PLC在膠球清洗裝置+冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置中的應(yīng)用

冷木機(jī)組定這行過程中由于水所較差和管理不莒等說因必然在冷艇器冷卻水側(cè)產(chǎn)生污垢，其引起機(jī)組壓縮機(jī)功耗増加，開發(fā)了冷凝器膠球自動(dòng)在線清洗裝置.該膠球清洗裝置根據(jù)不同的水質(zhì)條件和機(jī)組運(yùn)行要求，可靈活控制清洗過程，在線顯示污垢熱阻.并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制.達(dá)到節(jié)能目的。

據(jù)調(diào)査，90%以上的換熱器都存在不同程度的污垢問題。換熱器在實(shí)際運(yùn)行過程中不可避免要產(chǎn)生污垢熱阻，并且污垢熱阻的形成過程受換熱器的幾何參數(shù)、換熱條件、換熱器管內(nèi)流體的物性參數(shù)以及流體水質(zhì)等因素的影響。在對換熱器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)往往都是參照一定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來選取污垢熱阻，為達(dá)到設(shè)計(jì)要求，必須增加一定的冗余面積，以彌補(bǔ)因污垢熱阻而導(dǎo)致傳熱能力的降低，這使得換熱器的成本和占地面積增加。同時(shí)，由于污垢的存在，造成了大量能量的浪費(fèi)。為盡量減少因污垢所帶來的經(jīng)濟(jì)損失，通常要求在不停機(jī)的情況下對換熱器進(jìn)行清洗以維持換熱管很好的清潔狀態(tài)，并對清洗過程進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制，降低生產(chǎn)成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛可編程邏輯控制器PLC的廣泛應(yīng)用使得工業(yè)控制過程更準(zhǔn)確、可靠，系統(tǒng)更容易維護(hù)。PLC已成為很多中央空調(diào)機(jī)組的控制核心，并逐步完善，PLC在電廠凝汽器和冷水機(jī)組膠球清洗裝置自動(dòng)控制方面的應(yīng)用也具有廣泛的前景.

2冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置工作原理及分析

2.1.3冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置的工作原理

冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置以PLC為控制核心，以Microwin3.1（32位）為編程軟件，根據(jù)用戶的控制要求，編寫了計(jì)算污垢熱阻和控制清洗過程的邏輯控制程序，將已編好的程序下載到PLC中去，PLC將按照預(yù)定程序完成計(jì)算和控制任務(wù)。

由觸摸屏輸入清洗裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，就可以控制膠球清洗裝置的清洗過程。清洗過程中，污垢熱阻的歷史數(shù)據(jù)以及清洗裝置的工作狀態(tài)都實(shí)時(shí)反映在觸摸屏上，實(shí)現(xiàn)清洗過程的自動(dòng)化控制和監(jiān)視，減少運(yùn)行成本。冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置的工作原理如圖1所示。

圖1 冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置工作原理圖

2.2PLC計(jì)算污垢熱阻

冷水機(jī)組冷凝器的換熱管一般都采用肋管，肋管的污垢熱阻可以表示為：

Rf=(一+—+—) (1)

其中：Rf 污垢熱阻，m2*K/W；

K——冷凝器總傳熱系數(shù)，W/(m2-K)；

孔——肋管水側(cè)對流換熱系數(shù)，W/(m2-K)；

j—肋管外側(cè)制冷劑的凝結(jié)換熱系數(shù)，W/(m2-K)；

AifA。，A——分別為換熱管內(nèi)表面積、外表面積和平均面積，m2；

今 換熱管壁厚，m；

&——換熱管導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m-K)o

利用PLC的邏輯運(yùn)算功能，根據(jù)梯形圖的編程原理在Microwin3.1環(huán)境下編寫計(jì)算公式和邏輯關(guān)系的控制程序。由觸摸屏(人機(jī)界面)輸入冷凝器換熱管的幾何參數(shù)、冷卻水的進(jìn)出口溫度、冷卻水流量、冷凝溫度及制冷劑的物性參數(shù)，PLC就可以根據(jù)式(1)求得冷凝器的污垢熱阻Rf。

3冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置

開式循環(huán)的冷凝器一般選用河水、江水或海水作為冷卻水，其較容易產(chǎn)生污垢。閉式循環(huán)的冷凝器一般采用自來水作為循環(huán)冷卻水，由于冷卻水蒸發(fā)量大，長期運(yùn)行而不進(jìn)行換熱管清洗和水質(zhì)處理，冷卻水中的微塵顆粒和微生物的濃度會(huì)不斷增加而產(chǎn)生污垢。冷凝器自動(dòng)在線膠球清洗裝置能夠定期對冷水機(jī)組進(jìn)行清洗，有效地將冷水機(jī)組維持在設(shè)計(jì)工況以滿足實(shí)際運(yùn)行要求，減少壓縮機(jī)的電耗。

3.1膠球清洗裝置硬件構(gòu)成

冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置由發(fā)球機(jī)、回收水泵、控制系統(tǒng)、收球機(jī)、膠球和系統(tǒng)閥件等五部分組成�？刂葡到y(tǒng)由西門子s7-200型PLC、MT500型觸摸屏和電氣元件等組成。收球機(jī)是根據(jù)特殊的水力原理設(shè)計(jì)的，壓降小，安裝于冷凝器的出水口處，能夠收集冷凝器出口的海綿膠球?yàn)橄乱淮窝�環(huán)清洗工作做準(zhǔn)備。海綿膠球采用海綿、橡膠等特殊成分，塑性極好，按一定的配方制成，其密度與水的密度相當(dāng)，使其進(jìn)入管中如流體般流動(dòng)，以清洗管路、管壁表面的污垢和微生物細(xì)菌膜，且不會(huì)在管程中造成滯留和阻塞現(xiàn)象。

3.2膠球清洗裝置工作原理

膠球由發(fā)球機(jī)輸送到冷凝器換熱管，在水流的作用下，與換熱管內(nèi)壁面不斷的摩擦和碰撞以清洗管壁污垢，當(dāng)膠球完成管程的清洗工作后匯集到冷凝器出口，由收球機(jī)回收以循環(huán)利用。該裝置根據(jù)水質(zhì)、主機(jī)的規(guī)格型號(hào)、運(yùn)行工況、裝機(jī)時(shí)間等因素可在人機(jī)界面內(nèi)設(shè)定進(jìn)水閥、出水閥、發(fā)球閥、收球閥和輸水閥的開閉時(shí)間、泵啟停時(shí)間及清洗頻率等運(yùn)行參數(shù)。由PLC來執(zhí)行運(yùn)行指令以控制清洗裝置自動(dòng)對冷凝器進(jìn)行清洗。在清洗過程中，可以直接在觸摸屏上輸入冷卻水的進(jìn)出口溫度、冷卻水流量和冷凝溫度等狀態(tài)參數(shù)，PLC根據(jù)輸入的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到該工作狀態(tài)下的污垢熱阻，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，其工作流程如圖2所示。

圖2 膠球清洗裝置工作流程圖

 4冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置的功能

4.1自動(dòng)控制清洗過程

通過觸摸屏(人機(jī)界面)可以對控制系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場控制、參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)顯示，按設(shè)定程序和生產(chǎn)要求自動(dòng)控制清洗過程。以觸摸屏作為操作面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面變得更整潔。該裝置能夠在線顯示冷凝器的污垢熱阻、歷史趨勢和清洗狀態(tài)，并能對進(jìn)水、出水、發(fā)球、回水、收球、輸水工況的動(dòng)作時(shí)間和工作時(shí)段進(jìn)行設(shè)置和監(jiān)控。對適用于冷卻水閉式循環(huán)冷水機(jī)組的清洗裝置，還帶有自動(dòng)化學(xué)加藥和水質(zhì)監(jiān)測報(bào)警的功能，可以減少化學(xué)藥劑的使用量，降低環(huán)境污染。

4.2PLC實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性分析

我國2001年發(fā)布的《蒸汽壓縮循環(huán)冷水(熱泵)機(jī)組工商業(yè)用和類似用途的冷水(熱泵)機(jī)組》的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18430.1-2001中規(guī)定了機(jī)組名義工況時(shí)的冷卻水側(cè)污垢熱阻為0.86xl0』W/(m2・K)[71o各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的污垢熱阻都不一樣，其對能耗的要求也不一樣.為滿足生長要求，換熱設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)選的污垢熱阻值都比較大，由于冷水機(jī)組運(yùn)行管理不善，大部分冷水機(jī)組冷凝器的污垢熱阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致了很大的經(jīng)濟(jì)損失。

現(xiàn)利用該膠球清洗裝置的核心部件PLC冷水機(jī)組為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，冷水機(jī)組運(yùn)行按4000血年、電價(jià)0.5元/kW*h進(jìn)行計(jì)算。在人機(jī)界面輸入電價(jià)等相關(guān)參數(shù)之后，經(jīng)PLC運(yùn)算分析知道該機(jī)組在運(yùn)行一年半之后，冷凝器污垢熱阻值髙達(dá)4.9乂10%2.K/W,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。在滿足同樣的制冷量的條件下，比設(shè)計(jì)工況要多耗電25萬元/年，并且冷凝器的傳熱效果惡化，難以滿足正常的生產(chǎn)要求。根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)測量和理論分析，利用PLC定量地分析污垢熱阻對該機(jī)組壓縮機(jī)年耗電量和總傳熱系數(shù)的影響，分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

圖3污垢熱阻與壓縮機(jī)耗電量的關(guān)系污垢熱阻

圖4污垢熱阻與總傳熱系數(shù)的關(guān)系

從以上分析結(jié)果知道，利用PLC的邏輯運(yùn)算功能，能對比分析不同的污垢熱阻對冷水機(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的影響，實(shí)時(shí)計(jì)算出不同污垢熱阻條件下壓縮機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用，為清洗裝置運(yùn)行工況的設(shè)定提供理論依據(jù)。根據(jù)PLC的經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果、水質(zhì)情況和生產(chǎn)要求，設(shè)定清洗周期，能夠?qū)⑽酃笩嶙杈S持在設(shè)計(jì)值或低于設(shè)計(jì)值的工作狀態(tài)，以滿足生產(chǎn)要求，達(dá)到節(jié)約能源的目的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用該膠球清洗裝置對冷水機(jī)組進(jìn)行在線清洗可節(jié)能降耗7%~15%,并且能夠消除腐蝕根源，延長列管使用壽命，減少換熱設(shè)備初投資，減少維護(hù)費(fèi)用，降低環(huán)境污染。

污垢熱阻的存在對冷水機(jī)組的運(yùn)行帶來很大影響。冷凝器冷卻水側(cè)污垢熱阻越大，則在同樣制冷量的條件下，壓縮機(jī)的功耗就越大，導(dǎo)致了很大的經(jīng)濟(jì)損失。以Microwin3.1(32位)編程軟件，編寫了污垢熱阻計(jì)算程序和清洗裝置控制程序，實(shí)現(xiàn)冷凝器自動(dòng)在線清洗裝置的自動(dòng)化控制。以人機(jī)界面(觸摸屏)作為現(xiàn)場控制面板，完全取代常規(guī)的開關(guān)按鈕、指示燈等器件，使控制柜面變得更整潔。在線顯示污垢熱阻變化趨勢，并根據(jù)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，為冷凝器自動(dòng)在線膠球清洗裝置的運(yùn)行控制提供指導(dǎo)性意見。以PLC和觸摸屏為控制核心部件，開發(fā)的冷凝器膠球自動(dòng)在線膠球清洗裝置能夠根據(jù)不同水質(zhì)條件和生產(chǎn)要求，靈活地控制清洗裝置的清洗過程，維持冷凝器較高清潔度，節(jié)約能耗。