摘要：对工艺冷却水系统进行温控改造，不仅能够有效确保温度满足使用需求，同时还能够起到降低能源消耗的作用。鉴于此，本文立足于工艺冷却水系统组成及工作原理，介绍了改造前工艺冷却水系统的温控情况，并分析了温度监测点的设置。介绍了工艺冷却水系统温控改造方案，并对比了改造前后的温控效果。通过改造，工艺冷却水系统温控精度由原来的27±1℃提高为27±0.5℃，改造成效明显，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：工艺冷却水；温度；自动控制；技术改造
1.工艺冷却水系统组成及工作原理
1.1风冷与水冷冷水机组比较
风冷冷水机组是以空气为冷（热）介质，作为冷（热）源兼用型的一体化设备。机组以其高效、低噪音、结构合理、操作简便、运行安全、安装维护方便等优点。风冷模块机组省去了冷冻水系统所必不可少的冷却塔、水泵、锅炉及相应的管道系统等许多辅件，系统结构简单，安装空间省、维护管理方便且又节约能源。另外，冷冻水不暴露于空气中，水的损耗很少，因此可以使用纯水，避免了水质过差的地区所造成的冷凝器结垢，水管堵塞等现象，同时还节约了水资源。水冷冷水机组是靠水循环来达到冷凝效果，然后靠水循环来带走一定的热量的冷水设备；通常有“水冷螺杆机组”“水冷涡旋机组”[1]。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷冻水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称作补充水，并排出一定量的浓缩水，通称排污水。
1.2冷水机组基本组成
冷水机组主要构成部分有：压缩机、蒸发器、冷凝器、热力膨胀阀。
压缩机：压缩机是整个制冷系统中的核心部件，也是制冷剂压缩的动力之源。它的作用是将输入的电能转化为机械能，将制冷剂压缩。
蒸发器：蒸发器是依靠制冷剂液体的蒸发（实际上是沸腾）来吸收被冷却介质热量的换热设备。
它在制冷系统中的功能是吸收热量（或称输出冷量）。为了保证蒸发过程能稳定持久的进行，必须不断的用制冷压缩机将蒸发的气体抽走，以保持一定的蒸发压力。冷凝器：在制冷过程中冷凝器起着输出热能并使制冷剂得以冷凝的作用。从制冷压缩机排出的高压过热蒸气进入冷凝器后，将其在工作过程吸收的全部热量，其中包括从蒸发器和制冷压缩机中以及在管道内所吸收的热量都传递给周围介质（水或空气）带走；制冷剂高压过热蒸气重新凝结成液体。（根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为三类：水冷式冷凝器、风冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。）热力膨胀阀：热力膨胀阀在制冷系统中既是流量的调节阀，又是制冷设备中的节流阀，它在制冷设备中安装在干燥过滤器和蒸发器之间，它的感温包是包扎在蒸发器的出口处[2]。其主要作用是使高压常温的制冷剂液体在流经热力膨胀阀时节流降压，变为低温低压制冷剂湿蒸气（大部分是液体，小部分是蒸汽）进入蒸发器，在蒸发器内汽化吸热，而达到制冷降温的目的。
2.改造前温控情况
本文以一台大型高级医用设备为例展开探讨，该设备耗电量大，对温度要求严格，一般要求温度控制在27℃，误差要求在1℃范围内。为了保证这一设备恒温工作，配备了一次工艺冷却水、二次工艺冷却水、三次工艺冷却水三叠式冷却系统，以及五组电加热器、三台冷水机组、36台水泵、15台风机、多种电柜等控制设备。设备一旦开启，每小时的耗电量在1160kWh以上。即使配置了如此多的制热制冷设备，有时仍然难以保证温度满足要求，还浪费了能源。
如图1所示，负载的工作温度要求为27±1℃。当负载温度高于27℃时，三叠式工艺冷却系统对设备降温。当负载温度低于27℃时，冷却系统自动停机，电加热器自动通电加热，使设备升温。通过升温和降温保证负载温度为27±1℃，控温精度要求高。由图1可知，使设备恒温实际上是对一次工艺冷却水调温。当设备超温需要降温时，一次工艺冷却水带走设备的热量，自身温度有升高的趋势，二次工艺冷却水带走一次工艺冷却水的热量，又使一次工艺冷却水温度降温。一次工艺冷却水到底是升温还是降温，取决于设备产生的热量和二次工艺冷却水带走的热量是否平衡。如果二次工艺冷却水带走的热量不足以抵消设备产生的热量，那么二次工艺冷却水要提升流量，加强对一次工艺冷却水的降温效果。如果还不行，那么三次工艺冷却水将自动启动，帮助二次工艺冷却水提升冷却能力[3]。当设备温度低于27℃需要升温时，自动关闭冷却控制，启动电加热器，根据升温强度自动选择加热的挡位和功率。只要控制合理，调节得当，就可以保证负载设备达到基本恒温。但实际情况是，这一温控方案并不完善，如三通阀的开度调节仅受温度取样点温度的约束。温度取样点温度高于标定温度，三通阀就打开。温度取样点温度等于标定温度，三通阀门就关闭。温度取样点温度低于标定温度，加热器就自动开启。控制粗糙，控制变量选择单一，造成了控制精度差，出现过调或欠调。特别是过调，会使制热或制冷装置过度工作，从而造成能源浪费，降低控制效率。由此可见，需要对工艺冷却水系统进行温控改造。
图1温控系统示意图
3.温控改造方案
进行温度改造时，需要制订控制关系表，具体包括：（1）负载在标准温度（27℃）下，每升高0.1℃所需要的热量；（2）负载在标准温度（27℃）下，每降低0.1℃所需要的冷量；（3）电加热功率强度的切换温度表；（4）工艺冷却水系统接入的温度调节表；（5）以上各表的输入地址。编制控制关系的运作程序，制定温度取样规则，并送入计算机由运作程序进行处理。这其中，最重要的是温度取样规则。如图2所示，一次工艺冷却水从B点经电加热器到达A点，有35s的延时，造成B点温度低于A点。假设B点温度为27℃，A点温度为28℃，这时如果将B点视为温度检测点，那么一次工艺冷却水不需要调控，但实际上负载温度已是28℃，导致欠调，负载温度超标。如果将A点视为温度检测点，那么负载因温度超标而需调控，结果会导致三通阀的开度加大，一次工艺冷却水温度降温，B点温度降为26℃，A点温度降为27℃。B点低温水流到电加热器，就会启动电加热器加热，关断三通阀，引起错控，造成加热器能源浪费。以上分析表明，只要A点、B点之间有1℃以上的温差，A点或B点就都不能单独用来作为温度检测点[4]。通过研究探讨，在系统设备出水口设置D点，在板交进水口设置C点。为了解决三通阀调节延时性导致超温的问题，取C点和D点两点温度的大值进行提前调节，将A点的温度设为27℃基础值，B点温度仍然为电加热器工作的监测点。通过以上方案，解决了调节延时的问题，也解决了过调的问题[5]。
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图 2 温度测点示意图
4.改造后成效
改造前工艺冷却水系统温控效果不理想，虽然大多数情况温度被控制为27±1℃，但有相当时间超出了1℃。温度曲线波动大，说明过调频繁，能源浪费多。
结语
改造后温控效果理想，工艺冷却水系统温度均没有超过27±0.5℃，能源浪费也有所减少。可见，改造后节能效果明显。
参考文献：
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