纯水冷却装置项目设计说明书

1 纯水冷却装置项目设计说明书 概况 本项目用于 *纯水冷却装置 。 一 设计及制造依据 1 *水冷系统技术协议 2 国际、国家及行业有关标准 电站电器部分集中控制装置通用技术条件 电力变流器用纯水冷却装置 水处理设备制造技术条件 0225化工金属管道工程施工及验收规范 596电力设备预防性试验规程 水处理设备性能试验：离子交换设备 高压静止无功补偿装置：密闭式水冷却装置 二 设计参数 1 使用环境条件 名称 参数 备注 环境温度 40 室内温度 5 40 海拔高度 1000m 2 水冷却系统设计参数 名称 参数 备注 水冷却系统型号 4 水冷却系统额定冷却容量 250风 换热余量 20 冷却介质 水 +二醇 额定冷却流量 500L/去离子水流量 20L/ 2 冷却水电导率值 供水温度 10 48 供水压力 泵扬程 +静压 主循环过滤精度 200 m 去离子回路过滤精度 10 m 水冷装置设计压力 电源供应 13805%， 50220额定功率 20额定电流 49A 3 选型说明 单元 配置 主循环水泵 立式水泵， 1 用 1 备 主过滤器 1 台 缓冲密封系统 缓冲 罐， 1 套（氮气密封） 二次散热方式 水 风 ， 空气散热器 ， 2 套 离子交换器 玻璃钢 ， 2 台 控制器 1 套 文本显示器 1台 报警要求 双重报警（预警、跳闸） 主机通讯 重要信息开关量节点， 自由口 线 4 主要设备一览表 序号 名称 规格 单位 数量 主要单元设备 1 空气散热器 套 2 2 主循环泵 2 3 补水泵 1 4 主管道过滤器 200 m 套 1 5 精密过滤器 10 m 套 1 6 氮气瓶 40L 只 1 7 缓冲罐 306 1000 套 1 8 补水罐 303 300 套 1 9 离子交换器 08, 玻璃钢 套 2 3 10 电动三通阀 配 1 11 电磁阀 1/8,10134110 只 1 12 电加热器 1 主要仪表 1 流量变送器 4 20 1 2 温度变送器 4 2040 80 ,泰克西 台 2 3 压力变送器 4 20 10佛斯 台 3 4 电导率变送器 8225，宝帝 台 2 5 压力表 0 10莱迪 只 6 6 电接点压力表 ,0 16莱迪 只 1 7 液位开关 凡宜 ， 2 8 去离子 流量计 银环 台 1 9 缓冲罐液位计 由 12 10米 / 10 补水箱液位计 由 12 10米 / 5 主要参数初步计算 统流量核算 水机 参数 名称 说明 水机散热功率 250机型号 30/4 入口水温告警设置值 48 水冷系统总流量 (额定流量 ) 30 m3/h（ 500 L/ 流量低水冷系统预警设置值 27 m3/h（ 450 L/ 流量低水冷系统跳闸设置值 24.3 m3/h（ 405 L/ 初步核算）主要管径、流速计算（额定流量按 30 m3/h） 根据公式： （ Q/v） 1/2 其中 管道计算内径 (Q 系统流量 (m3/h ) v 介质流速 (m/s) 得 30/3） 1/2=机本体和外部管道可选用 锈钢管，内径为 管内流速 v=s；可选用 75径为 管内流速 v=s； 4 系统水力计算（暂按以上所选管径计算） 根据公式： i = 105 ( Q /C ) (中 i 比摩阻（ m） Q 水流量（ m3/s） 管道计算内径 (m) C 海澄威廉系数，对于塑料管 C=140，不锈钢管 C=130 h= g ， =中 局部阻力系数 v 管内流速 (m/s) 得 05 (30) (m）； 05 (40) (m）； 水机本体 锈钢管最不利管直管长度约 10米，弯头约 12处；外部不锈钢管道 不利管直管长度约 20 米，弯头约 10 处；外部 道 75 最不利管直管长度约 30米，弯头约 10处 ,则管道 水阻： 10+（ 12 10=2=20+（ 10 10=3=30+（ 10 10=过滤器压损约 15气散热器，压损约 65水冷装置内部压损为 5+65 冷却器件水阻约为 1.5 机本体水阻约为 回路压降约为 5选水泵扬 程为 足要求。 统总水量核算 系统外部管道总水量 0米， 75道总长约 30米，则 135L 空气散热器容量 00L 水冷装置内部总水量 缓冲罐： 306 1000；离子交换器： 08；装置内部管道约 10米；，则 115L 被冷却器件内部总水量 约 20L 5 则总水容量约为： 2+4=570L。 水泵选型核算 水冷系统总容量约 570L,本水冷系统 采用 手动 补水，补水泵扬程至少要满足系统 静压 与补充水回路水阻之和， 水冷系统静压约 充水回路压力降约 20 动补水时以能 1 小时内充满系统为准，利用补水泵补水；则 手动补水时流量 h 程最少 选用型号： =1台； 此补水泵的流量为 ，扬程为 28 米，可满足。 过滤器选型核算 一般，有效过滤面积为相连管道的截面积 3倍以上的过滤器可作为永久性过滤器，针对水质较好的系统，为了更加降低过滤网的水阻，有效过滤面 积取 4倍管道截面积。如选用 200 m 过虑精度，标准不锈钢金属丝网约 100 目，有效面积为 46， 则过滤器滤芯所需总面积如下： S=4/，即过滤器滤芯总面积 0.1 根据河北联达滤芯厂家产品资料，选用非标设计波纹状折叠式滤芯，芯滤网水阻约 它 局部损失约 计有约 符合。 选用 133480，理论容积： 。 密过滤 器选型核算 水处理回路最大流量按主循环管道额定流量（ 30m3/h）的 4%，即为 h，根据以前的工程经验，选用 精密过滤器可满足设计要求。 冲罐选型核算 根据 统总水容量估计为： 570L，则 V= t V= (48 570=在最低运行温度 10（可视为最低液位）和最大温度 48（可视为最高液位）间，系统必须至少有 根据理想气体克拉伯龙方程有 PV=米 3/摩尔 K 设 定正常运行时温度为 20，缓冲罐内液位为300时氮气压力设定为 定罐体内径为 300，直段长度为 1000冲罐截面积为： 6 g/ 10 时： t V= (20 570 10 时缓冲罐液位下降 48冲罐液位为 252 此时 10 ( 48时： t V= (48 570= 48 时缓冲罐液位上升 136冲罐液位为 436 此时 48 ( 由上计算可见，从最低温度 10上升到 48，缓冲罐内压力变化值为 设定缓冲罐压力低值报警为 值报警为 化允许在 用内径为 300，直段长度为 1000 理论容积为 ： 71L； 水罐核算 补水罐主要考虑补水时所需补充水量；根据上图，设定低液位报警时开始补水，至正常运行液位停止，则所需水量为 补水罐最小有效容积为 用罐体内径为 303300论总容积： 21L，可满足系统需求。 子交换器选型核算 根据树脂厂家提 供 的数据，离子交换床最小深度为 800大流速为 120m/h，取流速为 80m/h，流经离子交换器的冷却介质最大流量为 h，则 离子罐 的过流面积为： 0 子罐的内径为： 又根据惠州 /荆州项目，水冷系统总容量约 20000L,单个离子罐容积 300L，每年更换树脂一次。对于本项目，如果按此比例计算，则单个离子罐体容积需要： 720300/20000=L） 选用 08；理论容积： 。可满足系统需求。 动三通阀执行器选型计算 查样本电动三通阀（肇庆仪表阀门）， 动三通阀配 动执行器， 1套。 热器选型计算 根据公式： Q = q/（ t） (系数为 n 7 室外空气散热器的总容量为 200L，为了避免空气散热器中有死水，故设计最低 120分钟将空气散热器的水置换一次，则空气散热器中最小水流量为 s，设定室外最低环境温度 电机组停运，若加热器启动温度为 14，则 q =34= 即加热器的功率只需大于 选择一台 4 三 工艺流程说明 恒定压力和流速的冷却介质源源不断流经空气散热器进行热交换，散热后再进入被冷却器件带走 热量，温升水回至高压循环泵的进口。 根据热负荷的变化， 据供水温度的高低来控制进入空气散热器的冷却水流量，从而达到系统精确控制温度的要求。 为适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，防止在高电压环境下产生漏电流，冷却介质必须具备极低的电导率。因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回路。预设定流量的一部分冷却介质恒定流经离子交换器，不断净化管路中可能析出的离子，然后通过缓冲罐，与主循环回路冷却介质在高压循环泵前合流。与离子交换器连接的补液装置和与缓冲罐连接的氮气恒压系统保持系统管路中冷却介质的充 满及隔绝空气。 系统中各机电单元及传感器由 系统运行状态信号通过硬接点传送到 被冷却器件 主控制器，并可通过主控制器远程操控水冷系统。 1 主循环冷却回路 主循环冷却介质在主循环泵动力作用下，使冷却介质通过空气散热器进行散热后，直接流向被冷却器件，带走被冷却器件的热量后回流主循环泵入口。通过纯水冷却回路设置的供水温度变送器发出信号给 馈至电动三通阀调节进入空气散热器的流量，达到精确控制冷却系统冷却介质温度的目的。被冷却器件通过主循环冷却回路带走热量，散除热量，实现连续冷却的功能。 当 被冷却 器件 低负荷运行时，由电动三通阀实现冷却水温度的调节。 循环泵（ 002） 提供密闭循环流体所需动力，为高速离心叶片泵。泵体采用机械密封，接液材质为316 不锈钢，一用一备，每台为 100容量，设过流和过热保护。如果运行泵故障或不能提供额定压力或流量，马上切换至备用泵，并发出报警信号。同时运行泵连续运行一段时间后将自动切换，切换时系统流量和压力将保持稳定。 选用格兰富立式水泵 316 不锈钢；额定流量 Q=500L/定扬程H= 循环回路机械过滤器（ 为防止 循环冷却水在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入被冷却器件在室外冷却器出口至被冷却器件进口管路设置精度为 200 m 机械过滤器，采用网孔标准，水阻小的折叠式不锈钢滤芯。 8 罐体材质： 304； 罐体： 133 480，精度 200m， 1套。 动三通阀（ 置于空气散热器进水侧，可调节流经空气散热器的冷却水流量的比例，用于冬天温度低及被冷却器件低负荷运行时的冷却水温度调节，避免冷却水温度过低。 规格： 肇阀 ,关量输出）， 1套。 2 去离子水处理回路 水处理去离子回路是并联于主循环回路 的支路。通过对冷却水中离子的不断脱除，达到长期维持极低电导率的目的。离子交换树脂采用进口核级非再生树脂，吸附容量大，耐高温、高流速，专用于微量离子的去除。去离子水量在系统正常运行时为设定值。 水处理流量计监视回路堵塞情况。 子交换器（ 选用进口非再生树脂 (罗门哈斯 为原料进行特殊配比，操作温度： 60，最高流速： 120m/h。 罐体材质：玻璃钢； 罐体型号： 08， 2套。 密过滤器（ 离子交换器出口设置精密过滤器，以拦截可能破碎流出的树脂颗粒。采 用可更换滤芯方式。 型号： ， 1套。 离子回路管路 去离子水管路最大流量为 h，取流速为 3m/s，得 选用尺寸为 3/4，材质为 316 3 氮气稳压系统 在水处理回路上串联有氮气稳压系统，由缓冲罐、电磁阀、氮气瓶和补水系统等组成。缓冲罐的顶部充有稳定压力的高纯氮气，当冷却介质因少量外渗或电解而损失时，氮气自动扩张，把冷却介质压入循环管路系统，以保持管路的压力恒定和冷却介质的充满。 缓冲罐可缓冲冷却水因温度变化而产生的体积变化。 氮气密封使冷 却介质与空气隔绝，对管路中冷却介质的电导率及溶解氧等指标的稳定起着重要的作用。 冲罐（ )( 9 配置 可视液位计 ，装在缓冲罐外侧，可显示缓冲罐中的液位； 设补水液位、停水液位开关，当液位到达补水液位时，发出报警信号，提示操作人员手 动启动补水泵向缓冲罐补水。 罐体材质： 316L； 罐体尺寸： 3061000， 1套。 水箱（ 补水箱配置可视液位计，装在补水箱外侧，可显示补水箱中的液位。当补水箱液位下降至箱底 100作人员向补水箱补水，保持补水箱中水的充满。补水箱采用密封形式，以保持补充水 水质的稳定。 罐体材质： 304； 罐体尺寸： 303300， 1套。 加热器（ 电加热器置于主循环冷却水供水回路 ，用于被冷却器件运行时的冷却水温度调节，使冷却水温度符合要求。 电加热器 1台。 气系统 氮气管路主要由减压阀、电磁阀、安全阀、氮气瓶及监控仪表等组成，由 气瓶 40L， 1个。 水泵（ 选用型号： 1台。 4 冷却介质及管路 所有的不锈钢设备、管道焊接采用氩弧焊工艺，并经过严格的试压、清洗过程。现场管道安装采用厂内预制 、现场装配形式，以确保质量、安全和施工的快捷。 本系统由于在高电压条件下工作，为避免冷却介质中存在杂质离子，导致各元件之间形成漏电流，要求冷却介质为高纯水。为保持介质的高纯性，循环管路均采用 304不锈钢管。 管道系统的最高位置设有特殊设计的自动排气阀，能自动有效的进行汽水分离和排气功能，保证最少的液体泄漏。为方便检修、维护及保养，水冷系统管道的最低位置设置了排污口、紧急排放口等，并保留有足够的检修空间。 主循环管道：不锈钢 304， 去离子回路管道：不锈钢 316L， 3/4； 外管道：不锈钢 304， 5。 5 外循环冷却系统 本系统的二次散热采用空气散热器 ，共 2套。 10 6 水冷系统工艺流程图 （见图 四 控制及监测 1 一次回路 力电源 水冷系统交流供电电源： 单路 380V15% 交流供电 ，三相五线电源，单路 。 现场必须提供可靠接地，确保设备运行的稳定和安全。 主设备的保护 对循环水冷却系统控制的主循环泵、补水泵，就地设置状态显示灯，指示当前设备运行状态，提供对泵的短路、过流、过压和掉相保护。故障状态信息上传。主要电气负荷： 主要 电气负荷： 主泵： 2台，一用一备 ； 电加热器： 41台； 补水泵： 1台； 空气散热器风机： 6台，可同时启动； 则电气负荷为：功率： 20流： 49A 2 二次回路 控制回路采用基于 而实现 对水冷系统的监控与保护； 将水冷系统的工作状况上传给主控制器； 对水冷系统的远程控制。 制电源 控制电源 控制电源单回路进线，单相 220 控制电源由可靠的 220水冷系统转为 24 控制电源的监视和保护 控制电源掉电，由直流开关电源后中继输出干接点信号。 控制电源的 计 在进线电源回路设置 制电源输入中的杂波，保证控制和保护系统在干净的电源条件下安全可靠地工作。 仪表方案 11 仪表中任意一只仪表超过预警限值时即发 预警 信号，提醒运行人员关注；仪表示值超过跳闸限值时才发跳闸信号。 3 主要控制元件配置与特点 具备简洁、快速及强大的编辑能力，实现水冷系统的采样、监控及通讯功能。 品牌 ： 系列 ： 样仪表（采样点详 见系统工艺流程图） 水冷系统采样仪表根据输输出类型分为 3类：现场指示 (无输出 )、开关量信号 、 420 20 发出“供水温度变送器 警信号。 采样仪表一览表： 编号 名称 作用 精度 量程 却水流量变送器 监控主循环回路流量 4 200 800L/离子水流量计 显示去离子回路流量 水压力变送器 监控 系统供水压力 1% 0 10 20泵进口压力变送器 监控系统回水压力 1% 0 10 20冲罐压力变送器 系统恒压 1% 0 10 20气瓶电接点压力表 监控氮气瓶压力 /更换氮气瓶 1% 0 16关量 却水电导率变送器 监控系统冷却水水质 5% (4 2010S/离子水电导率变送器 监控水处理水质 5% (4 2010S/水温度变送器 监控系统供水温度 4 2080 水温度变送器 监控系统回水温度 4 2080 12 泵出口压力表 显示压力 0 过滤器进口压力表 显示压力 0 过滤器出口压力表 显示压力 0 水压力表 显示压力 0 水过滤器压力表 显示压力 0 密过滤器压力表 显示压力 0 水液位开关 监控缓冲罐低液位 泵液位开关 监控缓冲罐高液位 冲罐液位计 监视缓冲罐液位 水箱液位计 监视 补水箱 液位 4 操作模式 水冷控制系统操作分为手动模式、停止模式、自动模式 3 种模式，通过三位置自锁三位置拔出钥匙钮实现。 钥匙钮逻辑：钥匙钮有手动、停止、自动三个位置 ；手动位和停止位时，通信停止，自动位 时，通信开通。 动模式 钥匙钮置于手动位时，水冷系统处于手动操作模式。 通过控制面板上的自复位式旋钮启动 /停止主泵，加热器，风机，补水泵。 手动模式运行一般在系统检修维护及调试时采用。 注：电加热器只能在主循环泵运行的条件下才能启动。 止模式 在控制柜面板按钮及 水冷系统处于停止模式时，控制系统 输出 “水冷系统停运” 信号 。 动模式 在自动模式下的自动运行模式：接受就地启动指令或远程启动指令后，水冷系统自动启动，并根据整定参数监控水冷系统的运行状况和检测系统故障。 动控制 冷却水温度、流量、系统压力，对水冷系统参数的超标及时就地显示，预警信号灯亮；当参数严重超标有可能影响被冷却器件运行安全时就地显示，跳闸警报信号灯亮，自动发出跳闸警报。 主循环泵、电加热器、电动三通阀、风机等由 5 人机界面 制柜面板按钮 13 运行显示灯 6个： 水泵、 04 报警显示灯 2个：预警、跳闸； 三位置自锁三位置拔出钥匙钮 1个。 作面板 采用 本显示器，可实时显示水冷系统各监控参 数，可就地操作及设定参数，可实时显示报警信息 。 操作人员在进行就地操作时，可随时正确掌握设备状况和避免错误，利于维护。 品牌： 6 控制逻辑 循环泵 主循环泵采用一用一备的配置方式，互为备用，正常工作时，其流量是恒定不变的； 通常情况下，即使被冷却器件退出运行，主泵也不切除，水冷系统保持运行，除非产生泄漏 报警 。主泵只接受上位机发出的停止命令，水冷系统不能自行决定停运； 当系统检测到循环冷却水流量低并发出报警信号时，切换至备用泵运行； 当系统检测到循环冷却水供水压力低并发出报警信号时，切换至备用 泵运行； 当系统检测到工作泵过流时，切换至备用泵运行； 工作泵连续运行 168 小时，自动切换至备用泵运行； 自动运行模式下 ,可通过 水泵 本项目采用手动补水方式。当系统检测到缓冲罐水位下降至低报警液位时，提示运行人员手动补水； 度控制 供水温度通过 三通阀的开关来进行控制。 当冷却水供水温度 高于 28 时， 电动三通阀全开，保证冷却水全部通过空气散热器； 当冷却水供水 在 20 28 时， 电动三通阀的阀门开度由 过控制电动三通阀的阀门开度大小来调节流经空气 散热器的流量，使供水温度保持在 20 28 之间； 供水温度低于 20 时，电动三通阀关闭； 表故障 仪表故障逻辑说明：变送器异常，发出报警信号， *仪表故障 ,请检查。故障仪表恢复正常后，相关控制功能恢复 ； 缓冲罐压力变送器故障，自动补气功能失效； 变送器故障时不能引起相关的误报和误动作，故障仪表恢复正常后，相关控制功能恢复正常； 14 变送器超过量程，发出报警信号； 任一变送器故障时， 上传，同时发出预警信号。 它 交流动力电源掉电时，发出跳闸信号； 直流控制电源掉电或 出跳闸信号； 根据缓冲罐压力高低限值，自动启动气路电磁阀，从而使缓冲罐的压力稳定在一定范围内，并保证整个水冷系统维持一定的静压； 出低温预警、高温预警和超高温跳闸信号； 根据设定限值输出预警及跳闸信号（详见仪表一览）。 7 远程传输（通讯） 对实时性要求较高的远程控制信号和水冷系统报警信号，水冷系统通过开关量接点与被冷却器件监 控系统进行通讯；对信息量较大的在线参数、设备状态监测及水冷系统报警信息。 关量输入节点共 2个： 启动水冷系统； 停止水冷系统。 关量输出节点共 5个 预警 （水冷有轻微故障，但不影响 被冷却器件 的运行）； 跳闸 （危害 被冷却器件 运行的工况。主控制器收到信号后应立即停运 被冷却器件 ）； 请求停水冷（危害水冷系统运行的工况。主控制器收到该信号及 跳闸 信号后停运 被冷却器件 ，延时停运水冷）； 水冷系统运行 /停运； 水冷控制系统故障（包含 种情况。主控制器收到信号后应立即停运 被冷却器件 ）。 程启停 远程启动水冷命令应为保持接点 ,即远程启动水冷后一直保持闭合 ,直到有停止水冷命令时断开 ;停止水冷命令应为一延时断开接点 ,延时时间宜为 2秒钟 ,防止有干扰脉冲误停水冷。远程启动水冷命令和停止水冷命令同时有效时，水冷装置不停机。 警信息及参数设定 报警信息分两种级别，预警和跳闸。 15 报警信息及参数设定一览表 序号 内 容 报警级别 设定值 说 明 1 预警 2 预警 3 两台主循环泵均故障！ 预警 4 主泵已切换，请检修并确认！ 预警 现场 动复位 5 电动三通阀故障 预警 6 冷却水流量低！ 预警 450L/7 冷却水流量超低！ 预警 405L/8 冷却水流量超低与供水压力低 ! 跳闸 9 冷却水流量超低与供水压力变送器故障！ 跳闸 10 冷却水供水压力低！ 预警 11 冷却水供水压力超低！ 预警 12 冷却水供水压力超低与冷却水流量低！ 跳闸 13 冷却水供水压力超低与冷却水流量变送器故障！ 跳闸 14 冷却水供水压力 高！ 预警 15 冷却水供水压力超高！ 预警 16 主泵进口压力低！ 预警 17 主泵进口压力超低！ 预警 18 主泵进口压力超低与缓冲罐压力低！ 跳闸 19 主泵进口压力超低与缓冲罐压力变送器故障！ 跳闸 20 冷却水供水温度低！ 预警 10 21 冷却水供水温度高！ 预警 48 22 冷却水供水温度超高！ 跳闸 50 23 冷却水回水温度高！ 预警 55 24 冷却水电导率高！ 预警 25 冷却水电导率超高！ 预警 26 缓冲罐液位低，请补水！ 预警 16 27 缓冲罐压力低！ 预警 0.4 28 缓冲罐压力超低！ 预警 0.2 29 缓冲罐压力高！