通信机楼中央空调冷却塔在线割接方案研究
时间：2023-03-04 14:10:04 来源：千叶帆 本文已影响人
罗志全，陈杏灿
（中国移动通信集团广东有限公司广州分公司，广州 510000）
随着4G和5G的快速发展，业务量的快速增加，以及时间的推移，原有通信机楼内的空调系统存在制冷效率低、故障率高等问题。而通信设备作为重要的一级电力负荷，不单单电力不可中断，为了保障设备不会高温宕机，在供冷方面也要求不可长时间中断[1-7]。通信机楼内的供冷结构大多为冷水机组的供冷结构，且无充足的冗余备份下，中央空调与冷却塔在维保、维修、更换时，都需要对机房进行保障。对于无备份冷源的机房而言，保障方式一般都是临时建一套独立冷源，保障的成本较高。
本文将对某通信机楼原有供冷结构进行分析，进而提出一种冷却塔在线割接的保障方案，降低保障成本，最后对方案实施落地的效果做进一步的评估后，提供了一种较为优化的施工保障方案。
某通信机楼的供冷结构如图1所示，原结构中，整栋大楼的供冷方式主要分A和B两套系统。其中，A系统是由2台300冷吨的约克冷水机组、3个冷却水泵、2台400 m3/h的冷却塔、3台冷冻水泵和末端负荷组成。B系统由2台300冷吨的羿歌蒸发冷一体式的冷水机组、3台冷冻水泵和末端负荷组成。B系统这种蒸发冷一体式的冷水机组内集压缩机、冷却水泵、蒸发器和冷凝器于一体，在实际运行过程中，B系统2台羿歌机组长时间运行，冷凝器因结垢问题，无法像壳管式冷凝器可进行酸洗通炮，导致机组冷凝压力持续升高。且机组本身产品质量问题，多处零部件故障率高，运维过程中耗费较大的成本。最大的问题是，随着末端IT负荷的增加，羿歌机组制冷效率下降，致使这栋通信机楼在夏季无冷源备份。因此，在夏季，任意一台机组出现故障，将严重影响机房供冷安全，亟需将2台羿歌机组淘汰替换。
图1 某通信机楼供冷结构
原羿歌机组因其设计的缺陷与产品质量问题，无法满足机房供冷需求，需将该系统替换为传统的冷水机组+独立冷却塔的模式。故需要拆除2台羿歌机组，新增3个冷却水泵和2个独立的冷却水塔。但该机楼施工最大的困难是整个大楼为在用通信设备，需要在保障原有通信设备无任何影响下进行施工改造。第一个困难是如何新建水塔，原有屋面已被大量设备与管路占用，基本无空余空间，且在大楼新增水塔，一方面需要考虑防水问题，不能破坏原有防水层，以免影响6楼的设备；
另一方面是承重问题，新增的2个水塔运行重量约15 t，且有其他管路等，需考虑承重是否满足。
通过现场勘查与对原有系统的分析，考虑在1楼找个空地新建2个冷却水塔，将原有1楼的2台约克主机通过割接的方式，割接到系统中，此后，楼顶原来给约克主机的2个冷却水塔即可空出来，再通过新建冷却水管与水泵，创造条件来进行羿歌主机的更换。
该施工过程最大难度在于保障难度大。可停机操作时间短的问题，经过测试，停机15 min机房即可出现高温，停机1 h机房局部温度可达30℃以上，这对于一些数据机房来说是相对比较高的温度。因此，需要先解决一楼冷却塔的割接问题，故提出以下施工割接方案，并对其进行分析。
如图2所示，在1楼的空余位置新建了2个冷却水塔（双模块机组），将固定管路与阀门准备好，该施工期间不影响原有系统的运行。通过1楼新建水塔进出水管焊接三通接口，并新建一套临时管路、阀门与临时水泵割接使用。
图2 割接方案步骤1
如图3所示，先停1号约克机，关闭1、2号阀门，开25、27、29、30、31、32和33阀门。拆除主机进出水口管件，将1号约克主机接入临时管路，启动水泵、开水塔风扇，最后开1号约克主机。
图3 割接方案步骤2
如图4所示，1楼2号约克主机停机，停水泵关闭阀门后，将2号约克主机也接入临时系统，开26、28、34阀门。开启2号约克主机，至此，原冷却系统已全停，可进行排水切割与焊接。
图4 割接方案步骤3
如图5所示，2台主机已通过临时管路与临时水泵开机运行，旧管路系统全停排水后，可对主管切割进行焊接，将13和14号阀门后接入原有冷却水系统，并增加21和22阀门将1楼管路与楼顶管路隔离。这步切割和焊接时间约2~3 d时间。
图5 割接方案步骤4
如图6所示，将2号约克主机先停机，拆除临时管路，接回原来冷却系统，打开阀门后，开水泵并开启约克主机。
图6 割接方案步骤5
如图7所示，将1号主机按相同方式接回原系统，并开机，拆除所有临时管路与水泵。冷却塔进出水管三通口处用法兰盲板封堵死，至此，割接完成。
图7 割接方案步骤6
该通信机楼通过该方案现场施工（图8），成功完成冷却塔的在线割接，避免了2台主机的长时间停机，保障了该机房的供冷安全，为楼顶更换羿歌中央空调创造了条件。
图8 现场施工图
夏季无备份冷源，若需要对楼顶2台羿歌主机进行更换，必须先新建一套临时的冷源。目前，新建临时的末端冷源一般通过布置分体空调，布置到每个机房的每个通道，以确保机房在停机情况下机房供冷安全。按2台羿歌共约2 100 kW制冷量，每台分体空调12 kW制冷量，整栋楼需布置约175台分体空调才可满足机房供冷要求。每台分体空调含主材、辅材与安装，费用约1万元，即若通过布置分体空调做保障，需要投资约175万元。本文的方案主要费用在于临时系统的搭建，实际估算得到，该临时系统的搭建共需要投资约20万，投资比约为9∶1，可大大降低改造投资费用。
本文介绍了某通信机楼的结构，并介绍了一种冷却水塔在线割接的实施方案，分析其具有较高的经济性，适合老旧机房的改造。
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