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摘要：本文结合工程实例，对核电站主控室空调系统改造技术进行了探讨，通过研究分析原设计方案及故障问题，选取了合理的改造控制方案，运行结果表明，该改造方案有效降低了空调系统故障率，保证了系统的安全运行，值得推广应用。
关键词：核电站；空调系统；整改；控制
0 引言
本工程主控室的空调系统运行时存在压缩机运行不当、耗电严重、温湿度不达要求、除湿效果差等问题，为了彻底解决该空调系统存在的上述问题，现研究决定对空调机组制冷系统进行改进，将机组运行功率调制合理数值，提高空调运行的工作效率，以保证主控室的温湿度达到规定要求。
1 原设计方案介绍
机组1号、2号供主控制室模拟室1。该模拟室面积比较大（260m2），采用“一用一备”设计；该机组出现问题比较少，温度、湿度精度基本能满足要求；夏季压缩机频繁启动的次数也少。机组3号、4号供主计算机模拟室2。该模拟室面积很小（60m2），采用“一用一备”设计；该机组出现问题比较多，温湿度精度波动大；夏季压缩机频繁启动的次数也多，不节能运行。4台机组都采用机组DFG125HN，制冷量为124.5kW，风量22500m3/h，机外静压450Pa，电加热器为72kW（一组为固定，另一组为比例型）；加湿器15kg/h（比例型）。各系统经半年多的试运行发现原设计存在以下问题：
（1）主机算机模拟室2存在问题：室内负荷很小（机组选型达到1.85kW/m2，现场只有4台低压控制柜，散热负荷很低），空间面积少（下出风，顶回风，楼层不足3m，会造成风短路），与机组明显不匹配，造成机组运行过程中温湿度变化太快、控制比较困难、温湿度波动大、能耗较大。
（2）机组压缩机能量调节只有2档（采用4个9kW压缩机，2个9kW压缩机并联为一个系统，共2个系统），导致温湿度精度的控制也会受影响。特别是在过渡季节，因蒸发器排管和叉排设计的关系和受新风工况波动的影响，有时会出现开1个系统除不了湿，开2个系统温度和湿度又下降太快，需大功率的电加热进行加热和加湿器进行加湿，造成能量的浪费和工况的不稳定。
针对上述两点，弥补因工程设计不匹配问题，对机组进行制冷系统的整改。
2 机组整改的空气处理理论计算结果
2.1 夏季
当室外工况为干球温度35.7℃、相对湿度58.4%（按设计工况），新风取10%（新风风量占总风量的比例为10%），室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，机组回风工况的混合点为干球温度23.31℃，相对湿度55.52%，机组只需制冷，不需除湿。开单系统的1～2个压缩机，机组最大制冷量为68kW，出风温度（≥15.85℃）高于回风工况的露点温度（14.54℃），机组满足空气处理条件和节能运行条件。
当室外工况为干球温度37℃、相对湿度90%（按湿度极限工况），新风取10%，室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，机组回风工况的混合点为干球温度23.41℃、相对湿度60.5%，机组需制冷和除湿。开两个系统的3个压缩机时，机组制冷量为100kW，出风温度（15.58℃）低于回风工况的露点温度（15.86℃），机组满足空气处理条件和节能运行条件。
2.2 冬季
当室外温度为-4℃、相对湿度90%（按湿度极限工况），新风取10%，室内工况的设定值为干球温度20℃、相对湿度55%时，此时机组回风工况的混合点为干球温度17.4℃、相对湿度56%，机组只需制热，不需除湿。不开压缩机系统，只开电加热（必要时还要开加湿），机组满足空气处理条件和节能运行条件。
2.3 过渡季节
当室外温度为22℃、相对湿度为55%，新风取10%，室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，当实际房间温度≥23℃或相对湿度≤59%（≥50%）时，机组回风工况的混合点为干球温度≥22.9℃、相对湿度≤59.13%，机组只需制冷，不需除湿。开单系统的1～2个压缩机，机组最大制冷量为68kW，出风温度（≥15.7℃）高于回风工况的露点温度（15.08℃），机组满足空气处理条件和节能运行条件。
当室外温度为22℃、相对湿度55%，新风取10%，室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，当实际房间温度≥23℃或相对湿度≥59%时，机组回风工况的混合点为干球温度≥22.9℃、相对湿度≥59.13%，机组需制冷和除湿。开两个系统的3个压缩机时，机组制冷量为100kW，出风温度（≥14.02℃）低于回风工况的露点温度（15.08℃），机组满足空气处理条件和节能运行条件。
当室外温度为22℃、相对湿度55%，新风取10%，室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，当实际房间温度≤21℃或相对湿度≥59%时，机组回风工况的混合点为干球温度≤21.1℃、相对湿度≥59.13%，机组需加热和除湿。开电加热（必要时还要开加湿），以满足空气处理条件和节能运行条件。
当室外温度为22℃、相对湿度55%，新风取10%，室内工况的设定值为干球温度22℃、相对湿度55%时，当实际房间温度≤21℃或相对湿度≤50%时，机组回风工况的混合点为干球温度≤21.1℃、相对湿度≤50.9%，机组需加热加湿。不开压缩机系统，开电加热和加湿，机组满足空气处理条件和节能运行条件。
3 控制方案改进
改进原则：增加压缩机的能量等级；由原来的3个能量调节等级（0、50%、100%）整改为5个能量调节等级（0、25%、50%、75%、100%），使机组运行更平稳更易控制。每个室外机（1台机组有2个室外机）的1个系统增加1个电磁阀和1个单向阀。室内机经过计算和校对不作调整，但整改时每个系统需要增加润滑油，以保证压缩机的回油问题。
进行全部改动，包括电路图、程序；允许并联压缩机能单台开启，需要结合增加电磁阀来实现；当并联压缩机单台开启时，电磁阀不得电（常闭状态）；当并联中另一台开启时，电磁阀得电。目的实现冷凝器与压缩机匹配运行，确保回油和压力建立。
经过第1次整改，发现系统与程序验证存在不足，仍需要改进。即，当一个系统中一台压缩机运行的时候，机组运行正常，当这个系统另一台压缩机也启动的时候，出现了缺油现象。
控制改进方案见图1。
1～4为压缩机序号；A～F为压缩机运行状态；图2同理A到B：机组在启动时，风机启动，判断压缩机需要上载，1号系统2台并联压缩机启动。B到C：当需要卸载时，卸载其中1台。B到D：当需要上载时，上载另一个系统的2台压缩机。C到E：当需要上载时，上载另一个系统的2台压缩机。D到E：当需要卸载时，根据2个系统运行时间长短来判断卸载那个系统中的1台压缩机。C到A：当需要卸载时，停止所有压缩机，回到状态A。E到D：当需要上载时，停止系统中单独运行1台压缩机系统，180s后2台压缩机同时启动。E到F：当需要卸载时，卸载系统里的1台压缩机（根据压缩机运行时间长短判断卸载那台压缩机）。D到E：当需要卸载时，根据压缩机运行时间长短判断卸载1台压缩机。F到E：当需要上载时，根据已卸载压缩时间，来判断启动的压缩机，启动方式参照E到D。F到C：当需要卸载时，根据运行时间长短，来判断卸载的压缩机。
4 改造结果
当机组整改完毕，每个系统增加1L润滑油，开始加氟调试，由于当天的空气湿度比较大（大于55%），温度比较低（低于21℃）。所以调试先采用单系统模拟进行，让冷凝侧电磁阀处于得电状态，设置系统1高压故障，运行系统2（该系统装有油视镜，便于判断）。设定温度为21℃，湿度为60%；系统2的2台压缩机同时启动运行，压力正常，声音正常，油位也正常；当温度降到20.5℃、湿度为58%时，其中1台压缩机自动卸载，只运行1台压缩机，压力正常，声音正常，油位也正常，当温度降到19.8℃、湿度为55.3%时，压缩机正常停机。用同样的方法验证系统1，情况正常。
为了验证压缩机的上载情况，重新设定工况，而且把压缩机上载的时间缓冲由原来的180s更改为60s。即当一个压缩机正常运行时，要上载另一压缩机，先停掉运行的压缩机，等60s后再同时启动2个压缩机；结果发现运行正常，声音正常，油位也正常。同样的方法，把缓冲的时间更改为5s，结果情况正常，最后直接上载，发现运行情况正常，即压力、声音、油位正常。
接下来开机运行，初设定温度为21℃、湿度为55%，运行0.5h后，开始调整温湿度，验证控制方案中各状态点的压缩机上下载情况，发现运行正常，程序也没有问题。但在调试过程中出现了两个新问题：
（1）原方案当由状态C上载到状态E再下载到状态F时，由于上载的负荷太大和平衡判断的时间关系，出现了工况变化太快，温湿度无法控制在目标值以内，造成温湿度波动太大；
（2）由于原来对压缩机的控制无法做明确的判断，所以原方案中的1号压缩机处于长期运行的状态，这会严重影响1号压缩机的寿命，对于常年运行的恒温恒湿机更为不利。因而再次调整现场对机组的控制方案和控制程序，见图2。调整和调试后机组运行正常。
A到B：机组在启动时，风机启动，判断压缩机需要上载，1号系统2台并联压缩机启动。B到C：当需要卸载时，卸载2号压缩机。C到B：当需要上载时，上载2号压缩机。B到D：当需要上载时，上载另一个系统的2台压缩机。D到E：当需要卸载时，卸载1号压缩机。C到A：当需要卸载时，停止所有压缩机，回到状态A。E到D：当需要上载时，上载1号压缩机。E到F：当需要卸载时，卸载2号压缩机。F到D：当需要上载时，上载1号系统的2台压缩机。F到G：当需要卸载时，卸载3号压缩机。G到A：需要卸载时，停止所有压缩机，回到状态A。其他3台恒温恒湿机组也全部改造完成，目前均运行工况良好。由于机组是恒温恒湿机，而且全年运行，需要同时制冷和除湿的时间比较长，故增加压缩机能量等级后机组的运行节能效果尤为明显，预计整机全年能节省35%以上。改造前后机组性能对比见表1（以回风工况设定干球温度t为22±1℃，相对湿度为55%±5%）。
5 结语
综上所述，该空调改造方案提高了主控室空调的温度控制稳定性，使得主控室内设备的运行始终处于良好的环境中，为电子设备的安全运行提供了保障，有利于核电站工作的开展，具有一定的推广意义。
参考文献：
[1]王志坤.节能空调制冷系统分析[J].黑龙江科技信息.2014（18）
[2]李海博.中央空调系统节能分析[J].门窗.2014（09）
论文作者:黄臣
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/25
标签：压缩机论文; 机组论文; 工况论文; 相对湿度论文; 温度论文; 系统论文; 温湿度论文; 《基层建设》2017年4期论文;