首都國際機(jī)場制冷站設(shè)計剖析

1、    首都國際機(jī)場制冷站設(shè)計剖析     簡介：本文分析了電制冷，溴化鋰制冷的特點(diǎn)以及首都國際機(jī)場的供熱供冷情況，確定了最佳的制冷方案。并結(jié)合用冷單位具體情況，考慮到安裝調(diào)試方便與運(yùn)行安全可靠。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)內(nèi)容。關(guān)鍵字：國際機(jī)場 機(jī)場 制冷站 機(jī)房一、概述北京首都國際機(jī)場制冷站是機(jī)場航站區(qū)擴(kuò)建工程的重要配套項(xiàng)目。制冷站位于首都機(jī)場境內(nèi)，北接機(jī)場滑行道，西鄰老候機(jī)樓，東靠機(jī)務(wù)辦公樓和維修機(jī)庫，位置顯要。其占地面積2898平方米；建筑面積6672平方米，由主廠房和附樓組成。主廠房跨度33米，總長度81米，地上高度2

2、3米。地下一層為水泵間和配電間，地上一層為主機(jī)房，頂層安裝了組合式冷卻塔。附樓為四層建筑，地上三層，地下一層。分別設(shè)置了車庫，食堂，辦公用房以及維修間，金屬零備件庫等。制冷站設(shè)計的總產(chǎn)冷量為68250KW（5250KW機(jī)組13臺），供應(yīng)新老候機(jī)樓，新老食品公司，賓館，華北局空調(diào)系統(tǒng)之冷凍水。蒸汽總消耗量為85.8t/h(P=0.8MPa)，總安裝電功率：3302KW之多。冷卻水量17500t/h（進(jìn)水32；出水38）。這個制冷站規(guī)模之大在國內(nèi)乃至亞洲都是前所未有的，它又處于特定的地理位置，要求在總體設(shè)計，設(shè)備選型，設(shè)備選型，自動控制，工藝布置，環(huán)境保護(hù)等方面秘須達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，爭取趕上國際先

3、進(jìn)水平。二、制冷方式確定人工制冷方式的種類繁多，形式各異。制冷所用的能源也各有不同，有以電能為能源制冷的，如用氨，氟及其它工質(zhì)實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)的壓縮式制冷機(jī)；有以蒸汽為能源制冷的如蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)等；還有以其它熱能為能源制冷的，如熱水型溴化鋰制冷機(jī)，直接燃燒油或天然氣的溴化鋰制冷機(jī)以及太陽能吸收式制冷機(jī)等。目前我國廣泛使用的制冷方式，為壓縮式制冷機(jī)，有活塞式，離心式，螺桿式制冷機(jī)；吸收式制冷機(jī)有溴化鋰吸收式制冷機(jī)?？照{(diào)工程常用的壓縮式制冷機(jī)，無論是活塞式、離心式還是螺桿式冷水機(jī)組，制冷原理均為制冷壓縮機(jī)將蒸發(fā)器內(nèi)的低壓，低溫的氣工質(zhì)（氨或氟里昂）吸入壓縮機(jī)本內(nèi)，經(jīng)過壓縮機(jī)的壓縮作功，使之成

4、為壓力和溫度都較高的氣體排入冷凝器。在冷凝器內(nèi)，高壓高溫的制冷劑氣體與冷卻水或空氣進(jìn)行熱交換，把熱量傳給冷卻水（水冷方式）或空氣（風(fēng)冷方式），結(jié)果氣態(tài)工質(zhì)凝結(jié)為液體。高壓淮體再經(jīng)節(jié)流閥降壓后進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，低壓制冷劑液體汽體，而汽化時必須吸取周圍介質(zhì)（如冷媒水）的熱量，從而使冷媒水降低了溫度，這就是所需制取的低溫冷水。蒸發(fā)器中汽化形成的低壓低溫的氣體又被制冷壓縮機(jī)吸入壓縮，這樣周而復(fù)始，不斷循環(huán)，連續(xù)制出冷水。溴化鋰吸收式制冷，同蒸氣壓縮制冷原理相同，也是利用液態(tài)制冷劑在低溫，低壓條件下，蒸發(fā)，汽化吸收載冷劑的熱負(fù)荷，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。不同的是，溴化鋰吸收式制冷是利用“溴化鋰水”組成二元溶

5、液為工質(zhì)，來完成制冷循環(huán)的。其中水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑，具體過程分為二部分：第一部分，溴化鋰水溶液在發(fā)生器被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生出制冷劑蒸汽在冷凝器中被被冷凝為冷劑水。冷劑水經(jīng)U形管節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器泵在低壓條件下噴淋，冷劑水蒸發(fā)，吸收載冷劑的熱量，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。冷凝過程產(chǎn)生的凝結(jié)熱被冷卻水?dāng)y帶到制冷系統(tǒng)外。第二部分，發(fā)生器流出的濃溶液。中間濃度溶液被吸收器泵輸送并噴淋，吸收在蒸發(fā)器內(nèi)由冷劑水蒸發(fā)出來的冷劑蒸汽變?yōu)橄∪芤骸Ｏ∪芤河砂l(fā)生器泵輸送至發(fā)生器，重新被熱源加熱產(chǎn)生冷劑蒸汽再次形成濃溶液，進(jìn)入下一個循環(huán)期。制冷劑氨，對人體有刺激，并且易爆，在機(jī)場這個特定環(huán)境中是不可能使用的。而氟里

6、昂11，12無毒，無味沒有爆炸危險，而且熱穩(wěn)定性好；但氯氟烴物質(zhì)中氯離子破壞大氣臭氧層，使太陽部分有害紫外線直接照射在地球上，對人體的影響：將造成皮膚癌的增加；人眼睛易生白內(nèi)障，減弱人的免疫力。對地球表面的影響：整體地球溫室效應(yīng)增強(qiáng)，氣溫升高，南北極冰的熔化，將造成海平面上升陸地減少，大霧增多。對生物的影響：300種農(nóng)作物中的2/3將造成危害，特別是對薯類作物影響更大，臭氧層下降25%土豆產(chǎn)量下降20%；對海洋生物也有影響，如在20m內(nèi)水深活動的魚蝦等將有所減少。于是產(chǎn)生了世界性的禁氟活動即蒙物利爾協(xié)定書。1990年6月又在英國倫敦把確定的CFC限制使用時間表提前，發(fā)達(dá)國家2000年前不許使用

7、，發(fā)展中國家可再延長10年。近年來，隨著保護(hù)地球、保護(hù)人類的呼聲無CFC替代品的研究已經(jīng)有了很大的發(fā)展，新型無公害的替代品已得到應(yīng)用。溴化鋰吸收式制冷機(jī)自二十世紀(jì)三十年代問世以來，歷經(jīng)半個多世紀(jì)，在機(jī)組結(jié)構(gòu)，性能和型式各方面都有很大的變化和發(fā)展，而生產(chǎn)數(shù)量和應(yīng)用范圍更是突飛猛進(jìn)的擴(kuò)展。溴化鋰水溶液是由固體的溴化鋰溶質(zhì)溶解在水溶劑中而成。它是理想的吸收式制冷機(jī)的工質(zhì)，因?yàn)樵诔合?，水的沸點(diǎn)是100，而溴化鋰的沸點(diǎn)為1265，兩者相差甚大，因此，溶液沸騰時產(chǎn)生的蒸汽幾乎都是水的成分，很少帶有溴化鋰的成分，這樣就勿須進(jìn)行蒸餾就可以得到純冷劑蒸汽。水作為制冷劑有許多優(yōu)點(diǎn)：價格低廉，取之方便，汽化潛熱大

8、，無毒，無味，不燃燒，不爆炸等。壓縮制冷與吸收制冷除以上區(qū)別外還有一些區(qū)別現(xiàn)列表如下： 壓縮制冷 吸收制冷 設(shè) 備 比 較 體積 小 大 單臺制冷量 小 大 噪聲 大 小 維修量 大 小 單臺價格 小 高 制冷劑 比較 有無公害 有 無 使用期限 2010 無限制 整體 站房 一次性投資 小 大 運(yùn)行費(fèi)用 大 小 綜上所述兩種制冷方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，雖然吸收式制冷機(jī)體積較大，但壓縮制冷機(jī)單臺制冷量小，選用的臺數(shù)就要多于吸收機(jī)，就所占站房面積相差不多；況且近年來吸收機(jī)的發(fā)展使其體積已綜小了許多；吸收機(jī)機(jī)體內(nèi)無運(yùn)動部件，只由幾個換熱器和泵組成，其噪音低，維修量也大大低于壓縮機(jī)。另外雖然一次性投資吸收式

9、制冷機(jī)的費(fèi)用大一些，而其運(yùn)行費(fèi)比壓縮機(jī)少很多，兩者之和，吸收機(jī)費(fèi)用小于壓縮機(jī)。又因首都國際機(jī)場航站區(qū)集中供熱中心內(nèi)，共有燃油燃?xì)庹羝仩t（75t/h)九臺。冬季用蒸汽換熱水送往各用戶。而夏季蒸汽供應(yīng)很少，大部分設(shè)備閑置在那里。就機(jī)場制冷站特殊地理位置，以整體站房及現(xiàn)有蒸汽原的具體情況，采用蒸汽型雙效溴化鋰吸收式制冷方式。此方案除了制冷機(jī)，制冷劑本身優(yōu)點(diǎn)之外，還有利用環(huán)境保護(hù)，充分發(fā)揮鍋爐的使用效率。三、工藝布置設(shè)計首都國際機(jī)場制冷站工藝布置圖見附錄（一）。采用這樣的工藝布置理由如下：依照常規(guī)首都國際機(jī)場制冷站需占地一方平方米以上，而機(jī)場所能提供的建設(shè)用地只有8100平方米。為不影響指揮塔視線建

10、筑物限高24米。同時布置機(jī)房，泵房，冷卻塔及管道困難很大，施工中困難也很多。于是站房設(shè)計采取了多層布置，并附帶一個輔助樓，供辦公及生活之用。主機(jī)房地上一層為制冷機(jī)房，地下一層即半地下室為水泵房。這樣水泵噪音被控制在制冷站廠區(qū)內(nèi)。頂層布置冷卻塔，最高點(diǎn)距離地面23米?？傉嫉孛娣e2898平方米。在工藝布置設(shè)計中最為困難的是管道的布置，站內(nèi)流程中最粗的管道直徑有1200mm，多數(shù)管道直徑在350-1000mm之間。并且錯綜復(fù)地排列與聯(lián)接在一起，如果采用單獨(dú)支吊架形式安裝，那么泵房和主機(jī)房內(nèi)縱橫的管道與參差不齊的支架交織在一起，必然雜亂無章，很不美觀。采取統(tǒng)一整體布置管道勢在必行，管道排列有序，站房整

11、齊美觀設(shè)計中在主機(jī)房水泵房之間增設(shè)了一管道夾層，這是本設(shè)計中很有特色的地方，為不增加建筑面積夾層高度定為2.2米。大管道在管道層內(nèi)落地支承，支點(diǎn)距離根據(jù)管道的直徑來決定，如800的管道支點(diǎn)距離在900-1000mm之間。使整個管道的重量均勻地分布于夾層地面上，也節(jié)約了大量支架用鋼材。由于夾層內(nèi)空間狹小，使得管道保溫施工困難，而管道保溫是制冷站保證送水溫度關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，阻燃型聚氨脂發(fā)泡保溫材料是目前國際，國內(nèi)較好的保溫材料，施工中采用了專用模具發(fā)泡保溫，局部施工困難地方采用聚氨脂保溫瓦，外包鍍鋅鋼板。在夾地板上，墻上開有通風(fēng)孔，窗。使得整個管道夾層緊密而不亂，密布又有微風(fēng)流動，銀白色的鍍鋅板反

12、射著從窗外透入的光線，增加了夾層內(nèi)的照度。由于管道夾層的設(shè)置，使得水泵房，主機(jī)房內(nèi)設(shè)備排列井井有條，管道林立整齊，為設(shè)備的安裝，維修提供了方便。四、空調(diào)冷水系統(tǒng)首都國際機(jī)場制冷站為大型制冷站，它為航站區(qū)主要幾大建筑物提供冷源。本站房空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電，約占站房動力用電的30%。因此，降低空調(diào)水系統(tǒng)的輸配用電量是節(jié)約用電的一個重要環(huán)節(jié)。各建筑物的用冷系數(shù)不同，而且冷負(fù)荷變化多樣，具體情況如下：（一）甲方提供的冷負(fù)荷為最大負(fù)荷，設(shè)計水流量時要根據(jù)最大的冷負(fù)荷設(shè)計。而實(shí)際上出現(xiàn)最大冷負(fù)荷的時間，即按滿負(fù)荷運(yùn)動時間很短。絕大部分時間是在部分負(fù)荷條件下運(yùn)行。（二）本制冷站供冷面積為44萬平方米，分為三

13、個大系統(tǒng)，距離遠(yuǎn)則一、二千米；近則幾百米。如果按照各系統(tǒng)構(gòu)成制冷體系，那么每個系統(tǒng)都得設(shè)計制冷備用量，將造成冷機(jī)組臺數(shù)多，占據(jù)主機(jī)房面積大，冷水泵揚(yáng)程高，耗電量大等問題。（三）在本站提供冷源的三大系統(tǒng)中，建筑是由不同的設(shè)計單位于不同的年代設(shè)計的，有的在設(shè)計中，有的在改造中。每個系統(tǒng)的冷負(fù)荷都以各建筑物特性變化著。如新倏機(jī)樓為現(xiàn)代建筑，有大面積的玻璃幕墻，保溫效果不好，失冷量將隨室外溫度變化而產(chǎn)生很大變化。新老候機(jī)樓大廳內(nèi)的人流變化也很大，隨飛機(jī)起落架次多與少，人流則大與小，冷負(fù)荷是一個隨機(jī)值。又如賓館，飯店中的冷負(fù)荷則隨客流量的大小，客流的活動而變化。這都給運(yùn)行調(diào)試帶來困難。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB50

14、189-93）旅游，旅館建筑熱工與空氣調(diào)節(jié)節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中論述到：當(dāng)遇到某個或幾個與環(huán)路比其余環(huán)路壓差相差懸殊（如阻力差10kPa以上者），則這些環(huán)路就應(yīng)增設(shè)二次循環(huán)水泵。采用變頻調(diào)速裝置對冷凍水泵進(jìn)行交流量調(diào)節(jié)，會帶來節(jié)電效果。例如在香山飯店選用變頻調(diào)速裝置，對水泵進(jìn)行變流量調(diào)節(jié)，在兩年內(nèi)就全部回收投資。為確?？照{(diào)系統(tǒng)的參數(shù)，又節(jié)約能源，操作方便。本制冷站冷水系統(tǒng)采用閉式循環(huán)，雙環(huán)路變流量系統(tǒng)。一環(huán)由初級泵和溴化鋰制冷機(jī)組組成，為定流量系統(tǒng)；二環(huán)，由次級泵和冷凍水管網(wǎng)組成，為變流量系統(tǒng)，共三個。見附錄（二）。定流量系統(tǒng)，制冷機(jī)組和水泵均為滿負(fù)荷工作，充分發(fā)揮制冷機(jī)組的效率。各系統(tǒng)均有公共制冷備

15、用量。根據(jù)制冷機(jī)組冷凍水出口溫度和設(shè)在冷凍水送、回水路間的旁通閥的回水量來控制制冷機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)。當(dāng)回水量達(dá)6. 5時，可停止一臺制冷機(jī)組及相應(yīng)的初級泵和冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行。當(dāng)冷凍水出口溫度高于8時，啟動一臺制冷機(jī)組及其相應(yīng)的初級泵和冷卻水系統(tǒng)。在三個變流量系統(tǒng)中采用了高效的變頻調(diào)速裝置，根據(jù)空調(diào)負(fù)荷的變化，通過設(shè)在各系統(tǒng)冷凍水送，回水管路間旁通流量信號來控制次級泵的運(yùn)行臺數(shù)。隨著冷負(fù)荷的變化變頻泵調(diào)節(jié)冷凍水流量的大小。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷變小時旁通回水量增加，變頻調(diào)速裝置下調(diào)頻率，降低變頻泵轉(zhuǎn)速，減小冷凍水流量，變頻高速裝置上調(diào)頻率，提高變頻泵轉(zhuǎn)速，增加冷凍水流量，當(dāng)達(dá)到回流下限值時，啟動一臺該系統(tǒng)非變

16、頻泵。整體空調(diào)水冷系統(tǒng)采用自動化控制，為了確保運(yùn)行的正常進(jìn)行，在冷凍水、冷卻水、蒸汽等系統(tǒng)中的溫度、壓力、流量參數(shù)均由微機(jī)控制臺進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量和顯示，并能及時進(jìn)行控制。補(bǔ)水系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)也采用了自動控制。五、結(jié)論綜上所述，首都國際機(jī)場制冷站機(jī)組之多，系統(tǒng)之大在我院的動力設(shè)計項(xiàng)目中尚屬首次，本設(shè)計現(xiàn)已完成，施工也在收尾，于1998年單系統(tǒng)試運(yùn)行成功，將于1999年夏季全系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行。上述僅為設(shè)計過程中三個很重要問題的分析，通過分析，可以得到如下結(jié)論：第一，采用蒸汽型雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)是正確的設(shè)備選型，噪聲低，節(jié)電，維修量小，有利于環(huán)境保護(hù)，操作方便，自動化控制程度高。第二，工藝布置合理，緊湊，有特色。由于采用了管道夾層，制冷機(jī)房，