朱良君，鄭宏偉，李國敏，劉心喜

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江 杭州 310030）

隨著我國城市化發(fā)展進(jìn)程的加快，人民生活水平進(jìn)一步提高，與之匹配的生活、交通、公共設(shè)施需求日益增加。對能源供應(yīng)也提出了新的要求，在滿足用戶穩(wěn)定用能的同時(shí)，還需考慮能源供應(yīng)商的經(jīng)濟(jì)性。區(qū)域綜合供能模式在新的能源發(fā)展背景下應(yīng)運(yùn)而生，集中供熱、供冷、供氣等集中供能手段也越來越重要。尤其是廣州、深圳等南方城市，年平均氣溫為21℃左右，平均氣溫偏高，3～11月中旬均需采用空調(diào)制冷，制冷空調(diào)年利用小時(shí)數(shù)較高，冷負(fù)荷需求較大。在相對較繁華的商業(yè)中心，辦公樓，酒店等區(qū)域內(nèi)建設(shè)綜合能源供應(yīng)站，實(shí)現(xiàn)綜合供熱與供冷，將各類建筑物的冷熱源加以耦合集成，并實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)冷熱源優(yōu)化調(diào)度，為能源的高效經(jīng)濟(jì)利用提供良好的應(yīng)用場景。

1 系統(tǒng)概況

廣東地區(qū)某冷熱電三聯(lián)供項(xiàng)目采用3臺(tái)20V34SG型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)，裝機(jī)容量為3×9.78MW，對應(yīng)的余熱設(shè)備為3臺(tái)YRX390(96/79)-872H2煙氣熱水型溴化鋰機(jī)組，以及3臺(tái)8.6MW的串聯(lián)式離心式冷水機(jī)組，9臺(tái)單機(jī)制冷量7.4MW和3臺(tái)單機(jī)制冷量為2.8MW的大溫差離心式冷水機(jī)組。

能源站設(shè)計(jì)供冷負(fù)荷126MW，并采用母管制集中供冷，由冷凍水一次水泵經(jīng)過各制冷機(jī)組蒸發(fā)器降溫后匯入冷凍水分水器，如圖1所示A、B、C、D、E、F六路水進(jìn)入冷凍水分水器，再通過能源站自用冷凍水泵及外供二次泵進(jìn)行供冷，回水全部匯集至冷凍水集水器，再分別分流回至各制冷設(shè)備，如圖1所示A、B、C、D、EF五路回水，完成制冷循環(huán)。并在冷凍水集水器上設(shè)置了定壓補(bǔ)水管道，為保障冷凍水系統(tǒng)的供水平衡與安全，在冷凍水分集水器之間設(shè)置自力式壓力平衡閥，當(dāng)分集水器壓差過大時(shí)，自力式壓力平衡閥動(dòng)作，水由連通管流過，使得分集水器之間壓力達(dá)到平衡。

圖1 能源站供冷系統(tǒng)示意圖

表1 能源站供冷系統(tǒng)設(shè)備主要參數(shù)

2 異常工況概況

2.1 第一次異常工況介紹

能源站在供冷模式下，站內(nèi)制冷機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)，第一次異常工況前后DCS曲線如圖2所示。站內(nèi)所有一次水泵停止未運(yùn)行，7#外供冷凍水二次泵運(yùn)行頻率23Hz，1#能源站自用冷凍水泵40Hz運(yùn)行，冷凍水集水器壓力0.3013MPa，冷凍水分水器壓力0.2337MPa。鑒于當(dāng)時(shí)冷凍水回水溫度較高，運(yùn)行人員擬增加外供二次水泵頻率用以提高供冷流量，將7#外供冷凍水泵由23Hz調(diào)整至30Hz，在約30s之后，分集水器之間連通管發(fā)生劇烈振動(dòng)，在關(guān)閉7#外供冷凍水泵后振動(dòng)現(xiàn)象消失。

圖2 第一次異常工況前后DCS曲線

2.2 第二次異常工況介紹

第二次異常工況前后DCS曲線如圖3所示，站內(nèi)一臺(tái)270m3/h一次冷凍水泵50Hz滿負(fù)荷運(yùn)行，4#外供冷凍水二次泵運(yùn)行頻率23Hz，1#能源站自用冷凍水泵40Hz運(yùn)行，冷凍水集水器壓力0.2768MPa，冷凍水分水器壓力0.2292MPa。在將4#外供冷凍水泵由逐級(jí)由23Hz增加至30Hz，在60s之后，分集水器之間連通管發(fā)生劇烈振動(dòng)，在將4#外供冷凍水泵頻率降低為20Hz后振動(dòng)現(xiàn)象消失。

圖3 第二次異常工況前后DCS曲線

3 原因分析

針對該能源站冷凍水供應(yīng)系統(tǒng)在現(xiàn)運(yùn)行工況下，對系統(tǒng)進(jìn)行如圖4所示簡化，冷凍水在二次泵作用下由分水器進(jìn)入站外用戶板換換熱后回流匯集至集水器，再由一次冷凍水泵進(jìn)入制冷機(jī)組后完成循環(huán)，分集水器之間的自力式壓力平衡閥維持分集水器之間壓力平衡。

圖4 能源站供冷系統(tǒng)簡化示意圖

按現(xiàn)自力式壓力平衡閥工作原理，該自力式壓力平衡閥采取此閥后壓力控制，閥后為冷凍水集水器，閥后壓力低于0.25MPa閥門打開，高于0.35MPa時(shí)關(guān)閉；冷凍水系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)冷凍水分水器、集水器壓力分別為0.25MPa，0.30MPa左右，集水器壓力高于分水器壓力，目前冷負(fù)荷較小，外供冷凍水泵長期保持低頻率（23Hz）運(yùn)行，水泵流量與揚(yáng)程均較小，及時(shí)站內(nèi)一次泵不開啟，自力式壓力平衡閥維持常開，冷凍水由集水器流至分水器，系統(tǒng)能夠維持動(dòng)態(tài)平衡。

但當(dāng)外界冷負(fù)荷變大，外供冷凍水泵頻率增加至30Hz時(shí)，流量及揚(yáng)程均瞬間增大，鑒于外供冷凍水泵的為2150t/h，而一次泵為270t/h，即使外供冷凍水泵在30Hz時(shí)流量依然遠(yuǎn)大于一次水泵，由此將造成分水器壓力驟降至0.17MPa，集水器壓力陡升至0.40MPa，而此時(shí)自力式壓力平衡閥又因集水器壓力上升而關(guān)閉，造成分集水器之間水錘沖擊作用，產(chǎn)生較大的喘振。

4 建議

（1）根據(jù)現(xiàn)運(yùn)行情況，擬采用切斷自力式壓力平衡閥壓力控制，而采用直接連通管制，這種方法可在短期之內(nèi)避免出現(xiàn)喘振問題。但直接采用旁通也會(huì)帶來新的問題，用戶回水將會(huì)直接由旁通進(jìn)入供水管道，造成供水短路，會(huì)出現(xiàn)供水溫度偏高，水泵做無用功的現(xiàn)象。

（2）從長期考慮，可采取壓差控制閥，在閥門分水器與集水器之間設(shè)置壓差控制閥，在正常工況下，壓差閥關(guān)閉。當(dāng)分集水器壓差達(dá)到設(shè)定壓力差值時(shí)動(dòng)作打開，分集水器之間流通，維持壓力平衡。

5 結(jié)語

該項(xiàng)目在低冷負(fù)荷供冷工況下，站內(nèi)一次水泵與二次水泵不匹配問題突出，同時(shí)自力式壓力平衡閥偏離設(shè)計(jì)工況工作。針對系統(tǒng)出現(xiàn)的異常喘振現(xiàn)象進(jìn)行了具體分析，并指出了有效的改進(jìn)措施，為同類型系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、調(diào)試及運(yùn)行方面提供參考。