趙蘇雷，李昌斌，張志豪，馮志明，牛志杰

1.中國汽車工業(yè)工程有限公司，天津 300000

2.重慶市設(shè)計院有限公司，重慶 400000

3.高青縣建筑設(shè)計院，山東 淄博 255000

據(jù)資料統(tǒng)計，汽車工廠內(nèi)涂裝車間能耗約占整車制造總能耗的67%，其中涂裝車間制冷能耗約占涂裝車間總能耗的63%。因此，如何合理設(shè)計冷凍水系統(tǒng)，既保證車間的生產(chǎn)運行，又減少能耗，顯得尤為重要。文章以某汽車工廠涂裝車間為例，簡要分析冷凍水系統(tǒng)設(shè)計的方案及技術(shù)要點。

1 項目概況及工藝用冷需求

某涂裝車間位于陜西西安，具體工藝設(shè)備冷凍水耗量及需求如下：新風空調(diào)3688kW、循環(huán)風空調(diào)1058kW、閃干設(shè)備1856kW、強冷空調(diào)900kW、潔凈間空調(diào)1765kW、調(diào)漆間空調(diào)657kW、工作區(qū)空調(diào)642kW、車間空調(diào)506kW、工作區(qū)空調(diào)760kW、電泳設(shè)備850kW、輸調(diào)漆溫控設(shè)備116kW。

其中，所有循環(huán)風空調(diào)及閃干設(shè)備要求全年供冷，電泳設(shè)備、輸調(diào)漆溫控設(shè)備要求全年24h不間斷供冷，其余設(shè)備均只需夏季供冷。冷凍水要求溫度為7～12℃。

2 制冷站站房及設(shè)備選型

涂裝車間制冷站站房位置受工藝布局及車間管理要求的影響，大致可分為以下兩種情況：（1）生產(chǎn)輔房內(nèi)的制冷站房提供涂裝車間全部所需的冷凍水，此時因制冷機數(shù)量多，站房所需的建筑面積較大，車間冷凍水管由站房直接接出，減少了輸送能耗，車間可依據(jù)實際生產(chǎn)情況直接調(diào)控站房內(nèi)的設(shè)備，便于管理協(xié)調(diào)；（2）生產(chǎn)輔房內(nèi)的制冷站僅提供車間所需的部分冷凍水能耗，此時由于制冷機數(shù)量較少，所需生產(chǎn)輔房內(nèi)建筑面積較小，但是需要車間和綜合站房協(xié)調(diào)管理，管理復(fù)雜，同時整體上增加了輸送能耗。該涂裝車間制冷站房屬于前者。

制冷站設(shè)備的選擇應(yīng)綜合考慮涂裝車間設(shè)備冷負荷的特性、站房的位置及尺寸，主要包含以下幾點：（1）電泳換熱設(shè)備及輸調(diào)漆溫控設(shè)備因工藝特性，對冷凍水溫度的要求并不是十分嚴格，一般冷凍水供水溫度可以波動到16℃，且其在車間不生產(chǎn)期間的冷負荷僅約為滿負荷生產(chǎn)時的20%；（2）車間位置在陜西西安，冬季可利用板式換熱器及冷卻塔免費制冷，減少能耗；（3）輸調(diào)漆空調(diào)需要夏季24h供冷，電泳換熱設(shè)備及輸調(diào)漆溫控設(shè)備有全年24h的冷凍水需求，需要考慮備用設(shè)備及根據(jù)制冷設(shè)備的配電參數(shù)配置相應(yīng)的應(yīng)急發(fā)電設(shè)備；（4）為了保障生產(chǎn)，制冷系統(tǒng)設(shè)備需要較高的可靠性；（5）夏季冷負荷根據(jù)室外空氣參數(shù)的變化而變化，為了減少能耗、節(jié)約能源，制冷系統(tǒng)設(shè)備的啟停應(yīng)靈活可調(diào)。

綜合上述要點，主要設(shè)備最終選型結(jié)果如下：（1）離心式冷水機組CH-1～CH-3，制冷量為3516kW，3臺；（2）水冷螺桿式冷水機組CH-4～CH-5，制冷量為1041kW，2臺；（3）離心機配套的冷凍水泵A-1～A-4，流量為664m3/h，揚程為38m，4臺（3用1備）；（4）離心機配套的冷卻水泵B-1～B-4，流量為725m3/h，揚程為25m，4臺（3用1備）；（5）離心機配套的方形逆流式冷卻塔T-1～T-3，冷卻水量為900m3/h；（6）螺桿機配套的冷凍水泵A-5～A-7，流量為196m3/h，揚程為38m，3臺（2用1備）；（7）螺桿機配套的冷卻水泵B-5～B-7，流量為225m3/h，揚程為25m，3臺（2用1備）；（8）螺桿機配套的方形逆流式冷卻塔T-4～T-5，冷卻水量為300m3/h；（9）板式換熱器BH-1，換熱量為1100kW，1臺。

制冷機組、水泵、冷卻塔采用一一對應(yīng)的形式，運行穩(wěn)定、控制簡單。其中，CH-5螺桿機及板式換熱器BH-1和對應(yīng)的水泵A-7、B-7，冷卻塔T-5組成一套獨立系統(tǒng)XT-1，負責供應(yīng)電泳換熱設(shè)備及輸調(diào)漆溫控換熱設(shè)備。這里的制冷機、水泵、冷卻塔均需要設(shè)置雙電源，冷卻塔集水盤需設(shè)置電加熱系統(tǒng)。

離心機CH-1～CH-3及螺桿機CH-4和對應(yīng)的水泵A-1～A-5、B-1～B-5（A-4，B-4為離心機備用泵），冷卻塔T-1～T-4組成一套系統(tǒng)XT-2，負責供應(yīng)工藝空調(diào)夏季冷凍水、循環(huán)風空調(diào)全年冷凍水、閃干設(shè)備等的全年冷凍水及輸調(diào)漆空調(diào)夏季24h的冷凍水。該系統(tǒng)和前文所述螺桿機CH-5所在的系統(tǒng)XT-1冷凍水供回水主管道之間分別設(shè)管道連接，采用電動蝶閥隔斷。備用泵A-6、B-6設(shè)置雙電源，電量分別與泵A-7、B-7共用，不額外增加應(yīng)急發(fā)電機負擔。冷卻塔T-3～T-4集水盤需要設(shè)置電加熱系統(tǒng)。

冷凍水系統(tǒng)定壓采用自動定壓設(shè)備，定壓設(shè)備配蓄水箱；系統(tǒng)內(nèi)冷凍水采用軟化水，開式冷卻水系統(tǒng)設(shè)自動加藥設(shè)備。

如此選型及設(shè)計的原因如下。（1）在室外濕球溫度低于10℃左右時，即可僅使用冷卻塔T-5將冷卻水降溫后通過板式換熱器BH-1和冷凍水進行換熱，達到制冷目的，從而減少制冷機能耗，節(jié)約能源。（2）在車間停產(chǎn)時，僅有電泳換熱設(shè)備，輸調(diào)漆溫控換熱設(shè)備需要冷凍水，由于工藝特性，此時冷負荷可能降低到滿負荷生產(chǎn)時的20%左右，即200kW左右。因為離心式冷水機組在負載較低（約15%以下）時會發(fā)生喘振，嚴重危害到機組使用，所以根據(jù)冷負荷合理的選擇螺桿式冷水機組，同時結(jié)合夏季滿足緊急情況下（如廠區(qū)停電）輸調(diào)漆空調(diào)的24h運行，最終選擇螺桿機的制冷量為1041kW。（3）選擇2臺同型號螺桿機CH-4、CH-5，既可在正常工況下互為備用，滿足低冷負荷下制冷機運行需求，也可作為自動控制增減制冷機組時的調(diào)節(jié)手段，使制冷機組的總制冷量可以以1000kW左右階梯式遞增或遞減，達到減少能耗、節(jié)約能源的目的。（4）綜合考慮涂裝車間生產(chǎn)輔房內(nèi)制冷站房的建筑布局特點、離心式冷水機組在低冷負荷時的喘振問題及站房內(nèi)管道布置空間，選擇3臺同型號離心式冷水機組CH-1～CH-3，其中任意一臺冷水機組的制冷量又與循環(huán)風空調(diào)、閃干設(shè)備等的全年用冷負荷接近，在實際運行時可實現(xiàn)交替運行，平衡制冷機組及其配套設(shè)備的使用時間，延長設(shè)備使用壽命。（5）冬季采用板式換熱器時，系統(tǒng)XT-1與系統(tǒng)XT-2之間電動蝶閥關(guān)閉，2個系統(tǒng)各自獨立運行，系統(tǒng)XT-1內(nèi)冷凍水供水溫度隨室外氣溫變化，系統(tǒng)XT-2內(nèi)冷凍水供回水溫度為工藝要求的7℃～12℃；采用螺桿機CH-5運行時，系統(tǒng)XT-1與系統(tǒng)XT-2之間電動蝶閥打開，2個系統(tǒng)合并運行，制冷機組CH-1～CH-5采用集成化自動控制，根據(jù)實時冷負荷自動控制制冷機組及其配套設(shè)備的運行臺數(shù)，達到減少能耗、節(jié)約能源的目的。（6）螺桿機CH-5及其對應(yīng)的配套設(shè)備設(shè)置雙電源是為了保證輸調(diào)漆空調(diào)夏季24h運行及電泳換熱設(shè)備，輸調(diào)漆溫控設(shè)備全年24h的穩(wěn)定運行。（7）冷水機組運行時要求冷卻水進水溫度一般不低于20℃，因此為了滿足冷水機組在冬季的正常運行，需要在冷卻塔集水盤設(shè)置電加熱設(shè)備，保證冷水機組的正常運行和冷卻塔不運行時的防凍，在冬季，僅冷卻塔T-3～T-5可能運行。（8）涂裝車間最高處一般設(shè)有單獨的空調(diào)平臺層，因為工藝布局因素，空調(diào)平臺層附近的生產(chǎn)輔房被輸調(diào)漆間等工藝房間占用，制冷站房所處的位置層高較低，導(dǎo)致冷凍水系統(tǒng)定壓采用膨脹水箱定壓十分困難，所以采用全自動定壓設(shè)備，配蓄水箱是為了防止車間停水時自動定壓設(shè)備無法正常使用。（9）水系統(tǒng)采用軟化水可緩解制冷機組、末端盤管及換熱器設(shè)備因結(jié)垢導(dǎo)致的換熱效率下降、能耗增加等問題。

3 水系統(tǒng)管道布置要點

第一，由于空調(diào)末端冷凍水閥組采用電動二通閥控制，在前述系統(tǒng)XT-2的冷凍水供回水主管上應(yīng)設(shè)置壓差旁通裝置，壓差旁通采用電動二通閥及壓差變送器結(jié)合PLC自動控制。系統(tǒng)XT-1單獨運行時，前處理電泳換熱設(shè)備，輸調(diào)漆溫控換熱設(shè)備處采用的是電動三通閥，屬于定流量系統(tǒng)，可不設(shè)壓差旁通裝置。

第二，由于冷凍水系統(tǒng)管徑較大，應(yīng)合理地將部分自動排氣閥改成集氣罐的形式，并在便于操作的位置設(shè)手動排氣閥，提高排氣效率，便于系統(tǒng)調(diào)試。

第三，多數(shù)全自動定壓設(shè)備要求設(shè)備的供水具備一定的壓力（約0.13MPa），因此蓄水箱至定壓設(shè)備的管路上應(yīng)增設(shè)1臺小型增壓泵，滿足全自動定壓設(shè)備的正常使用需要。

第四，因為西安冬季室外氣溫較低，所以屋面冷卻塔采用浮球閥自動補水，其補水管應(yīng)設(shè)電伴熱保溫，防止室外管道因低溫凍裂，冬季不使用的冷卻塔放空時其補水管應(yīng)可單獨放空。

第五，用于冷卻塔集水盤電加熱控制的溫度傳感器探測位置應(yīng)遠離集水盤加熱器，避免測量不準確，加熱器無法正常工作。

4 結(jié)束語

雖然汽車工廠涂裝車間的工藝布局隨著工藝設(shè)計的變化而變化，但是其冷負荷的特性卻大同小異。文章結(jié)合某工廠個例，簡要討論分析其冷凍水系統(tǒng)制冷站及水系統(tǒng)管道布置的部分設(shè)計點，為汽車工廠涂裝車間的冷凍水系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。