并及時(shí)制定了應(yīng)急預(yù)案和更換步驟，然后根據(jù)方案及時(shí)進(jìn)行了更換，如圖25～圖28。

圖23 ～圖24 閥門(mén)剛性損壞情況

4 水冷系統(tǒng)檢修的總結(jié)和反思

（1）從本次閥門(mén)的檢修情況來(lái)看，閥門(mén)橡膠老化以后將是閥門(mén)失效的一個(gè)主要問(wèn)題。因此，要把水冷系統(tǒng)列入維修計(jì)劃，并在每年的大修計(jì)劃里面進(jìn)行周密計(jì)劃和安排，定期對(duì)水冷系統(tǒng)進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)損害的閥門(mén)，同時(shí)結(jié)合閥門(mén)的使用年限，對(duì)異常的閥門(mén)和超年限閥門(mén)及時(shí)進(jìn)行更換，并有計(jì)劃對(duì)閉式冷卻塔進(jìn)行維護(hù)和檢修。

（2）由于該水系統(tǒng)大量采用了蝶閥，而蝶閥的特點(diǎn)是啟閉速度較快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，且是靠橡膠來(lái)密封的，嚴(yán)密性和承壓能力不好。在事關(guān)系統(tǒng)密封性和一些頻繁操作的場(chǎng)合，建議還是采用閘閥。閘閥是靠金屬來(lái)密封的，可靠性更高。

（3）關(guān)閉不使用的冷卻塔時(shí)，只能關(guān)閉一只閥門(mén)，如果進(jìn)出閥門(mén)同時(shí)關(guān)閉，由于設(shè)備內(nèi)的水受到熱脹冷縮的影響，會(huì)對(duì)設(shè)備或者閥門(mén)的造成損壞。

圖25 凍裂的鍍鋅鋼管

圖26 補(bǔ)漏現(xiàn)場(chǎng)

圖27 ～圖28 閉式冷卻塔更換現(xiàn)場(chǎng)

（4）冬季要對(duì)冷卻塔制定完善的防凍措施。在冬季基本不用的場(chǎng)合須將噴淋水和內(nèi)部循環(huán)水排空，確保流水暢通和排空干凈，必要時(shí)可以通入壓縮空氣輔助排空。部分時(shí)間段運(yùn)行的場(chǎng)合，自動(dòng)控制電加熱器的啟停。電加熱器的功率選擇依據(jù)循環(huán)水量和外界氣溫確定。常年運(yùn)行的場(chǎng)合要根據(jù)負(fù)荷的大小調(diào)整冷卻塔臺(tái)數(shù)運(yùn)行的數(shù)量，同時(shí)不運(yùn)行的冷卻塔不能關(guān)閉進(jìn)出水的閥門(mén)，確保冷卻塔獲得合適的熱量，避免冷卻塔凍裂。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于通信建設(shè)的大規(guī)模發(fā)展，水冷系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越多，本文是拋磚引玉，給同行借鑒和參考，希望大家一起探索和積累，共同提升機(jī)房空調(diào)水系統(tǒng)的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。