降低3-制冷机换热器运维成本

降低3#制冷机换热器运维成本

攻关型

红云红河集团红河卷烟厂

“绿色”公共QC小组

2015年4月

目录

前言.............................................................1

一、小组概况.....................................................1

二、选题理由.....................................................3

三、现状调查.....................................................3

3.1换热器结构及工作原理......................................3

3.2换热器运维成本.............................................4

四、目标设定.....................................................6

五、原因分析.....................................................7

六、要因确认.....................................................9

七、制定对策....................................................14

7.1对策优化..................................................14

7.2制定对策..................................................15

八、对策实施....................................................16

8.1阻垢剂选型、采购..........................................16

8.2冷却水管路改造...........................................20

8.3硅磷晶罐体制作、安装.....................................21

8.4化学清洗..................................................24

8.5对比实验..................................................24

九、效果检查....................................................25

9.1课题目标完成情况.........................................25

9.2设备及水质改善情况.......................................26

9.3效益分析..................................................32

十、巩固措施....................................................33

十一、总结及下一步打算..........................................34

11.1总结.....................................................34

11.2下一步打算...............................................34

2/36

刖B

我厂中央空调制冷站拥有4台制冷机，担负着各车间空气温湿度调节

的重任。在制冷过程中，疾热系统担任着“搬运”热量的重要作用。简单

来说，中央空调以冷冻水作为媒介，通过制冷机将车间的热量“搬运”到

大气中去，而这个“搬运工”正是流经换热器的冷却水。

换热器的运行维护工作包括两部分：冷却水供给及换热器相关设备的

维护保养。结合中央空调实际投运情况来看，换热器由数千更铜管组成，

每年更换铜管费用均高达数万元，进而导致换热器运维成本居高不下。

为践行工厂“精益管理”成本控制的理念，在保证设备正常运行的前

提下，切实有效降低制冷机换热器高昂的运维成本，“绿色”公共QC小组

开展此次攻关型课题的QC活动。

小组概况

表1小组概况表

课题名称降低3#制冷机换热器运维成本

课题类型攻关型小组名称“绿色”公共QC小组

成立时间2013年11月活动时间2013年11月-2015年1月

注册号HH2QC-14-40-01注册日期2013-10-26

序号姓名性别组内职务学历/职称小组分工

1李伟男组长部长对策设计

2张天成男组员工程师实施组织

3赵文波男组员工程师对策设计、图纸绘制

1/36

4李海刚男组员工程师项目实施、改进

5文守轩男组员本科项目实施、改进

6陈坚男组员中技项目实施、改进

7刘恒铭男组员本科实施、资料整理

工程师、

8吴贵乾男组员效果测试

初级诊断师

9杨梅女组员本科数据采集、整理、发布

10乔杰男组员本科活动记录、发布

制表：杨梅时间：2013年11月

表2活动计划

日期

2013.112013.122014.12014.2……2014.122015.1

项目

制表：刘恒铭时间：2013年11月

2/36

二、选题理由

精益管理之成本控制，部门配件消耗费用

《100万元/年

三、现状调查

作原3#制冷机换热器运维费用＜7万元/年

a.换热器件构

本文・指制冷机换热器包业士门4忠以此怖珏.见日口火及吸收

器，其利L由直径为16m小组统计2013年3#制冷机换热器运维成本其中

如图所示

图3为换袋器在制冷机年

设备现状

V

选定课题已〉

降低3#制冷机换热器运维成本

3/36

图3制冷机换热器（冷凝器、吸收器）

b.换热器工作原理

在冷凝器及吸收器中，冷却水均走管程（铜管内部），其余介质走壳程

（铜管外部），冷却水由低温状态（30C左右）依次流经吸收器、冷凝器,

在换热器内部通过铜管与其他介质发生热交换将热量带走，最后温度升高

（34C左右）流出制冷机。

3.2换热器运维成本

经过小组调查统计2013年3#制冷机换热器运维成本主要包括：“维修

保养成本”及“运行成本”两部分。

a.维修保养成本

3#制冷机换热器2013维修保养成本如下表所示：

表33#制冷机冷却水换热器2013年期间维修保养成本表

故障名称铜管结垢铜管泄漏冷却塔清洁保养

4/36

维保措施化学清洗堵漏更换铜管清洁保养

发生次数

14210

（次）

46

单次成本

5927—40909（每次需5小水，

（元/次）

软水9.2元/m'）

合计

5927—81818460

（元）

制表：刘恒铭时间：2013年11月

制冷机投运过程中，铜管内壁会逐渐被冲刷、腐蚀变薄，最后破损出

现漏点。当铜管出现泄漏时，须打开换热器盖板进行检漏、堵漏工作。此

过程会破坏制冷机内部真空，其与空气接触内部腐蚀会加剧，对设备损害

大。因此，检漏工作不能频繁进行，当铜管漏点增多，则考虑更换铜管。

b.运行成本

“运行成本”主要指冷却水用量。投运时，冷却水在风冷过程中有部分

被蒸发，需持续补充冷却水。以3#制冷机为例，其冷却水投运成本如表4

所示：

表43#制冷机换热器运行成本表

冷却水投运情况每年投运200天，每天投运12小时，每小时补水1.5m3

冷却水用量3600m7年

冷却水成本9.2元/m3

合计33120元/年

制表：刘恒铭时间：2013年11月

因此,，3#制冷机冷却水换热器运维成本可总结如表5所示：

表53#制冷机换热器运维成本统计表

成本（元/年）占比

5/36

内部清洗成本59274.89%

铜管更换成本8181867.44%

日常清洁保养成本4600.38%

冷却水成本3312027.30%

总计121325100%

制表：刘恒铭时间：2013年11月

图43#制冷机换热器运维成本彷图

由图4可知，铜管更换成本占总运维成本的67.44%,是导致2013年

3#制冷机换热器运维成本较高的主要原因。

Ui目标设定

因现状调查可知2013年3#制冷机换热器运维成本为12.2万元，高于

部门控制成本7万/年，而其中铜管更换成本占67.44%是导致超标的主要原

因，小组通过研究认为通过此次活动我们可解决该问题的70%,即：

12.2*(1-67.44%*70%)=6.44

即我们若解决该主要因素的70%,则3#制冷机换热器运维成本平均可

降至6.44万/年，同时考虑留有余量，故小组将此次活动目标定为部门考

6/36

核值7万/年。

3个般II换热器运维成本目标（万元/年）

图5设定目标

五、原因分析

小组成员通过对现状调查中3#制冷机换热器运维成本较高的原因进行

分析发现铜管更换成本较高，而导致铜管频繁更换的主要原因是铜管腐蚀

过快导致破损出现漏点。因此小组基于铜管腐蚀过快，通过鱼骨图找到了

以下末端因素，如下图：

7/36

图6换热器运维成本较高鱼骨图

小组成员对产生的7个末端原因进行了逐一排查，见下表:

表6末端因素确认表

序号末端因素确认内容确认方法标准确认人完成日期

有《公共设施维修

确认有无操作现场查看操作

1无设备操作规程部中央空调设备文守轩2013-11-20

规程规程

操作规程》

操作人员未受专操作人员是否现场查看操作经过培训获得职

2文U恒铭2013-11-20

业培训经过培训人员相关证件业资格证书

换热器铜管壁查阅相关资料换热器铜管壁厚

3铜管管壁过薄赵文波2013-11-21

厚度否达到标同时现场实测20.80mm

续表

8/36

软水PH值在冷却

软水水质PH值软水水质PH水处理进行水

4水水质标准显示文守轩2013-11-22

过高值是否过高质检测

6.50-8.0范围内

与运行产生的不凝气体不会与

与内部不凝性气查阅资料及技

5不凝气体是否铜管发生化学、物赵文波2013-11-23

体发生反应术咨询

发生反应理反应

与运行中可能现场确认涉及涉及杂质不会与

与外部杂质发生.

6涉及杂质是否杂质种类及查铜管发生化学、物李海刚2013-11-23

反应

会发生反应阅资料理反应

有《公共设施维修

有无设备保养现场看看保养

7无设备保养制度部中央空调设备文守轩2013-11-20

制度规程

维修保养规程》

制表：刘恒铭时间：2013年11月

六、要因确认

根据末端因素确认表所列的原因进行分析，要因确认如下:

要因确认一无设备操作规程

确认内容人员未按章程对设备进行规程操作

确认人文守轩确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法现场查看操作规程

标准有《公共设施维修部中央空调设备操作规程》

9/36

Q[

il云红河热团红网我烟厂企业标准

■3fY.CJ.00620»<.

公共i殳的ttt修部中央空调设备操作规程

确认过程

1黄端E，》6KM1

Cornix公八**

3”

小组于11月检Z里确认制冷站操作室有《公共设施维修部”1央空调设备操作规

程》，并现场抽查工:作人员操，作过程，均按章操作，同时部门还定期对操作人员

进行岗位知识技能方普训0

确认结果有设备操作规程结论非要因

要因确认二操作人员未受专业培训

确认内容操作人员是否经过专业培训

确认人刘恒铭确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法查看操作人员相关证件

标准经过培训获得相关证书

织业资格i正书

中华人人<X«upM«H»nalQttalinciMiunCcrvin<«tc

•Re（s*t）三级/商级技能

IhiidLevel/Senior与lullIwvel

确认过程不

中华人K共彳口凶

人力资好和桂今保障部卬市）

T»»cProplc'*HepuZH：nfCh»"«

确认结果操作人员经过专业培训并获得相关证书结论非要因

要因确认三铜管管壁过薄

10/36

确认内容换热器铜管壁厚度是否达到标

确认人赵文波确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法查俄相关资料同时现场实测

标准换热器铜管壁厚20.80mm

3#制冷机使用铜管设计参数为①15.88X0.80的内螺纹铜管。

下表为随机抽洋所测得铜管壁厚情况：

1#2#3#4#5#平均

外径

15.8815.8915.8815.8715.8815.88

(nun)

确认过程内径

14.2614.2714.2414.2514.2814.28

(mm)

壁厚

0.810.810.820.810.800.81

(mm)

内螺纹管壁厚越薄传热效果越好，但壁厚过薄，会削弱管材的强度及稳定性；

壁厚过厚，又会影响传热效果。

3#制冷机选用铜管平均壁厚0.81mm

确认结果铜管壁厚20.80mm结论非要因

要因确认四软水水质PH值过高

确认内容软水水质PH值是否过高

确认人文守轩确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法水处理进行水质检测

标准软水PH值在冷却水水质标准显示6.5-8.0范围内

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查阅制冷机冷却水水质标准显示在25℃时，冷却水、冷水PH值为6.5-8.0,

小组于2013年11月组多次将水质样本送至水处理进行水质检测。

水质对比表

碱度氯根硬度导电率

pH值

(minol/L)(mg/L)(umol/L)(25X：Cus/cm)

自来水5.280620610007.65

软水1#4.3654286010.05

软水2#3.0626260010.50

软水3#2.0506269010.60

软水4#3.5485275010.45

由取样结果看出软水PH值已经超过冷却水水质标准中规定的PH范围，针对

此结果，小组成员进一步查阅资料。

图为小组成员查阅《金属腐蚀手册》所得在标准大气压、常温卜铜腐蚀速率

与PH值关系图，结合换热器铜管所处真空环境、30℃左右环境温度考虑，小组

确定该腐蚀速率应高于图所示，由图看出当PH值高于8时开始出现拐点，腐蚀

速率大幅上升，故软水PH值过高是导致腐蚀的主要因素。

确认结果PH值过高结论要因

要因确认五与内部不凝性气体发生反应

确认内容与运行产生的不凝气体是否发生反应

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确认人赵文波确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法查阅资料及技术咨询

标准不凝气体不会与铜管发生化学、物理反应

小组通过技术咨询，查阅资料，实地考查，找到3#制冷机在运行过程中涉

及的不凝气体，主要有：设备内部出现的氢气、氮气等不凝性气体。分析如下：

制冷机在运行过程中，蒸发器及吸收器内部会产生微量的氢气、氮气等不

凝性气体，影响制冷机的真空度，因此运维人员需定期对设备进行抽真空操作，

确认过程

将这些不凝性气体抽出。

在常温下，氢气、氮气化学性质稳定，制冷机运行过程中，蒸发器及吸收

器内部一般处在20℃以下的低温、真空环境，因此，氢气、氮气无发生化学反

应的可能，只会被抽真空抽走。

确认结果不发生反应结论非要因

要因确认六与外部杂质发生反应

确认内容与运行中可能涉及杂质是否会发生反应

确认人李海刚确认地点制冷站

确认时间2013年11月确认方法现场确认涉及杂质种类及查阅资料

标准涉及杂质不会与铜管发生反应

3#制冷机在运行过程中涉及的杂质有：空气中的粉尘、锈渣、填料碎片、空

气中的粉尘等小颗粒杂质。

在进行换热器铜管化学清洗保养时，打开盖板，会发现有淤泥等杂质，主要

确认过程就来源于：设备内壁生锈，产生绣渣：冷却塔位于露天环境，废气中的粉尘颗粒，

空气中的灰尘杂质会飘到冷却水中；同时冷却塔填料受冲刷会掉落小碎片。

在清洗保养时，这些杂质经水冲洗就会掉落，颗粒较小，不会附着于铜管内

壁之上，不会产生物理、化学反应。

确认结果不会发生反应结论非要因

要因确认七无设备操作规程

确认内容有无设备保养制度

确认人文守轩确认地点制冷站

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综上分析，小组成员确定了造成3#制冷机换热器运维成本较高的主要

原因：软水PH值均高于10,具有腐蚀性，腐蚀导致铜管寿命缩短，进而增

加运维成本。

七、制定对策

7.1对策优化

由要因分析可知，软水PH值过高对换热器铜管造成碱性腐蚀，加速铜

管损耗。因此，小组通过分析，认为对策重点放在改变“水质”上。经多

方调研，提出以下三种解决对策：

14/36

对策一：在软水中添加缓蚀剂；

对策二：放弃软水，改用纯水；

对策三：放弃软水，改用自来水，同时添加回垢剂。

对策分析如表7所示：

表7对策分析表

对策-对策二对策三

具体措施软水中直接添加缓蚀剂放弃软水，改用纯水自来水+阻垢剂

自来水硬度较高，长期使用

冷却水处于流动、蒸发、补购置专业设备，同时需改造

会产生水垢•，阻塞管道、影

技术难点水状态，精确控制缓蚀剂添管道，且需对操作人员进行

响传热，因此对阻垢剂要求

加量难度大专业培训

较高

缓蚀剂添加量无法确定，添购置专业设备成本过高，且若阻垢剂选取不当，将导致

对策缺点加少，碱腐仍存在：添加多，涉及人员培训，前期投入过铜管阻塞、设备效率大幅下

可能会产生新闻题大降

对策优点无管路改造，操作方便纯水不会导致腐蚀、结垢成本低、易操作

结论不采用不采用采用

制表：杨梅时间：2013年12月

小组通过对以上三个对策进行对比分析发现：对策一，缓蚀剂添加量

确定，对目前小组成员属较难攻克问题；对策二，设备购置成本过高，超

出部门、小组可承受范围；对策三，阻垢剂选型，属于小组人员可解决问

题，故小组最终选择采用对策三。

7.2制定对策

根据确定的最终解决办法小组成员制定了对策实施计划表：

表8对策实施计划表

要因对策目标措施地点负责人完成时间

15/36

1.阻垢剂选型、采购；

2.冷却水管路改造：

3.阻垢剂添加方式确定，

自来水

使冷却水同时制作盛放容器及安

软水水质办公室、3#冷赵文波、李

+PH值在装：2013年12月

PH值过高却塔平台海刚

6.5-8.0之间4.同时对1#、3#制冷机进

阻垢剂

行化学清洗，同步投入使

用；

5.对比实验。

制表：刘恒铭时间：2013年12月

八、对策实施

8.1阻垢剂选型、采购

a.阻垢剂确定

通过调研市场上多种不同原理的阻垢剂，小组选定使用硅磷晶。理由

如下：

图7硅磷晶

1）硅磷晶是一种用于保护生活饮用水和工业水系统管道的经济有效的水处

理药剂，在世界各国使用二十多年，在我国不同地区也有十多年的使用

实践，在阻垢、防腐等提高水质方面性能突出，技术成熟。其主要成份

16/36

为聚磷酸盐和聚硅酸盐，为第三代高聚和磷酸盐系防腐阻垢剂类的食品

添加剂，无害且不会改变水体的酸碱度。

2）防水垢原理：硅磷晶的主要成份在水中有效地抑制和干扰了碳酸钙晶体

的正常生长，控制了晶核形成的速度，使之不能沉积形成水垢。防腐作

用：微量的硅磷晶中p-p成份，隔绝了水中溶解氧与金属离子的化学反

应，阻止了氢氧化亚铁继续反应生成氢氧化铁（即钝化作用），在水管内

壁生成一种无定形的能自动修复的保护膜（lum）,这层具有强亲和力的

分子膜阻当了水中溶解氧的腐蚀，从而抑制了整个腐蚀的过程。

3）使用硅磷晶的操作方法简单，首先将其装入药罐内，然后接通水源，罐

内药剂通过水流冲击发生布朗运动，此时药剂缓溶于水中，就可正常发

挥它的药理作用。

4）硅磷晶的投加量约每吨水1〜5克，平时无需专人维护，只需要根据硅磷

晶消耗情况作适时补充即可，使用简单、成本低廉。

b.硅磷晶采购

通过立项申请采购硅磷晶药品如下：

17/36

图8硅磷晶药品

C.水质除菌剂的引入

1）菌类物质产生

鉴于硅磷晶主要成份为聚磷酸盐和聚硅酸盐，首先对其进行局部溶水

试验。即将其溶于水后，对水质进行检测，检测结果显示：自来水加入硅

磷晶，其溶解后水中有大量含磷有机物将会导致藻类产生，为了证实猜想，

小组在水质分析的同时，让其置于一个自来水持续流通的玻璃箱体内，在

试验一周后出现如图9所示现象：

18/36

图9玻璃箱内部出现青苔

2）除菌药物选定及投用：

通过研究、试用各类水质除菌药物，选定“固体杀菌剂CB-9099”。其

主要成分为氯代异氟尿酸，该化合物在水中易分解，且不会对环境造成影

响，常用于饮用水、游泳池水、工业循环水、污水等各种水质得杀菌消毒

处理。

小组成员根据“固体杀菌剂CB-9099”的使用说明及容器容量投入200g

（每片）至玻璃箱中观察杀菌效果，一周后再投200g,在试药两周后（如

图10）青苔等藻类彻底消除。

19/36

图10投药前后对比

由上图可知：“固体杀菌剂CB-9099”能有效去除自来水中的青苔等藻

类异物。

通过这次实验，小组成员积累到的经验为：自来水（投入硅磷晶）作

为冷却水的使用的过程中，会产生藻类异物，需要注意藻类异物的清除工

作。

8.2冷却水管路改造

在冷却水补水管道前端加装球阀1;然后将自来水管道搭接至球阀1后

端，同时加装球阀2。如图11所示：

20/36

N—加管道

图11管道改造

关闭球阀1,打开球阀2,即可阻断软水补水，实现自来水补水。当冷

却塔的自来水流经冷却水进口管道时，硅磷晶药罐内的硅磷晶就溶解在自

来水中。（溶解有硅磷晶的自来水从冷却水进口管道去到制冷机，在吸收器

及冷凝器的铜管里完成热交换后，再回到冷却塔进行冷却，如此循环下去。）

8.3硅磷晶罐体制作、安装

硅磷晶罐体作为盛放硅磷晶的容器，需满足要求：①具备一定的耐压、

防锈性能；②防止硅磷晶被其它异物污染；③方便添加药剂及罐体清洁保

养；④为获得较好的防腐、阻垢效果，硅磷晶罐应选择安装在制冷机冷却

水进口管道上。

a.硅磷晶用量：

根据水流量统计显示3#制冷机正常运行日处理水累计约为40m\软水

密度按IT/m：'计算，则日处理水量为40T/d,如表9硅磷晶使用量：

表9硅磷晶使用量表（节选）

日平均用水量小时用水量首次添加量加药器容积

(T/d)(T/h)(kg)(L)

续表

21/36

<1,5/0.30.3

2〜3/0.50.5

3〜4/11

5〜100.2〜0.422

10〜150.4〜0.655

15〜200.6〜0.877

20〜300.8〜1.212.510

30〜551.2~2.53020

55〜802.5〜3.64230

81〜1003.7〜4.65540

注:

1.添加量应根据水质及管线设备的使用年限等情况适当调整。

2.补加的时间间隔为3〜6个月，根据水质情况决定，补加量为首次添加量的1/4。

b.硅磷晶罐体设计及安装：

采购的硅磷晶规格为25kg/箱，再结合现场现有管道尺寸后，确定硅磷

晶罐体尺寸，其设计图纸如下：

22/36

品名：硅磷晶箱

熊体：厚石米不锈钢板制.

渊网：8—12归/英寸*不镑邻L双层.

视镜：两娈.厚6毫米玻璃，现视西

直径inO亳米.不像钢法兰.厚

15电米.

裔头：不锈钢冲压件，三个，45

度考•

排污阳：1”黄铜球阀.2只.

图12硅磷晶罐体设计图

按照图纸找相关厂家加工，硅磷晶罐体到位后，在冷却水进口管道

上选取一段进行改造，将罐体接入冷却水循环管路，并加装硅磷晶药剂：

图13焊接硅磷晶罐体

23/36

8.4化学清洗

对1#、3#制冷机冷却水系统（冷凝器、吸收器）进行化学清洗，清除

冷凝器及吸收器内铜管内壁上的水垢（如图14所示），然后3#制冷机取消

使用软水，开始改用自来水（加入硅磷晶）作为冷却水，作为对比1#制冷

机使用软水。

图14溟化锂吸收式制冷机清洗现场

8.5对比实验

为让实验结果易于量化，故选取一根3#制冷机换热器内部备用铜管（全

新），其规格为①15.88X0.80,截取长为2m的铜管后，均分为两部分。其

中铜管为紫铜密度为8.9g/cm3,因质量二密度*体积，故m=8.9X（1000X3.14

XQ.82）/1000=18.33g,分别投入1#、3#冷却塔相同位置，并让其浸泡在

冷却水中，并持续跟踪观察铜管表面变化，将在活动结束后对其进行称重，

以此度量、比较“软水”与“自来水+硅磷晶”两种环境中铜的腐蚀速率。

24/36

图15备用铜管照片

九、效果检查

9.1课题目标完成情况

通过硅磷晶及“固体杀菌剂CB-9099”的引入，经过一年的测试，在阻

垢方面起到预期理想的目标一一与软水相同，同时防腐蚀方面，自来水加

入硅磷晶水质呈中性偏弱碱，降低铜管腐蚀速度，极大延长了铜管使用年

限。那么，使用自来水加入硅磷晶的对策使得3#制冷机换热器运维成本如

下：

项目实施以来，跟踪调查的一年内3#制冷机换热器运行成本主要体现

如表10所示：

表10活动后换热器运维成本

成本（元/年）

日常清洁保养成本145

活动改造成本9620

冷却水成本10440

续表

25/36

铜管更换成本45000

总计65205

制表：刘恒铭时间：2015年1月

故3#制冷机换热器运维成本为：10440（运行成本）+45145（维护成本）

+9620（活动成本）=65205元,即6.5万元。

图16换热器运维成本活动前后对比

从以上的数据可以看出：通过本次QC活动之后，3#制冷机换热器运维

成本从原来的12.2万元降低到6.5万元，超过预期目标。

9.2设备及水质改善情况

a.水质情况

经过为期一年的水质跟踪调查，如表11所示:

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表11改造后冷却塔水质情况

碱度氯根导电率硬度

(mmol/L)(mg/L)(25PCus/cm)(Pmol/L)

/761\

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