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摘要：空调水系统对于大型电子厂房是至关重要的，因为净化间的温度及各种空调冷冻水水温直接关系到产品的质量。在运行及试验过程中发现的问题更能反馈出供热通风与空调设计及施工中细节要求。本文就工程实例进行论述，来对安装及设计过程中存在的不利因素进行说明，并在如何避免问题出现进行分析。
关键词：暖通冷热源；成品三通；凝结水回收；多台设备并联
一、项目介绍
某项目TFT-LCD生产线，该项目一旦投产，24小时连续运转，对动力系统要求极高，不能出现系统停机的故障，否则将会造成重大损失。生产线环境要求：温度23±2℃，相对湿度55±5%，洁净度ISO 14644 10-1000级。
暖通冷热源概况：热源有2个一级热源，市政蒸汽和6台热回收机组（其中5台最大回收热量10831KW，1台最大回收热量5400KW），在热回收热量不足使用时，再使用蒸汽作为补充热源加热低温热水；二级热源有2个：低温热水（36/26℃，空调末端加热用），高温热水80/60℃（采暖系统用）；冷源2个：中温冷冻水14/21℃（生产线干盘管控制温度及部分配电室降温用，由13台中温冷水机组提供，其中7台单机制冷量3300冷吨，5台单机制冷量2720冷吨，1台单机制冷量1360冷吨）；低温冷冻水7/14℃（新风机组及风机盘管用），由6台低温冷水机组提供，单台制冷量2700冷吨；冷却塔52台，单台水量600m?/H，分为5组独立运行。低温热水、低温冷冻水及中温冷冻水均采用二次泵系统，一二次泵、冷却水泵及冷却塔风机均变频运行。
二、原设计方案
2.1 低温冷冻水系统设计方案见附件图纸1
2.2中温冷冻水系统设计方案见附件图纸2
2.3低温热水系统设计方案见附件图纸3、4
2.4 高温热水系统设计方案见附件图纸5
三、建设及运行过程中的问题和原因
3.1 在低温冷却水管道试压完成后，进行泄水时，管道严重变形，见如下照片。
原因分析：在安装管道三通时，没有采用成品三通，而是在主管道上直接开孔引出支管，破坏了管道的结构，降低了管道强度。
管道试压时，机电安装包商关闭所有冷却塔塔盘的进出水阀门、放气阀前的手动阀门；试压完成后进行泄水，但是没有先打开冷却塔塔盘进出阀门及放气阀前的手动阀；所以泄水后管道系统抽空，形成负压；最终导致管道变形。
3.2 洁净室热负荷增大，蒸汽用量达到60吨/小时后蒸汽凝结水回收不足，大量溢流，见如下图片。
原因分析：凝结水回收原方案为水箱+水泵方案，凝结水量90CMH，后来改为6套蒸汽动力凝结水回收泵；但是因为这么大水量的凝结水泵，供货商是第一次销售，性能不稳定；凝结水泵加压后的管道本身也存在不合理性，泵如果不同时使用时，存在水锤击坏泵的机构。
3.3 系统补水时间过长。
原因分析：系统刚投入运行时，由于很多设备首次通水、末端频繁泄放水，经常需要补水；而系统补水采用纯水站的一级纯水供水，管道只有DN50，正常运行时足够使用，但紧急补水时就不够使用。
3.4 中温冷却水管道再次严重变形，见如下图片。
原因分析：在安装管道三通时，没有采用成品三通，而是在主管道上直接开孔引出支管，破坏了管道的结构，降低了管道强度。
调试过程中，冷却塔塔盘进出水管道被同时关闭，但水泵处于运转状态，所以管道系统抽空，形成负压；最终导致管道变形。
3.5 同一组冷却塔，运行中有的吸空，有的溢流。
原因分析：冷却塔管路塔盘出水管道不是同程式，近端阻力小，容易吸空；远端阻力大，容易溢流；尽管有平衡管到，但管径太小，且为重力自然流，流速远小于塔盘出水的机械流，无法起到完全平衡作用。
3.6 制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵三者中坏了任何一个就无法开启，设备运行可靠性非常低。
原因分析：制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵采用一一对应的关系，没有在制冷机的进出水管之间设置连通管，使制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵三者互为备用。
3.7 制冷机组的水泵频率低于42赫兹运转时，制冷机无法启动。
原因分析：制冷机选型时，只考虑按照设计下的标准工况运行，没有考虑低负荷运行和过渡季节水泵低频率节能运行，所以制冷机供货商水流开关按照定频率运行大压差选择。
3.8 动力站内水泵房启动电柜密布，检修空间小，散热量多，环境温度过高。
原因分析：所有一二次水泵都集中在动力站内设置，空间利用不合理。
四、项目教训及设计注意事项
冷却水管道两次严重变形，运行中多次补水不及时定压压力过低，一次系统严重进气导致停机排气以及调试初期制冷机无法启动的教训，值得我们深刻检讨。
为此，对于如此大型的空调水系统，在设计上，要着重注意如下几个问题：
4.1 冷却水、冷冻水主管强度必须足够承受管道抽空形成的负压。
冷冻水、冷却水主管道安装于常压大气环境中，管道如果抽成真空，极限负压压力是0.1MPa，主管道必须能够承受外压0.1MPa的压力。一般国标厚度的螺旋钢管都可以达到这个强度；但是大管径的管道，在安装三通支管时，为了节约安装空间，工程公司一般不采用成品三通，而采用在主管道上直接开孔引出支管的做法，这样会破坏主管道结构，降低强度，此时需要对开孔的主管道进行局部补强，是管道强度不至于大幅度降低，这样即使管道出现负压也不至于严重变形。
4.2 冷却水、冷冻水主管道设置避免形成负压的装置。
施工、调试及运行过程中，难免会有误操作，因此要从设计上考虑出现误操作时的应急措施。如设置通气管道、设置真空破坏阀或者将每组系统冷却水塔盘进出水管道上的1台塔阀门处于常开状态，并且不设置自控阀门。 4.3 存在重力流和机械流的冷却水系统考虑平衡问题。
多套冷却塔水系统独立运行，且每套内多台冷却塔并联运行时，离塔盘出水主管近的塔容易被吸空，离得远的塔容易溢流；虽然有平衡管，但是平衡管水流靠液位差形成的动力流动，流速小于进出水管的机械流，无法起到平衡作用，建议将不同系统的供回水主管道之间进行连通，这样更有利于水量平衡。
4.4 设置系统紧急补水管道
为减少管道及设备腐蚀，减少水系统生长藻类及结垢，正常运行时，补水应采用软化水，但一般软化水水量有限，遇到大量漏水或泄水时，无法及时补水，系统运行压力会降低甚至有气体进入，严重影响设备的正常运行，因此建议设置较大管径的自来水管道作为紧急补水，这样可在短时间内补足压力。
4.5 多台设备并联时，应考虑互为备用，提高可靠性。
该项目现在采用的方案如下图所示，这样水泵和冷机只要有一个有故障，1套系统就不能开启，非常不可靠。
如果在并联设备的管道间加连通管道，设备互为备用，可大大提高设备的可靠性，如下图所示。
4.6 设备选型及招标时考虑节能运行工况
制冷机、水泵等设备选型及招标时，必须考虑节能运行工况的需要。水泵节能运行就是低频率运行，则要求电机是变频电机；冷却塔风机的驱动电机也要变频电机；制冷机低负荷运行，水泵低频率运行，则制冷机的水流开关等元器件也需要采用低流量可开启的相应改动。
4.7 非满管流的多个动力设备并联且不同时运行时，要避免引射造成的影响。
6台蒸汽凝结水回收泵在凝结水量少时，不会同时使用，只有部分启动，这样容易形成引射，其他未开启的设备管路造成负压，水流倒灌产生的水锤把设备击坏。如下图所示：
当泵1开启，泵2、3停止时，泵1出口的高速水流带动泵2、3出口管道的水流高速运动，使泵2、3出口部分形成负压；当所有泵都停止时，水流瞬间向负压方向倒灌，形成的水锤打向泵2、3，频繁发生后，泵2、3出口的止回阀被击坏，进一步破坏泵2、3的内部元件。需要对管道系统做如下整改：
将每个泵出口的立管长度提高，并且高于水平管道40-50CM后再接入水平管道，这样可避免水锤造成的影响。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院.采暖通风与空气调节设计规范.2012
[2] 中华人民共和国电子工业部.洁净厂房设计规范.2001
关键词：暖通冷热源；成品三通；凝结水回收；多台设备并联
一、项目介绍
某项目TFT-LCD生产线，该项目一旦投产，24小时连续运转，对动力系统要求极高，不能出现系统停机的故障，否则将会造成重大损失。生产线环境要求：温度23±2℃，相对湿度55±5%，洁净度ISO 14644 10-1000级。
暖通冷热源概况：热源有2个一级热源，市政蒸汽和6台热回收机组（其中5台最大回收热量10831KW，1台最大回收热量5400KW），在热回收热量不足使用时，再使用蒸汽作为补充热源加热低温热水；二级热源有2个：低温热水（36/26℃，空调末端加热用），高温热水80/60℃（采暖系统用）；冷源2个：中温冷冻水14/21℃（生产线干盘管控制温度及部分配电室降温用，由13台中温冷水机组提供，其中7台单机制冷量3300冷吨，5台单机制冷量2720冷吨，1台单机制冷量1360冷吨）；低温冷冻水7/14℃（新风机组及风机盘管用），由6台低温冷水机组提供，单台制冷量2700冷吨；冷却塔52台，单台水量600m?/H，分为5组独立运行。低温热水、低温冷冻水及中温冷冻水均采用二次泵系统，一二次泵、冷却水泵及冷却塔风机均变频运行。
二、原设计方案
2.1 低温冷冻水系统设计方案见附件图纸1
2.2中温冷冻水系统设计方案见附件图纸2
2.3低温热水系统设计方案见附件图纸3、4
2.4 高温热水系统设计方案见附件图纸5
三、建设及运行过程中的问题和原因
3.1 在低温冷却水管道试压完成后，进行泄水时，管道严重变形，见如下照片。
原因分析：在安装管道三通时，没有采用成品三通，而是在主管道上直接开孔引出支管，破坏了管道的结构，降低了管道强度。
管道试压时，机电安装包商关闭所有冷却塔塔盘的进出水阀门、放气阀前的手动阀门；试压完成后进行泄水，但是没有先打开冷却塔塔盘进出阀门及放气阀前的手动阀；所以泄水后管道系统抽空，形成负压；最终导致管道变形。
3.2 洁净室热负荷增大，蒸汽用量达到60吨/小时后蒸汽凝结水回收不足，大量溢流，见如下图片。
原因分析：凝结水回收原方案为水箱+水泵方案，凝结水量90CMH，后来改为6套蒸汽动力凝结水回收泵；但是因为这么大水量的凝结水泵，供货商是第一次销售，性能不稳定；凝结水泵加压后的管道本身也存在不合理性，泵如果不同时使用时，存在水锤击坏泵的机构。
3.3 系统补水时间过长。
原因分析：系统刚投入运行时，由于很多设备首次通水、末端频繁泄放水，经常需要补水；而系统补水采用纯水站的一级纯水供水，管道只有DN50，正常运行时足够使用，但紧急补水时就不够使用。
3.4 中温冷却水管道再次严重变形，见如下图片。
原因分析：在安装管道三通时，没有采用成品三通，而是在主管道上直接开孔引出支管，破坏了管道的结构，降低了管道强度。
调试过程中，冷却塔塔盘进出水管道被同时关闭，但水泵处于运转状态，所以管道系统抽空，形成负压；最终导致管道变形。
3.5 同一组冷却塔，运行中有的吸空，有的溢流。
原因分析：冷却塔管路塔盘出水管道不是同程式，近端阻力小，容易吸空；远端阻力大，容易溢流；尽管有平衡管到，但管径太小，且为重力自然流，流速远小于塔盘出水的机械流，无法起到完全平衡作用。
3.6 制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵三者中坏了任何一个就无法开启，设备运行可靠性非常低。
原因分析：制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵采用一一对应的关系，没有在制冷机的进出水管之间设置连通管，使制冷机、冷却水泵及冷冻水一次泵三者互为备用。
3.7 制冷机组的水泵频率低于42赫兹运转时，制冷机无法启动。
原因分析：制冷机选型时，只考虑按照设计下的标准工况运行，没有考虑低负荷运行和过渡季节水泵低频率节能运行，所以制冷机供货商水流开关按照定频率运行大压差选择。
3.8 动力站内水泵房启动电柜密布，检修空间小，散热量多，环境温度过高。
原因分析：所有一二次水泵都集中在动力站内设置，空间利用不合理。
四、项目教训及设计注意事项
冷却水管道两次严重变形，运行中多次补水不及时定压压力过低，一次系统严重进气导致停机排气以及调试初期制冷机无法启动的教训，值得我们深刻检讨。
为此，对于如此大型的空调水系统，在设计上，要着重注意如下几个问题：
4.1 冷却水、冷冻水主管强度必须足够承受管道抽空形成的负压。
冷冻水、冷却水主管道安装于常压大气环境中，管道如果抽成真空，极限负压压力是0.1MPa，主管道必须能够承受外压0.1MPa的压力。一般国标厚度的螺旋钢管都可以达到这个强度；但是大管径的管道，在安装三通支管时，为了节约安装空间，工程公司一般不采用成品三通，而采用在主管道上直接开孔引出支管的做法，这样会破坏主管道结构，降低强度，此时需要对开孔的主管道进行局部补强，是管道强度不至于大幅度降低，这样即使管道出现负压也不至于严重变形。
4.2 冷却水、冷冻水主管道设置避免形成负压的装置。
施工、调试及运行过程中，难免会有误操作，因此要从设计上考虑出现误操作时的应急措施。如设置通气管道、设置真空破坏阀或者将每组系统冷却水塔盘进出水管道上的1台塔阀门处于常开状态，并且不设置自控阀门。 4.3 存在重力流和机械流的冷却水系统考虑平衡问题。
多套冷却塔水系统独立运行，且每套内多台冷却塔并联运行时，离塔盘出水主管近的塔容易被吸空，离得远的塔容易溢流；虽然有平衡管，但是平衡管水流靠液位差形成的动力流动，流速小于进出水管的机械流，无法起到平衡作用，建议将不同系统的供回水主管道之间进行连通，这样更有利于水量平衡。
4.4 设置系统紧急补水管道
为减少管道及设备腐蚀，减少水系统生长藻类及结垢，正常运行时，补水应采用软化水，但一般软化水水量有限，遇到大量漏水或泄水时，无法及时补水，系统运行压力会降低甚至有气体进入，严重影响设备的正常运行，因此建议设置较大管径的自来水管道作为紧急补水，这样可在短时间内补足压力。
4.5 多台设备并联时，应考虑互为备用，提高可靠性。
该项目现在采用的方案如下图所示，这样水泵和冷机只要有一个有故障，1套系统就不能开启，非常不可靠。
如果在并联设备的管道间加连通管道，设备互为备用，可大大提高设备的可靠性，如下图所示。
4.6 设备选型及招标时考虑节能运行工况
制冷机、水泵等设备选型及招标时，必须考虑节能运行工况的需要。水泵节能运行就是低频率运行，则要求电机是变频电机；冷却塔风机的驱动电机也要变频电机；制冷机低负荷运行，水泵低频率运行，则制冷机的水流开关等元器件也需要采用低流量可开启的相应改动。
4.7 非满管流的多个动力设备并联且不同时运行时，要避免引射造成的影响。
6台蒸汽凝结水回收泵在凝结水量少时，不会同时使用，只有部分启动，这样容易形成引射，其他未开启的设备管路造成负压，水流倒灌产生的水锤把设备击坏。如下图所示：
当泵1开启，泵2、3停止时，泵1出口的高速水流带动泵2、3出口管道的水流高速运动，使泵2、3出口部分形成负压；当所有泵都停止时，水流瞬间向负压方向倒灌，形成的水锤打向泵2、3，频繁发生后，泵2、3出口的止回阀被击坏，进一步破坏泵2、3的内部元件。需要对管道系统做如下整改：
将每个泵出口的立管长度提高，并且高于水平管道40-50CM后再接入水平管道，这样可避免水锤造成的影响。
参考文献：
[1] 中国建筑科学研究院.采暖通风与空气调节设计规范.2012
[2] 中华人民共和国电子工业部.洁净厂房设计规范.2001