闭环自动控制在冷水机组系统节能改造中的应用

1项目需求背景

根据《药品生产质量管理规范》规定,中央空调是制药企业各种运行设备中的耗电大户之一,中央空调主要由两大部分组成:(1)冷水机组、冷冻水循环系统和冷却水循环系统:(2)通风系统。

本方案是通过对中央空调中冷水机组的循环冷却水系统加装闭环自动控制,使循环冷却水泵根据冷水机组的排气压力自动调节需要的冷却水流量:对冷却塔风扇加装温度控制装置,使冷却塔风扇根据冷却时的实时温度变化自动控制启停。通过上述方式,达到减少运行电量消耗,节约运行费用的目的。

中央空调系统在实际运行过程中,受到净化厂房内部热负荷变化和环境温度的影响,为保证净化厂房内的制造室温度稳定,系统需要消耗的冷量也在不断发生变化,运行中的冷水机组的运行负荷也随之不断发生着变化。冷水机组可以根据净化厂房内的热负载变化和环境温度变化加载或减载,但冷却水泵却不能随着冷水机组排气压力的变化及时做出相应调节,这样在运行过程中就产生了无谓的电能浪费。特别是在净化厂房内冷气需求量较少的情况下,冷水机组实际运行的负荷就更低了,但冷却水泵却不能及时通过降低运行转速而减少所需要的流量,这样就使得冷却水循环系统长期处于"大流量小温差"的运行工况,造成实际需要的冷却水流量与冷却水泵的最大输出功率输出之间的矛盾,导致使用单位大量电能的无谓消耗,增加了企业的运营成本。所以,进行净化厂房空调冷却水系统闭环自动控制改造的方案是可行的也是必要的,可以节约大量的运行费用。

中央空调闭环自动控制系统的技术原理,就是通过自动控制系统,利用信号反馈,使中央空调的三个组成系统一冷水机组、冷冻水循环系统和冷却水循环系统进行优化、协调和联动运行。

(1)当热负荷发生变化时,通过安装在冷却水管道上的温度变送器的反馈,自动调整冷却水泵的转速,节约冷却水泵的能量消耗。

(2)根据循环冷却水系统的温度自动启停冷却塔风扇,达到节约风扇运行电耗的目的。

通过调整冷却水泵和冷却塔风扇,始终使冷水机组在额定工况下运行,机组的运行效率最高,运行时间缩短,待机时间延长,可以节约冷水机组的运行电力消耗。

2项目的主要意义

(1)利用闭环控制,可以节约大量的电力能源。

(2)可以有效延长水泵、阀门和管道的使用寿命。

(3)可以延长冷水机组的运行寿命。

3考核指标

2018年,结合一期活疫苗车间改造,公司直接为中央空调的冷水机组和循环冷却水泵做了正反馈联锁装置(冷却塔风机进行温控没有完成)。经过将近一年的运行,系统比较稳定,不仅达到了节约用电的目标,同时也保证了冷水机组始终在额定最佳工况下运行。

冷水机组在两种运行模式下耗电量的对比如表1所示。

4计划目标

采用人工不断根据负载变化去调节变频器频率,费工又费时,所以对冷却水泵和冷却塔风机实现智能节能改造,既可以为企业节省成本,又提高了维护人员工作效率。在一期活疫苗车间改造成功应用的基础上,下一步公司将对二期动力站冷水机组的冷却水循环系统进行节能改造,将要改造的二期冷水机组设备情况如表2所示。

5具体设计

(1)采用西门子PLC,扩展模拟量输出模块和模拟量采集模块,HMI触摸屏实现数据显示和参数设置。

(2)根据冷却水设置的目标温度PV,PID运算输出0~20mA模拟量控制冷却水泵变频器运行频率,采集冷却水出口温度作为过程值sV。触摸屏选择开启的冷水机,自动对应开几台冷却水泵,可以实现开启的冷水机自动采集该机组出水口冷却水温度进行冷却水泵频率无极控制,实现节能。在此期间如果一台冷却水泵变频器发出过载信号,则停运该泵,启动另外一台没有启动的冷却水泵实现无值班工作切换。

(3)冷却塔风机采用并联式,根据冷却水温度分段实现冷却塔风机启停。

采用以上这种控制方式实现冷却水系统节能,改造后与改造前节能对比效果十分明显,优化改造方案可以节能10%~20%,这样就大大降低了企业的成本支出,同时还可提高人员的工作效率。

6结语

通过把冷水机组和冷却循环水泵组成正反馈联锁系统,可以节约大量的电费,同时由于机组始终在额定工况下运行,减少了机组发生故障的概率,有效延长了机组的使用寿命。在大力提倡节能降耗的今天,该改造方案具有一定的社会意义,值得大力推广。