1、运营支出减少30% 完全掌控深入了解工业制冷面临的挑战，并了解如何利用格兰富 ISOLUTIONS 尽可能提高效率工业制冷白皮书智能掌控工业制冷节能高达70% 简介：冷却和制冷以种种形式存在于各种工业生产或加工设备之中。工业冷制的目的在于冷却和去除焊接和注射成型机等工业机器的热量，以及乳制品、化学和发酵等工业加工过程中产生的热量。目录工业制冷简介 .2冷却塔 .2干式冷却器 .3蒸发式冷却塔 .4蒸发冷凝器 .4闭环冷却塔 .4开环冷却塔 .4工业制冷 .4工业冷水机 .5冷却缓冲系统 .5冷却水输送 .6目的：制冷对多种加工过程和行业而言都不可或缺，这也意味着制冷行业的范围非常广泛和分散，因

2、而不可能存在万全之策。由于泵在工业制冷系统中扮演着重要角色，因此本文将概述泵对性能产生影响的典型方面以及格兰富变速泵的优势。GRUNDFOS iSOLUTIONSA SMART SOLUTION FOR YOU 1 目录 工业制冷简介 . 2 工业冷却过程 . 2 冷却塔 . 3 干式冷却器 . 4 蒸发式冷却塔 . 5 蒸发式冷凝器 . 5 封闭式冷却塔 . 5 开放式冷却塔 . 5 工业冷水机 . 6 冷却缓冲系统 . 7 自然冷却 . 8 换热器 . 9 冷却剂/乙二醇 . 11 水质 . 12 控制技术 . 12 MEG/CUE 功能 . 13 2 工业制冷简介 工业冷却系统用于去除机

3、器或加工过程中产生的热量，从而实现安全和最佳运行。 冷却和/或制冷以种种形式存在于各种工业生产或加工设备之中。工业冷却的目的在于冷却和去除焊接和注射成型机等工业机器的热量，以及乳制品、化学和发酵等工业加工过程中产生的热量。 制冷对多种加工过程和行业而言都不可或缺，这也意味着制冷行业的范围非常广泛和分散，因而不可能存在万全之策。由于泵在工业制冷系统中扮演着重要角色，因此本文将概述泵对性能产生影响的典型方面以及格兰富变速泵的优势。 工业冷却过程 安装在工业冷却系统中的大多数泵都用来实现水循环，让水能够流经冷却系统的各个处理步骤。下图是一个典型的工业冷却系统。 右侧是主循环系统。主循环系统用于实现冷

4、却系统的冷水循环，带走加工过程或机器中产生的热量，并将冷水输送回冷却设备。 主循环泵是普通大型泵，需要持续运行，因此应对其进行妥善控制。其中最有效的控制方式是压差或比例压差控制，能够让泵仅输送系统中所需的水量。 接下来是冷水机泵。冷水机泵用于在缓冲罐和冷水机的冷端之间实现水循环。此处可以优化缓冲罐的使用，并通过冷水机发送泵的启动和停止信号。这样，当冷水机不运转时，将不再进行水循环，从而消除了相应的能源浪费。 冷凝器泵将热量从冷水机传递到冷却塔。可通过温度信号或冷水机控制信号进行控制，当冷凝器水温较低时，启动速度可能会较慢。 子系统冷却 主系统 生产、建筑等 子系统冷却 主系统 生产、建筑等 3

5、 最后一步是冷却塔。在本示例中，我们采用的是封闭式蒸发冷却塔，通过蒸发水带走系统中的热量。可根据冷凝器水温控制冷却塔的水循环，并尽可能地启动/停止冷却塔风扇。 冷却塔 冷却塔是一种排热装置，借助环境空气将废热排放到大气中，从而将水冷却到较低温度。冷却塔借助两种方式实现冷却：一种是通过水蒸发（蒸发式冷却塔）来带走加工过程中产生的热量，并将工作流体冷却至接近湿球温度；一种是通过环境空气（干式冷却塔）进行，仅依靠空气将工作流体冷却至接近干球温度。 常见的冷却塔应用包括冷却多种环境的循环用水，其中包括炼油厂、石化和其他化工厂、热电站、工业冷却、加工过程冷却和用于冷却建筑物的暖通空调系统。分类基于进入塔

6、内的空气的类型以及水是否在塔中蒸发。 冷却塔 4 不同类型的冷却塔：不同类型的冷却塔： 干式冷却器 蒸发式冷却塔 o 封闭式 o 开放式 o 冷凝器 干式冷却器 干式冷却器既可用作自然冷却器，也可用于冷却制冷系统中的冷凝器。 干式冷却器通常采用两种设计：平板式和 V 形。两种设计具有相同的功能。在平板式设计中，床架带有一个由管路和翅片构成的冷却盘管。在 V 形设计中，盘管位于干式冷却器的 V 形侧。在大多数情况下，干式冷却器由专用风扇控制器控制，泵以固定流量运行。MPC 可以轻松控制干式冷却器中的风扇，但这并不是一种经济有效的方式。 5 在将干式冷却器用作冷凝器时，通常的做法是使冷凝器保持恒定

7、的流量和尽可能低的温度。在将干式冷却器作为自然冷却器运行时，如果不需要风扇冷却，泵可以在低负载情况下接管温度控制。 一些 V 形干式冷却器具有单独的绝热系统，为各个侧面加装了水蒸发系统。绝热系统具有相对较小的水流，通过将水喷射在盘管上或者让水流经具有填充材料的面板，为水提供更大的表面以便蒸发。格兰富 MAGNA 和 UP 在此处均可使用 - 例如，MAGNA 3 可以在温度足够低而不使用绝热系统时进行启动/停止控制。 蒸发式冷却塔 蒸发式冷却塔是工业冷却领域最常用的设备种类之一。该主题涉及广泛的内容，此处无法一一介绍，但就本质而言，尽管构建形式多样，但都跳不出三大类型范围。冷却塔中实现水循环的

8、泵称为喷射泵或循环泵。这种泵的最佳控制形式为启动/停止控制。 蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器与封闭式冷却塔非常相似。冷凝器盘管位于塔内，因此可以使用相对较小的水泵 (TP/NB) 对水进行循环。冷却塔中实现水循环的泵称为喷射泵或循环泵。要想实现正确分配，泵必须为喷嘴提供必要的压力。塔内的温度由风扇进行控制。 封闭式冷却塔 顾名思义，封闭式冷却塔将加工过程/冷却水作为封闭系统。冷却塔通常使用较小的泵 (TP/NB) 循环塔内的水，同时使用较大的泵（NB/E、NK/E、TP/E）循环加工过程/冷却水。冷却塔中实现水循环的泵称为喷射泵或循环泵。较小的冷却塔泵应在固定压力下运行，以便喷嘴能够在塔中进行适当

9、的喷射。对于较大的系统泵，控制模式依系统而定 - 大型系统往往都拥有多个相关部件，因此适合采用压力控制系统。喷射泵的最佳控制形式为启动/停止控制 开放式冷却塔 在开放式冷却塔中，加工过程/冷却水被分配并喷射到塔中，然后返回到冷却过程中。泵的控制方式取决于塔所冷却的系统。 6 工业冷水机 工业冷水机根据其冷却目的，可以用作冷却加工过程用水、大型暖通空调系统和工业设施的制冷系统。冷水机通过蒸汽压缩或吸收循环实现冷却。从设备冷却到加工过程冷却，冷却水具有多种应用。工业冷水机由制冷剂限定并且一起构建在单一框架上，例如，压缩机、蒸发器、冷凝器、贮液器。 工工业业冷水机的类型冷水机的类型 以冷能 BTU

10、或冷却量 kW 来定义冷水机的额定值。冷水机有三种主要类型：空气冷水机、水流冷水机和蒸发冷凝式冷水机。工业冷水机根据所采用的技术划分为四类：往复式、离心式、螺杆式和吸收式冷水机。前三种类型用于机械式冷水机，由电动机驱动。吸收式冷水机由蒸汽等热源提供动力，并且不使用运动部件。 工工业业冷水机组件冷水机组件 在机械压缩循环中，制冷剂需通过四个基本组件：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀。冷水机中的蒸发器在低于冷凝器的压力和温度下运行。 工工业业冷水机中的蒸发器冷水机中的蒸发器 壳管式蒸发器：常规配置包括流过管路侧的制冷剂和流过装置壳体侧的加工过程流体。这种类型的蒸发器具有比钎焊板技术更低的压降，并且具

11、有更大的容量。 冷水机 PR P E 7 钎焊板式蒸发器：该技术的优点是效率更高、成本更低，支持从吨级以下到更低容量的应用。 半焊接的换热器同样具有高效率，也可用于大容量应用中。 工工业业冷水机的压缩机类型冷水机的压缩机类型 往复式压缩机：活塞由曲轴驱动，用于在非常高的压力下输送少量制冷剂。往复式压缩机通常是半封闭式压缩机，这意味着可对其进行维修。 离心式压缩机：与往复式压缩机相比，其运动部件更少。属于节能式压缩机，可提供比类似尺寸的往复式压缩机更高的制冷剂流量。离心式压缩机更适用于大容量但低压的应用，例如使用通风风扇、冷却装置和空气推进器的应用。 离心式压缩机通过向空气团施加离心力来实现压缩

12、。 螺杆式压缩机：包含两个螺杆（公螺杆和母螺杆），共同装配在稳固放置的外壳中。 当转子旋转时，通过直接减小两个转子之间的体积来压缩气体。此类压缩机也是半密封压缩机。通过在螺杆式压缩机上使用 VFD，可获得与其他压缩机类型相类似的效率。 工工业业冷水机的位置冷水机的位置 大型工业冷水机通常位于机房中，将冷水循环到工厂中或靠近冷却的加工过程的位置。根据冷水机和压缩机的尺寸，一些工业冷水机可以直接位于加工过程旁边。其他冷水机甚至可以完全放置在室外。 冷却缓冲系统 缓冲罐是一种可以在冷却系统的冷端使用的储罐。该系统可以是传统制冷/冷水机系统的冷端，或者是仅需要使用冷却塔进行冷却的自然冷却系统。 当冷却

13、负载存在波动时，通常会用到缓冲罐。在此类应用中，缓冲罐可以发挥存储作用，能够缓解峰值负载，或在需求量激增时补足超出的冷却系统容量。 当冷却系统启动时，与连续运行相比，会增加冷却压缩机的能耗和磨损。缓冲罐非常适合冷却负载较小的情况，可有效减少启动次数，从而能够降低磨损和能耗。 在大型工厂中，可根据不同液位使用多个泵。缓冲罐也用于积累冷却量，缓冲罐的尺寸从小型罐到巨大型罐不等。泵可以是单级泵或多级泵。泵的尺寸从大型 NB/NK 主泵到小型 UPS 泵（应用于最小的冷却回路中）不等。 8 自然冷却 冷却行业越来越关注节能，“自然冷却”的方法正变得越来越流行。 自然冷却指借助外部的低温水或低温空气对水

14、进行冷却的一种经济型冷却方法，冷却后的水可用于工业过程中。冷却水可以立即使用，也可进行短期或长期储存以供日后使用。当有外部低温水可用，或室外温度低于机械/过程冷却温度时，系统可将外部水/空气作为自然冷却源。通过这种方式，该系统可取代传统制冷系统中的冷水机，同时又能实现相同的冷却效果。此类系统可用于生产设施或区域冷却。 通通过过空气实现自然冷却空气实现自然冷却 当环境空气温度下降到设定温度时，可通过 MEG 或 MPC 控制调节阀，将全部或部分冷却水绕过现有冷水机并流经自然冷却系统。如此可降低功耗，并且使用较低的环境空气温度来冷却系统中的水。 可以通过使用现有的干式冷却器，或通过安装新的干式冷却

15、器或冷却塔来实现。自然冷却可作为现有冷水机的辅助或直接与干式冷水机结合使用。在低环境温度下，设备可绕过现有的冷水机，在不影响冷却要求的情况下节省高达 75% 的能源。 通通过过水实现自然冷却水实现自然冷却 当外部水源（河流、湖泊或海洋）的温度低于所需的冷却温度时，可以将其引入冷却系统或绕过现有的冷却系统。必须通过换热器将外部水源与冷却系统隔离，从而避免水源污染，或将固体和生物污染引入冷却系统。基于水资源的自然冷却系统的优点是温度几乎不会受到季节变化的影响。但需要注意的是，在使用外部水源时，会存在一定的环境限制。 方法方法 冷却塔中的水可直接流入冷却水回路。对于开放式冷却塔，需要借助过滤器消除可

16、能在塔内积聚的任何碎屑。这种方法可降低冷水机能耗，因此能够节省成本，但会增加腐蚀风险。 换热器还可以将热量直接从冷却水回路传递到冷却塔回路。交换器能够将冷却塔中的水与流过冷却盘管的冷却剂保持隔离。因此可预先冷却冷水机中的水。冷水机负荷的降低可节约能源，这意味着可实现更低的能耗。 9 通通过过空气实现自然冷却的季节性运行空气实现自然冷却的季节性运行 环境温度高 当过程回水温度等于或低于环境空气温度时，不适宜进行自然冷却。系统的三通阀将绕过自然冷却换热器并引导流体流过冷水机，从而将其冷却到所需的设定温度。 季节中期运行 在季节中期运行中，水流部分由压缩机冷却，部分由环境温度冷却。自然冷却在季节中期

17、运行中所占的百分比取决于季节性温度，但是当环境空气温度低于过程回水温度 1C (1.5-2) 时，可部分启动自然冷却。部分水流通过自然冷水机进行冷却，然后流过冷水机以达到所需的设定温度。 冬季运行 在冬季，当室外温度足够低时，可完全通过自然冷却盘管对水进行冷却。此时冷水机压缩机可停止运行，因此能够实现大幅节能。冬季运行中唯一需要用电的地方是风扇运行。当环境空气温度低于过程供水温度 3-5C 时，即可采用此冷却形式。 局限性局限性 一旦环境空气温度降至 0C 以下，就会发生冻结。另外一个限制因素是换热器上的温差。当换热器具有非常低的温差时，出于经济上的考虑，将不再具有实际使用价值。考虑到换热器的

18、经济性，自然冷却水温不应低于 2.5 C 左右。当使用开/关阀在自然冷却和冷水机运行之间切换时，应尽量避免在短时间内过于频繁地进行切换。冷水机的启动/停止将会消耗过多的能量并导致严重磨损。如果冷水机一次闲置数月，建议对冷水机执行转向程序。 换热器 换热器用于在两种或更多种流体之间传递热量。换句话说，换热器既可应用于冷却过程，也可应用于加热过程。流体通过板材实现分离，以防止冷却水和过程水混合。换热器有着广泛的应用，例如可用于空间供暖、制冷、空调、发电厂、化工厂、石化厂、炼油厂、天然气处理和污水处理。制冷系统是换热器的一个典型应用。在此应用中，蒸发器通常用来实现过程液和制冷剂之间的换热，从而将热量

19、从过程端传递到制冷端。 “板式换热器”和“壳管式换热器”是工业制冷中最常见的两种换热器 10 壳管式换热器由一系列管路组成。其中一组管路用于容纳需要冷却的流体。第二种流体流经正在冷却的管路之上，借此来吸收所需的热量。壳管式换热器通常用于压力大于 30 bar 的高压应用中。这是因为壳管式换热器具有坚固的形状。 另一种类型的换热器是板式换热器。这种换热器由许多略微分开的板材组成，这些板材具有非常大的表面积和用于传热的小流体流动通道。垫片和钎焊技术的进步使得板式换热器越来越实用。其中一种大型换热器称为板框式换热器。当在开放式系统中使用时，通常选用垫片型换热器，因为方便进行定期拆卸、清洁和检查。还有

20、很多种永久粘合板式换热器，例如浸焊、真空钎焊和焊接板型换热器，它们通常被指定用于制冷等封闭式应用中。板式换热器所使用的板材类型以及板材构造又各不相同。一些板材可以印上“人字纹”、做出凹痕或具有其他图案，而其他板材则可以通过机加工做出翅片和/或凹槽。 与壳管式换热器相比，叠板式布置通常具有较低的体积和成本，这是第一个区别。第二个区别是，板式换热器通常用于低压到中压流体，而壳管式换热器则适用于中压和高压流体。第三个重要的区别是板式换热器更多地采用逆流而不是叉流，这种设计形式支持较低的温差和高温变化，并具有更高的效率。 流动布置 逆流 (A) 和并行 (B) 流动 根据流动布置，换热器主要可分为三种

21、类型。在并行流动换热器中，两种流体从同一端进入交换器，并且彼此并行地流动到另一端。在逆流换热器中，流体从相对的两端进入交换器。逆流设计最为高效，由于沿任何单位长度的平均温差更高，因此每单位质量的热（传递）介质能够传递最多的热量。在叉流换热器中，流体彼此以大致垂直的方式通过交换器。 11 冷却剂/乙二醇 如果液体系统的管道和设备安装在可能发生冻结的室外，或者当过程所需温度达到冻结（或更低）温度时，必须使用防冻冷却剂乙二醇。 但是，不得将乙二醇用于蒸发式冷却塔中。来自过程/冷凝器的热量可令冷却塔免于冻结，因此建议在停止时使用加热元件。 流体的密度和粘度会随着乙二醇的类型和浓度发生显著变化。最常见的

22、是乙烯和丙烯。丙二醇用于食品和饮料。在泵送距离较长（例如冰场）的情况下，会更多地采用将水与氨相混合的方式。水氨混合物具有腐蚀性。 水和乙二醇水和乙二醇 冰点 华氏度 摄氏度 乙二醇溶液（体积百分比） 温度（摄氏度、华氏度） 12 水质 水质对冷却性能存在重要影响。水质差可能会导致腐蚀或结垢，从而破坏冷却设备或使其性能下降。 下表为标准水质建议 - 如果供应商给出相关建议，应务必遵循。 水质建议 值 单位 外观 清澈，无沉积物 颜色 无色 气味 无味 20C 时的 pH 值 7.5 - 9.0 导电率 LF 220 mS/m 土壤碱性 Ca2+、Mg2+ 0.5 Mol/m3 总硬度 GH 20

23、 d 无稳定剂时的碳酸盐硬度 KH 4 d 氯化物 Cl 150 g/m3 硫 SO4 325 g/m3 活性生物成分 KBE 10,000 /ml 控制技术 为了确保冷却过程的正常运行、成本效益和安全性，必须安装 自动化和监控设备。自动控制的复杂性在很大程度上取决于系统的规模和安装位置。最重要的控制任务： 冷端冷端 蒸发器压力控制 压缩机容量控制 流量控制 热热端端 冷凝器压力控制 干式冷却器或冷却塔循环 干式冷却器或冷却塔风扇速度 其他其他 13 在系统中正确分配制冷剂 控制次级制冷剂（水或空气）流向冷凝器 如果次级侧是空气，则需要对蒸发器除霜 监控设备（压力等） 保护电动机 MEG/CUE 功能 使用格兰富 iSOLUTIONS 时，有效性、连通性和功能性是最重要的因素。 以下是各产品系列中最常见的控制模式。 控制模式控制模式 TPE3 (D) TPE2 (D) NBE/NKE TPE (D) 2000 系系列列 CRE、CRIE、CRNE、SPKE、MTRE、CME CUE 自适应 X 流量适应 X 比例压力 X X X 恒定压力 X X X 恒定温度 X X X X 恒定压差 X X X X X 恒定温差 X X X 恒定流速 X X X 恒定水位 X X X 其他恒定值 X X X X 恒定曲线 X X X X