CN102042726B - 冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其包括一个膨胀槽和一个贮液槽，膨胀槽和贮液槽在底部通过单向连通管相连。本发明在乙二醇溶液循环系统发生少量泄漏的情况下，可以通过重力而不是水泵自行补充损失的溶液，确保系统在小故障期间的安全运行。

Description

冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置

技术领域

本发明涉及一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统，特别涉及一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置。

背景技术

冰蓄冷系统是通过制冰机组进行制冷，将乙二醇溶液温度降到-4℃～-6℃，再通过循环泵将降温后的乙二醇溶液泵送到蓄冰盘管内，吸收蓄冰盘管外部水的热量，使乙二醇溶液的温度升高到-1.5℃～-2℃后，流回制冰机组，从而完成一个制冰循环。蓄冰盘管外的水被冷却后不断降温，最终温度达到冰点而不断冻结成冰。

冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统一般为封闭系统。为确保系统的压力稳定，以及在系统发生泄漏时及时补充乙二醇溶液，需要给系统安装一套定压及补液装置。常用的定压装置有两种：一种为动力式定压装置，另一种为静压式定压装置。

动力式定压装置依靠一套增压泵及一套泄压电动阀来共同维持系统的压力稳定，一般与乙二醇系统循环水泵的进水段相连，与循环水泵位于同一高度。如图1所示，动力式定压装置带有一套智能控制系统，能够监测系统的压力以及膨胀槽内部的液位变化。乙二醇溶液循环系统投入工作后，当该系统的压力高于最大压力设定值时，控制系统将打开第七电动阀V7，将乙二醇溶液释放到膨胀槽内，直到压力低于最大压力设定值，然后关闭第七电动阀V7；当乙二醇溶液循环系统的压力低于最小压力设定值时，则由控制系统打开增压泵，将膨胀槽内部的乙二醇溶液泵送到系统内，直到乙二醇溶液循环系统的压力高于最小压力设定值。此外，当乙二醇溶液循环系统发生泄漏时，动力式定压装置首先用膨胀槽内部的液体补充到系统内，这会引起膨胀槽内部液位的降低，当液位降低到最低液位设定值时，控制器将打开第八电动阀V8，并启动补液泵，将贮液灌内的乙二醇溶液泵送到膨胀槽内，以确保膨胀槽内部液位处在恰当的位置上。

静压式定压装置依靠液体的自然静压来维持系统压力的稳定，安装于系统最高点，并且比最高点高0.5米以上，以确保系统的每一个点的压力均保持正压状态。如图2所示，静压式定压装置有一根与乙二醇循环泵进口管段相连通的膨胀管，当乙二醇溶液循环系统内部的乙二醇溶液因温度升高而膨胀时，容积增大后的乙二醇溶液将通过膨胀管流入膨胀槽，而当乙二醇溶液循环系统内部的乙二醇溶液因温度降低而收缩时，膨胀槽内的乙二醇溶液则通过膨胀管流入系统，通过这种“呼吸”作用，可以确保乙二醇溶液循环系统压力的稳定。此乙二醇溶液循环系统的膨胀槽内部带有一套液位开关，能够根据膨胀槽内液位的变化来控制补液泵的开停。当乙二醇溶液循环系统发生泄漏而引起膨胀槽内液位降低时，液位开关将启动补液泵，将贮液槽内的乙二醇溶液送到膨胀槽内，以确保膨胀槽内部液位处在恰当的位置。

但是，上述动力式定压装置和静压式定压装置存在以下问题：

A、动力式定压装置主要设备为压力容器，同时需要相应的电动阀、水泵以及复杂的压力及液位监测系统来维持系统的压力稳定及对系统进行补液，系统复杂，造价高，故障点多，定压性能差，系统压力波动比较大，而且当泄压电动阀出现故障而不能开启时，会导致系统压力超过其允许的工作压力，给系统带来安全上的隐患。

B、静压式定压装置的溢流口直接与下水道相连，一旦发生溢流，乙二醇溶液将直接排入下水道而污染环境。

C、两种定压装置均没有对系统泄漏量进行准确监测、计算与报警的装置，无法识别冰蓄冷系统的泄漏，使系统运行的安全性没有得到有效保障。

D、上述两种定压装置均依靠水泵来进行补液，一旦溶液泵出现故障，系统流失的溶液将得不到及时补充，会影响系统的安全运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其在乙二醇溶液循环系统发生少量泄漏的情况下，可以通过重力而不是水泵自行补充损失的溶液，确保系统在小故障期间的安全运行，在系统因膨胀而发生溢流时，可以接收溢流出来的溶液，避免污染环境，具备环保功能。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于，其包括一个膨胀槽和一个贮液槽，膨胀槽和贮液槽在底部通过单向连通管相连。

优选地，所述贮液槽的容积大于膨胀槽的容积。

优选地，所述贮液槽与膨胀槽做成整体式结构，膨胀槽和贮液槽之间具有一块隔板。

优选地，所述贮液槽与膨胀槽做成分体式结构。

优选地，所述贮液槽与膨胀槽安装在同一水平面上，贮液槽与膨胀槽在顶部通过双向连通管相连。

优选地，所述膨胀槽有一根与乙二醇循环泵吸入口管段相连通的膨胀管。

优选地，所述膨胀槽内部安装有一个液位监测装置，膨胀槽外部安装有一个智能控制装置。

优选地，所述液位监测装置采用微压式压力变送器进行监测，智能控制装置采用PLC控制器和触摸屏，微压式压力变送器包含一个微压传感器及一个将微压传感器感受到的液柱压力值转换成标准电流/电压信号的电子电路，PLC控制器接收微压式压力变送器的标准电流/电压信号作为输入信号。

优选地，所述冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为一种带溶液泄漏监测功能并具备自然补液功能的定压装置。

本发明的积极进步效果在于：本发明乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置结构简单，没有运动部件，成本低，无故障运行时间长，寿命长，而且稳压性能好，系统压力稳定，并具备环保功能。

附图说明

图1为现有动力式定压装置的原理示意图。

图2为现有静压式定压装置的原理示意图。

图3为本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为整体式结构的主视图。

图4为本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为整体式结构的俯视图。

图5为本发明整体式结构应用在乙二醇溶液循环系统的原理示意图。

图6为本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置的控制原理示意图。

图7为本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为分体式结构的主视图。

图8为本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为分体式结构的俯视图。

具体实施方式

下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。

如图3和图4所示，本发明冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为一种带溶液泄漏监测功能并具备自然补液功能的定压装置，属于静压式稳压装置。乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置包括一个膨胀槽以及一个贮液槽，贮液槽的容积大于膨胀槽的容积，贮液槽与膨胀槽的容积比为2∶1以上。贮液槽与膨胀槽可以做成整体式结构或分体式结构。对于整体式结构来说，两个槽用一块隔板隔离开，隔板高度为装置整体高度的85％～90％之间，两个槽在底部采用单向连通管相连，该单向连通管只允许液体由贮液槽流向膨胀槽，而不能由膨胀槽流向贮液槽。本定压装置中的膨胀槽主要起到定压作用，同时通过安装于膨胀槽内部的液位监测装置以及安装于膨胀槽外部的智能控制装置，可以监测、计算并报告系统的液位变化以及系统的溶液泄漏量。膨胀槽上安装有补充水接口和膨胀管接口，补充水接口与自来水管道相连，仅供调试及检修时使用，正常运行时应切断与自来水管的连接，膨胀管接口与膨胀管连接。膨胀槽和贮液槽都安装有排污口，排污口供检修时排放乙二醇溶液使用，排出的乙二醇溶液应根据国家的有关规定进行回收处理，不应直接排入城市污水系统。使用时，将调整好比例的乙二醇溶液放入贮液槽，使贮液槽的液位在总高度的50％～60％之间，同时调整系统的溶液量，使正常运行时膨胀槽的最高液位达到总高度的70％以上，确保膨胀槽的液位高于贮液槽的液位。

如图5所示，整个乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置位于乙二醇溶液循环系统的最高点，其中的膨胀槽有一根与乙二醇循环泵进口管段相连通的膨胀管，当系统内部的乙二醇溶液因温度升高而膨胀时，容积增大后的乙二醇溶液将通过膨胀管流入膨胀槽，使膨胀槽的液位升高，当膨胀槽的液位高于隔板高度时，溶液将从隔板自动流入贮液槽(对于分体式结构来说，则是通过上部的双向连通管流入贮液槽)，而不是排入环境中；而当系统内部的乙二醇溶液因温度降低而收缩时，膨胀槽内的乙二醇溶液则通过膨胀管流入系统，使膨胀槽的液位降低，当膨胀槽的液位低于贮液槽的液位时，贮液槽内部的溶液将通过底部的单向连通管流入膨胀槽。单向连通管可以采用单向阀的形式，由于采用单向阀的形式，即使膨胀槽的液位高于贮液槽，溶液也不会通过底部的单向连通管流入贮液槽，从而确保两个槽之间的有一定的液位差，而这也为准确测量系统的溶液泄漏量提供了保证。

在乙二醇溶液循环系统正常运行时，系统将记录不同运行工况(制冰工况、融冰工况、空调工况)下膨胀槽的准确液位，以此作为系统在相应工况下的基准液位，在系统没有发生泄漏的情况下，该基准液位具有相对稳定的数值，在特定工况下，通过将实际液位与所记录的基准液位进行比较，即可计算出系统的溶液(乙二醇溶液)泄漏容积(或泄漏量)，其计算公式(1)如下：

ΔV＝ΔH*S………………………………………………………公式(1)

式中，ΔV为溶液泄漏容积或溶液容积变化值，单位为m³；ΔH为相对于基准液位的液位下降高度，单位为m；S为膨胀槽的底面积，单位为m²。

本发明定压装置的目的主要是及时判断并报告系统的泄漏，因此在泄漏容积的测量上允许有一定的误差。如图6所示，本发明定压装置还具有液位监测装置和智能控制装置。液位监测装置采用微压式压力变送器进行监测，该变送器包含一个微压传感器及一个将微压传感器感受到的液柱压力值转换成4～20mA或者0～10V的标准电流/电压信号的电子电路。整个变送器浸入膨胀槽的液面下，并确保在正常工作时的最低液面以下100mm左右。根据不同的系统存液量规模，膨胀槽尺寸也不同，规模越大则膨胀槽的尺寸也越大，而所选用变送器量程也会相应调整。在常见的应用情况下，其最小量程范围为0～500mm，最大量程范围没有限制。变送器的测量精度为1％，当选用最小量程时，其液位监测的精度可达5mm，也即0.005m。变送器发出的标准4～20mA电流信号或者0～10V电压信号可以上传给冰蓄冷控制系统，也可以作为智能控制装置的输入信号。

智能控制装置通过液位的变化，可以计算并报告乙二醇溶液循环系统的溶液泄漏量，智能控制器本身具备报警显示及记录功能，同时以无源触点方式对外传递报警信号，供远程报警之用。智能控制装置采用通用的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)作为控制器，并采用触摸屏作为人机交互的界面。PLC控制器接收微压式压力变送器的标准电流/电压信号作为输入信号，同时接收冰蓄冷控制系统的运行模式信号作为系统运行模式的判定信号，同时将系统液位实测值，计算所得的系统容积变化量，系统泄漏报警信号作为输出参数，通过通信电缆上传给冰蓄冷控制系统或者第三方控制系统，其工作原理为，在乙二醇溶液循环系统达到稳定运行状态后，由操作人员通过触摸屏发送指令，开始记录各种不同运行模式下膨胀槽的液位，作为该种运行模式下的基准液位，之后，在日常运行过程中，根据冰蓄冷控制系统发出的模式信号来监测膨胀槽的液位，并将实测液位与系统记录的该模式下的基准液位进行比较，即可报告出系统溶液容积的变化值，其溶液容积变化值按以上公式(1)计算。例如，对于底面积为0.36m²的膨胀槽，当液位比基准液位降低0.005mm时，系统可计算出溶液容积变化值为：ΔV＝ΔH*S＝0.005*0.36＝0.0018m³＝1.8L。上例中的数值即是系统可以监测到的最小容积变化量，对于液位降低的情况，即为系统溶液泄漏量。智能控制装置的溶液泄漏报警信号由容积变化量的实测值与报警设定值进行比较后触发，当变化量大于设定值时，进行泄漏报警。泄漏量的报警设定值由工厂按照系统的实际情况预先设定作为默认设定值，同时还可由用户通过人机界面自行设定，以消除因各种不确定因素造成的误报警。本智能控制装置对于及时发现系统特别是蓄冰盘管的泄漏提供了可靠的保证，大大提高了冰蓄冷系统运行的安全性。贮液槽可以直接吸收膨胀槽溢流出来的溶液，极大地减小了对环境的破坏，同时，由于膨胀槽不必再留出安全余量，可以将尺寸做到尽可能的小，从而提高了识别溶液泄漏的灵敏度。

本发明定压装置采用双容器结构，既提高了系统监测的灵敏度，又确保系统发生大量泄漏时有足够的安全运行时间，为冰蓄冷控制系统处理故障赢得足够的时间，保护系统中的相关设备。系统对溶液泄漏量检测的灵敏度由可检测到的最小溶液泄漏量来决定，这个值越小，则灵敏度越高。根据公式(1)，溶液泄漏量是按照液位变化量进行换算的，在液位检测灵敏度不变的情况下，溶液泄漏检测的灵敏度则与膨胀槽的底面积S成反比，底面积越小，灵敏度越高，因此采用双容器结构，可以将膨胀槽的容积做小，以此来提高溶液泄漏量检测的灵敏度。而在此同时，可以根据需要尽量做大贮液槽的容积，以确保系统存贮有足够多的溶液，在系统发生大量泄漏的情况下，有足够的溶液补充，为冰蓄冷控制系统处理故障争取足够的时间。

定量地，当系统发生泄漏时，依靠存液，可确保系统“带病”安全运行的时间如公式(2)：

t＝V/v………………………………………………………………公式(2)

式中，t也可称为系统开始泄漏到装置内部溶液耗尽所需的时间，单位为分钟；V为定压装置的溶液总有效容积，为贮液槽与膨胀槽溶液容积之和，单位为L；v为系统泄漏速度，单位为L/分钟。例如，对于尺寸为1200×800×1000(长×宽×高)的整体式自然补液定压装置(常规冰蓄冷系统中较小的一种规格)，其膨胀槽的长度为400mm，贮液槽的长度为800mm，膨胀槽的基准液位为800mm，贮液槽的液位为600mm，总有效容积为：V＝0.8×0.8×0.6+0.8×0.4×0.8＝0.64m3＝640L；当系统发生大量泄漏时，比如泄漏量达到100L/分钟时(在灾难性故障下才有可能发生如此大量的泄漏)，从发生泄漏到漏完所需要的时间为：640/100＝6.4分钟＝384秒。在此时间间隔内，冰蓄冷控制系统可以完成对整个系统的应急保护处理，包括停止制冰机组的运行，停止乙二醇循环泵的运行，关闭相应的阀门并发出系统故障信号等，而不至于给系统造成更大的损失。

本发明定压装置具备自然补液功能，在系统发生少量泄漏的情况下，可以通过重力而不是水泵自然补充损失的溶液，确保系统在小故障期间的安全运行。自然补液的工作原理为：当膨胀槽液位因系统溶液流失而低于贮液槽液位时，贮液槽中的溶液将自行通过单向连通管流入膨胀槽，直至两者的液位相同。当系统因温度升高而膨胀，造成膨胀槽液位升高时，其溶液则不会流入贮液槽，如此可以确保系统在缓慢泄漏的情况下，在智能控制装置发出报警的同时，自行补充一定的溶液，确保液面不会低于膨胀槽的最低点，以便在人为进行干预之前，争取足够的时间，确保系统的正常运行。

其中，系统开始泄漏到超过报警设定值的报警响应时间的计算如公式(3)：

Ta＝Vs/v……………………………………………………………公式(3)

式中，Ta也可称为系统开始泄漏到超过报警设定值所需的时间，单位为分钟；Vs为泄漏报警设定值，单位为L；v为系统泄漏速度，单位为L/分钟。还以上述水箱为例，其最小可检测的泄漏量为：0.005×0.8×0.4＝0.0016m3＝1.6L；假定对应的泄漏报警设定值为最小可检测到的泄漏量的10倍，则泄漏报警设定值为：Vs＝10×1.6L＝16L；当系统泄漏速度为1L/分钟时，带病安全运行时间为：t＝640/1＝640分钟＝10小时；报警响应时间为：Ta＝16/1＝16分钟，即当系统的泄漏量为1L/分钟时，本装置在泄漏开始后的16分钟时即开始报警，而此后的10小时之内，无需人为干预，系统都能够继续安全运行。而对于一个正确安全的系统，除非发生灾难性故障，否则1L/分钟是一个很大的泄漏量。

另外，如图7和图8所示，本发明定压装置的膨胀槽和贮液槽也可以做成分体式的结构，对于分立式结构来说，需要将两个槽安装在同一水平面上，在两个槽的底部采用单向连通管相连，该单向连通管只允许液体由贮液槽流向膨胀槽，而不能由膨胀槽流向贮液槽，在两个槽的高度为整体高度的85％～95％的位置上采用可双向连通管相连，即两个槽在顶部通过双向连通管相连。

本发明定压装置虽然是为冰蓄冷系统而设计，但也可应用于类似的封闭循环系统，例如常规空调冷冻水系统，各类低温盐水制冷循环系统等。智能控制装置的重点在于其计算方法及控制逻辑，而不在于硬件方面，任何PLC产品以及微电脑控制芯片，经过适当的外围电路及硬件配置，采用本算法及控制逻辑均可实现本功能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于：其包括一个膨胀槽和一个贮液槽，所述贮液槽的容积大于膨胀槽的容积，膨胀槽和贮液槽在底部通过单向连通管相连；所述贮液槽与膨胀槽做成分体式结构，贮液槽与膨胀槽安装在同一水平面上，贮液槽与膨胀槽在顶部通过双向连通管相连；或者所述贮液槽与膨胀槽做成整体式结构，膨胀槽和贮液槽之间具有一块隔板。

2.如权利要求1所述的冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于，所述膨胀槽有一根与乙二醇循环泵吸入口管段相连通的膨胀管。

3.如权利要求1所述的冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于，所述膨胀槽内部安装有一个液位监测装置，膨胀槽外部安装有一个智能控制装置。

4. 如权利要求3 所述的冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于，所述液位监测装置采用微压式压力变送器进行监测，智能控制装置采用PLC 控制器和触摸屏，微压式压力变送器包含一个微压传感器及一个将微压传感器感受到的液柱压力值转换成标准电流/ 电压信号的电子电路，PLC 控制器接收微压式压力变送器的标准电流/ 电压信号作为输入信号。

5. 如权利要求4 所述的冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置，其特征在于，所述冰蓄冷系统的乙二醇溶液循环系统的自然补液式定压装置为一种带溶液泄漏监测功能并具备自然补液功能的定压装置。