强磁场中心冷源系统节能改造设计

2020-06-15黄世山何官送

工程与建设 2020年4期

高峰，黄世山，何官送

(安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230601)

1 工程概况

稳态强磁场中心冷却系统主要用于冷却水冷磁体消耗电能后而产生的热量。水冷磁体的运行离不开大功率高稳定度电源、大功率去离子水冷却系统以及中央控制系统的支撑[1]。冷却系统主要用于带走水冷磁体消耗大量电能而产生的热量，由去离子水制备与循环系统、制冷与冷却循环系统以及水冷控制系统三部分构成[2]，原理如图1所示。

图1 中心原冷却系统设计原理图

项目原有2台蓄冷冷水机组，冷量分别为4 388 kW、3 989 kW，2台机组串联使用，制备6 ℃低温水，设计供回水温度分别为26 ℃/15.5 ℃、15.5 ℃/6 ℃。项目原有蓄冷水罐2座，容量为3 400 m3，并联使用。并配置有相应的蓄放冷水泵、放冷板换等设备。

原蓄冷冷水机组仅能满足一座蓄冷罐的蓄冷需要，无法保障水冷磁体的实验时间要求。因此对去离子水冷却系统进行升级改造，提高蓄冷量，延长水冷磁体实验时间；同时提高能源利用效率，提升系统能效。

2 设计选型

2.1 制冷主机

原设计2台主机串联制备低温冷冻水流量约为345 m3/h，设计新增冷冻水机组与原有2台冷水机组并联将显著提升制备的冷冻水量。

实际运行中蓄冷进水温度在一般情况下并未达到26℃，结合多种运行工况下的综合效能分析，并满足系统常态的制冷需求，选取新增主机和闭式冷却塔联合供冷，冷水机组制冷量：5 016 k～，选型工况供回水温度为6 ℃/18 ℃，保证系统出水温度为6 ℃；与冷水机组对应配置开式横流冷却塔。

2.2 输配水泵

原放冷水泵并联运行后流量损失较大，此次改造进行了现场系统压力的实测，得出不同工况下的系统压力数值，并结合水泵性能曲线[3]，更换放冷水泵，使其并联流量达到1 300 m3/h。根据计算结果更换3台放冷泵，流量为500 m3/h，扬程40 m。

冷冻水采用一次泵定流量系统，由于现场情况限制，冷冻水系统无法做到一一对应，为平衡新增系统和原有系统，通过增加平衡阀使新旧系统阻力接近。冷却水泵采用定流量，制冷主机和冷却泵采用一对一的连接方式。

2.3 冷却塔

合肥市全年湿球温度低于12 ℃共178 d，低于0 ℃共54 d，在冬季及过渡季低温情况下采用闭式冷却塔代替上游冷水机组，其节能效益非常显著[4]。闭式冷却塔选型主要考虑以下因素：安装空间限制、不同工况下的运行要求、供回水温度及湿球温度与冷却塔出水温度差的选取[5]。

闭式冷却塔作为冷水机组的上游或冷水机组的下游，处理水量360 m3/h。综合多个设计工况的要求：进出水温度26 ℃/18 ℃、湿球温度为12 ℃，进出水温度23.5 ℃/15 ℃、湿球温度为8 ℃。选型满足不同工况下的运行要求，最大限度提升主机能效，并提供较好的保障性。

3 改造方案

3.1 设计方案

本次设计增设一套冷机系统与原蓄冷冷机并联运行，并增设闭式冷却塔系统与新增冷机串联运行；对原放冷水泵进行更换，使其并联流量达到1 300 m3/h。系统流程图如图2所示。

图2 改造后的冷却系统设计原理图

3.2 运行方案

现有系统运行中仅投入运行了一个蓄冷水罐，主机增加后可启用另一蓄冷罐。系统根据第二天的实验需求，既可以逐个蓄冷，亦可同时蓄冷。原有蓄冷机组与新增闭式冷却塔及冷水机组为并联关系，两者可同时或分别供冷。鉴于现有系统设有闭式冷却塔且为新增系统，应优先使用。新增闭式冷却塔及冷水机组系统可提供冷却塔上游、冷却塔下游、制冷主机单独蓄冷三种运行方式。

(1)制冷主机单独蓄冷的适应工况为：室外湿球温度>(蓄冷水池温度-6℃)，蓄冷水池温度低于17℃。开启阀门V1、V2、V3、V5、V6、V7、V14、V13。

(2)制冷主机下游的适应工况为：蓄冷水池温度>(室外湿球温度+5℃)，开启阀门V1、V2、V3、V5、V6、V7、V10、V11、V13。

(3)制冷主机上游的适应工况为：室外湿球温度<0℃，开启阀门V1、V2、V3、V5、V6、V7、V12、V14、V15。