郁曉波

上海煙草集團有限責任公司上海卷煙廠

關鍵字：冷凍站；節(jié)能；自動控制

前言

卷煙的連續(xù)生產(chǎn)過程中會產(chǎn)熱、產(chǎn)濕、產(chǎn)塵，為保證卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量，卷煙的連續(xù)生產(chǎn)需要在一個恒溫恒濕的環(huán)境中完成。卷煙生產(chǎn)區(qū)域面積較大，負荷影響因素較多，通常24小時連續(xù)生產(chǎn)，且溫濕度控制精度要求較高等原因?qū)е戮頍煆S的空調(diào)系統(tǒng)能源消耗占卷煙生產(chǎn)電耗的20%以上。因此如何實現(xiàn)在滿足卷煙廠生產(chǎn)車間恒溫恒濕環(huán)境的前提下，減少空調(diào)系統(tǒng)能耗已成為卷煙廠實現(xiàn)節(jié)能減排工作目標的重要途經(jīng)之一。

本文以上海卷煙廠冷凍站冷凍節(jié)能控制工程實踐的研究案例，提出冷凍節(jié)能控制方式,即利用自動控制技術對冷凍站內(nèi)部的相關設備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門）進行自動化監(jiān)控，在滿足現(xiàn)場冷量需求的前提下，使冷凍站內(nèi)的設備達到最高效率的運行狀態(tài)。通過數(shù)據(jù)的比對，論證了在保證卷煙廠恒溫恒濕環(huán)境生產(chǎn)的前提下節(jié)能效果。

1 冷凍站運行現(xiàn)狀及能效診斷

1.1 設備現(xiàn)狀及運行管理

上海卷煙廠787冷凍站年消耗電能約840萬kWh，站內(nèi)采用二次泵二管制設計，包含6臺離心水冷機組。冬季可通過閥門切換將其中的3臺離心機旁路，并通過6臺板換實現(xiàn)“免費制冷”。所有離心機都單獨配置1臺冷卻水泵和1組工頻的冷卻塔（含4臺風機）。冷凍水二次泵共7臺，供應制絲、卷包、高露點等空調(diào)的冷凍水。所有水泵都安裝了變頻器。

（1）設備控制

787冷凍站的運行人員可以通過安裝在787冷凍站及相關車間內(nèi)傳感器、電動閥門、控制器等設備，遠程監(jiān)測末端的室內(nèi)溫度，監(jiān)控冷凍站內(nèi)所有冷機、水泵、冷卻塔等。

（2）設備運行

采用人工控制方式調(diào)整冷凍機房各設備的運行，安裝的變頻器均為定頻45Hz左右運行。

1.2 能效診斷

787冷凍站分別供冷量給10多個分散設備，涉及6臺冷機和20多臺水泵。經(jīng)能效診斷可知，目前有以下幾個因素導致冷凍站運行能耗偏高，有節(jié)能的潛力。

（1）冷凍站運行與末端負荷脫節(jié)

冷量用戶散布在廠內(nèi)各處，隨著季節(jié)、天氣、時間等因素的變化，它們的空調(diào)負荷需求也處于動態(tài)變化。我們尚未充分利用這些豐富的實時信息準確計算末端的制冷需求，導致整個空調(diào)系統(tǒng)時有處于“盲控”狀態(tài)，不可避免地造成空調(diào)“過供應”。

（2）定頻運行

水泵均已安裝變頻器，但長期按照人工設定的固定頻率運行(多數(shù)在45Hz以上)，冷凍站僅僅依靠冷機自身的負荷響應程序適應負荷的波動。

綜上所述，上海卷煙廠通過對787冷凍站內(nèi)部的相關設備進行自動化的監(jiān)控，利用先進的冷凍節(jié)能控制方式，在保證達到工藝標準要求的前提下，合理配置資源，使能耗降到最低。

2 冷凍站節(jié)能改造

2.1 節(jié)能整改方案

上海卷煙廠針對787冷凍站采用了真正實用的集控制、優(yōu)化與能效于一體的新冷凍控制方式。從原有的控制系統(tǒng)獲得需求側(cè)和供應側(cè)的信息，并將運行指令發(fā)往現(xiàn)有的控制系統(tǒng)實現(xiàn)冷凍站的全自動節(jié)能運行，包括：冷機的啟停與供水溫度調(diào)節(jié)、冷機閥門的開合、冷卻塔的啟停、冷凍水泵的啟停與頻率調(diào)節(jié)等。系統(tǒng)將根據(jù)相關閥門的狀態(tài)（手動切換）判斷冷機是否旁路，以及“免費制冷”用的板式換熱器是否可用，當板換可用時，將最優(yōu)化板換的使用。

上海卷煙廠787冷凍站的運行控制系統(tǒng)建立了新的節(jié)能控制系統(tǒng)邏輯。改造后，787冷凍站控制系統(tǒng)以實時通訊方式獲得冷凍站的各類參數(shù)，通過遠程操作實現(xiàn)冷凍機組、水泵、冷卻塔等設備的啟停及容量調(diào)節(jié)控制。相關改造內(nèi)容主要包括以下幾方面：

（1）冷凍機組臺數(shù)控制

冷凍機組的控制是由其自身的控制系統(tǒng)完成，控制系統(tǒng)通過對冷熱負荷的計算，根據(jù)用戶端的負荷情況向其控制系統(tǒng)提交啟?？刂埔?。

控制系統(tǒng)主要根據(jù)供回水管的流量及供回水溫差，計算負荷，對冷凍機組進行群控。

（2）冷卻塔控制

對冷卻塔的控制策略是冷卻塔投入的數(shù)量依冷卻水溫而定。當冷卻水溫度高于設定值時，先根據(jù)實際溫度與設定溫度的差值來決定增加冷卻塔的啟動臺數(shù)，在啟動后30分鐘冷卻水供水溫度仍高于設定值，仍需增加冷卻塔的臺數(shù)。當供水水溫低于設定值時減少冷卻塔運行臺數(shù)，以降低能耗。

（3）冷凍水泵、冷卻水泵的監(jiān)控

監(jiān)測運行狀態(tài)、故障狀態(tài)，變頻器故障、變頻反饋，根據(jù)壓差對水泵進行臺數(shù)控制及頻率連鎖控制啟停。

（4）系統(tǒng)聯(lián)動次序

聯(lián)動啟動順序：冷卻水塔電動蝶閥—冷凍機的冷凝器電動蝶閥—冷卻水泵—冷凍機的蒸發(fā)器電動蝶閥—冷凍水泵—制冷機。

根據(jù)測量的冷卻水供/回水溫差，啟停冷卻塔及控制運行數(shù)量。

聯(lián)動停止順序：制冷機（延時5分鐘）—冷凍水泵—冷凍機的蒸發(fā)器電動蝶閥—冷卻水泵—冷凍機的冷凝器電動蝶閥—冷卻水塔電動蝶閥—冷卻水塔風機。

（5）冷水機組通訊接口

控制系統(tǒng)通過OPC協(xié)議與中華專線IFIX上位系統(tǒng)相連，獲取冷機相關數(shù)據(jù)。

首先，通過比較各機組的負荷率及電流參數(shù)，再與管道系統(tǒng)負荷綜合比較后確定機組的開啟臺數(shù)更為科學。

其次，制定控制軟件應急切出預案。

由于制冷站主要給空調(diào)系統(tǒng)提供冷凍水，滿足空調(diào)系統(tǒng)除濕要求，因此試運行時如果出現(xiàn)冷凍水溫不滿足空調(diào)系統(tǒng)除濕要求，需要人為進行干預，將控制軟件進行應急切出，轉(zhuǎn)入人工控制。

節(jié)能控制系統(tǒng)正常時，送水溫度及送水壓力會圍繞某一設定值進行周期性上下調(diào)節(jié)。

當操作人員發(fā)現(xiàn)送水缸的壓力長時間過低或過高、送水溫度長時間過高時，可以進行人為干預，即將處于自動控制狀態(tài)的設備切回到手動狀態(tài)，進行人工調(diào)節(jié)，恢復正常的送水壓力和送水溫度。

2.2 節(jié)能效果驗證

本文采用以自然日為單位交替運行原有的人工控制系統(tǒng)和新建的節(jié)能控制系統(tǒng)進行節(jié)能效果對比，期間剔除明顯受天氣、負荷、維護等影響的樣本，兩個測試樣本分別見表1和表2。

表1 原有的人工控制系統(tǒng)測試樣本

表2 新建的節(jié)能控制系統(tǒng)測試樣本

由表1和表2可知，測試期間冷凍站采用節(jié)能控制系統(tǒng)運行，比人工控制系統(tǒng)室內(nèi)平均溫度波動低0.1℃，同時與人工控制系統(tǒng)相比日均電耗下降2018.0kWh，平均下降4.7%。顯然787冷凍站應用節(jié)能控制系統(tǒng)運行后，在進一步有效保證卷煙廠生產(chǎn)的溫濕度工藝標準的同時，達到了顯著的節(jié)能降耗效果。

3 結論及展望

上海卷煙廠787冷凍站冷凍節(jié)能控制方式改造，通過利用自動控制技術對冷凍站內(nèi)部的相關設備（冷水機組、水泵、冷卻塔、閥門）進行自動化的監(jiān)控，實現(xiàn)了滿足卷煙廠生產(chǎn)工藝要求的同時，取得了良好的經(jīng)濟和節(jié)能效果。

本文針對上海卷煙廠787冷凍站冷凍節(jié)能控制方式改造進行了工程實踐研究，通過對該冷凍站進行能效診斷，分析了該冷凍站設備運行現(xiàn)狀及能耗，在充分利用現(xiàn)有的設備和控制系統(tǒng)，不破管，不干擾冷凍站的正常運行的前提下，對冷凍站進行冷凍控制方式改造。經(jīng)測試可知，該項改造平均節(jié)電率4.7%，在實施“節(jié)能減排”的同時，對我國煙草等行業(yè)的冷凍站節(jié)能改造的工程實踐具有一定的借鑒意義。