高层机房空调水系统维护经验交流

2012-09-25叶明哲

通信电源技术 2012年1期

叶明哲

（中国电信浙江省杭州分公司）

0 前言

现代电信枢纽楼越来越多地采用高层设计，在高层建筑中，传统的风冷机房空调外机无法布置，这使得高层通信枢纽楼只能采用水冷的机房空调或者是冷冻水型的机房空调，同时现代通信枢纽楼机房设备发热量大，要求空调系统连续运行。这种情况下，水系统是无法中断的，必须在运行中进行检修和维护，这就对空调水系统的运行和维护提出了非常苛刻的要求。因此高层通信枢纽楼水系统的运行和维修经验对保障机房的安全具有重要的意义，而目前已有的水系统维护经验仅仅停留在民用空调水系统上，不能在通信机房空调水系统中进行运用和借鉴。

1 关于高层机房水系统设计建议

（1）水系统最好采用闭式循环：由于通信机房的特点，要求水系统连续运行，不容许中断。如果采用开式系统（图1），水与大气接触，循环水中含氧量高，容易导致管路腐蚀。而采用闭式系统，由于管路不与大气相接触，管道与设备不宜腐蚀；不需为高处设备提供静水压力，循环水泵的压力低，从而水泵的功率相对较小；由于没有回水箱、不需重力回水、回水不需另设水泵等，因而投资省、系统简单。

图1 开式循环和闭式循环

（2）系统宜采用同程式：异程式的管路配置简单，管材省，但各并联环路管长不相等，因而阻力不等，流量分配不平衡。采用同程设计，各并联环路管长相等，阻力大致相同，流量分配较平衡。如果管理安装受限，无法采用同程式，可以在各楼层选用流量平衡阀。

（3）系统要备份和冗余：考虑系统的可靠性和备份，高层数据机房水系统宜采用两个独立的水系统或者设计成两个独立的单元，每个系统或者单元包括独立的冷却塔、水泵、管路及机房空调等；两个系统或者单元的管路间通过阀门连通，水泵、冷却塔和管路均形成双备份，考虑水泵的重要性，循环水泵的电源不能来自于同一路市电，以消除单点故障隐患。

（4）水泵（图2）和闭式凉水塔均要有冗余和备份，且水泵和冷却塔要可以进行切换和调度灵活方便，以便于检修和根据需要调整改变运行方式。

图2 浙江第二枢纽楼冷却水水泵系统配置

（5）每个楼层或者机房宜安装联络阀门，确保每一处可以进行冷却水系统的切换和调度，确保灵活方便，消除楼层和机房的单点故障。

2 浙江省第二长途枢纽大楼水冷系统简介

浙江省第二长途枢纽大楼是比较具有代表性的一幢高层建筑，楼高240 m，建筑面积约80 000 m2，集机房和办公功能于一体，其中1楼到21楼为机房，目前各楼层机房功能和机房空调数量如表1，为了满足通信枢纽楼制冷的要求，浙江省第二长途枢纽大楼1层～21层采用了水冷的专用空调系统（闭式冷却系统＋外置壳管式水冷冷凝器机房专用空调机组），系统设计了2个相对独立的单元，每个单元由4台冷却水量为388.8 m3／h（108l／s）的 BAC闭式冷却塔（1台备用）和3台690 m3／h的冷却水泵（1台备用）组成，每个单元系统如图3所示。

表1 浙江省第二长途枢纽大楼已安装空调情况

图3 浙江第二通信枢纽大楼机房空调水冷系统1单元系统图

第二通信枢纽大楼的冷却水系统，设计为两个单独的系统，组成1＋1备份模式。每个系统各配置4台冷却塔和3台冷却水泵，共8台冷却塔和6个冷却水泵，楼层水平支管采用联络阀联络。机房空调系统示意图如图4。

图4 浙江第二通信枢纽大楼机房空调系统示意图

系统安装8台，每台冷却塔标称冷量为1 500 k W，4台冷却塔并联工作时，冷量为6 000 k W。整个枢纽楼目前安装单台冷量为100 k W的机房空调90多台，散热量合计11 000 k W以上。专用空调水系统设计长期稳定工作的最高供水温度为32℃。

3 水冷系统运行情况和面临问题

该专用空调水冷系统从2006年4月投入运行，运行非常稳定，至今已经6个年头，为通信枢纽楼的正常运行提供了非常好的保障。但是系统也面临着下列问题：

3.1 水冷系统运行的极限温度

表2是2011年夏季两个冷却水系统8个冷却塔均投入工作的最高运行温度。

表2 水冷系统夏季最高工作温度

I2套冷却系统供水最大水温已经分别达到31.6℃和31.8℃，已经接近正常工作的32℃上限。在2011年6月22日下午，网运中心动力部门在夏季进行了模拟单系统工作试验，关闭了一半冷却塔，模拟单系统运行进行了一次试验。

试验过程中供水温度一直上升，约40分钟后水温突破35℃依然无法稳定，表3为水冷系统最高温度；专用空调器陆续出现高压故障，试验被迫终止（图5）。试验过程中，温升速度约0.1℃／min。

从测试情况来看，在单系统或4个冷却塔工作情况下，供水水温突破35℃依然无法稳定，并导致专用空调器陆续出现高压故障。这表明杭州电信大厦专用空调水系统在夏季已经不能单系统工作。

表3 水冷系统测试情况下最高工作温度

图5 冷却系统供水水温变化图

3.2 水冷系统检修问题

2011年底，在进行系统倒换过程中，发现部分阀门出现了泄露，导致系统无法关严的问题，水系统失去备份和冗余关系，系统需要维护和检修，但是维护和检修过程必须确保两个水冷系统中一个系统能正常运行，以确保机房安全，然后才可以对另外一个水系统进行放水操作，之后进行维修。但目前因为阀门泄露的原因，导致两个系统间无法完全关闭，一旦放水，会影响到另外一个系统。

特别是在系统不能停的情况下，系统运行和维护的问题就是如何找出泄露的阀门；如何在不影响机房空调工作的情况下，更换泄露或故障的阀门。

3.3 找出泄露的阀门

杭州电信大厦2层～19层的水平管路如图6。目前1、2系统均处于运行状态，供、回水阀全部开启，联络阀均处于关闭，系统分离运行。由于系统处于运行中，两个系统的水压基本一致。

图6 水冷系统水平管路示意图

经过多次现场测试和维护人员的群策群力，我们提出如下阀门查漏方法：

（1）现场根据系统运行状态，先关闭系统1的供水阀门，之后关闭回水阀门，这时系统1管路显示的是回水压力，正常时该压力应该维持不变，如果回水压力上升，说明供水阀门异常。

（2）微开供水阀，这时系统显示供水压力，再关闭供水阀。正常时该压力应该维持不变，如果回水压力下降，说明回水阀门异常。

（3）供回水阀门恢复正常位置，并对出现高压报警的机房空调及时进行复位。

（4）采用同样方法对系统2进行判断。

（5）进行下一楼层查找。

通过上述方法，成功找到了泄露的阀门，情况如表4：

表4 水冷系统阀门损害情况统计

3.4 更换在线运行的阀门

考虑到系统的重要性和更换的复杂性，杭州电信网络操作中心制定了严格的阀门更换步骤，按以下步骤操作进行：

（1）相关楼层空调割接：对7楼的四台机房空调的8台壳管式冷凝器的水系统进行割接，将7楼1号系统运行的空调全部割接到2系统上，割接过程见图7～图14。

（2）系统倒换：割接成功后，对水冷系统进行倒换，打开联络阀并关闭1系统的供回水阀，将1号系统的空调全部倒换到2号系统（图15、图16），确保空调正常运行。

（3）观察：倒换成功后，对1号水冷系统进行放水，密切观察2号系统工作情况。

（4）阀门更换：1号水系统水全部排出后，对上述阀门进行检修和更换（图17～图19）。

考虑过程处理时间可能较长，而且故障处理过程中会出现一些不可预计情况，因此必须确保另外一套冷水系统的万无一失，为此制定了应急预案，明确施工人员的相关操作以及工具和仪器准备完善。同时要求在更换过程中，中央空调维护人员必须开启低区、高区中央空调，确保中央空调可以随时投入使用或直接投入使用。

3.5 阀门损坏的主要原因

从更换下来的阀门情况看，阀门的阀板橡胶普遍存在老化现象，因此阀板橡胶老化是阀门失效的主要原因，具体情况如下：

图7 ～图14 楼层空调割接现场

（1）7楼1号系统回水阀，阀门橡胶老化，有两个针状漏点；8楼系统联络阀、阀门橡胶老化，有明显裂痕。12楼1号系统供水阀，阀门阀板橡胶老化，密封橡胶有部分脱离现象（约1c m），如图20～图22。

图15 ～图16 阀门倒换操作现场

图17 ～图19 阀门更换现场

图20 ～图22 阀门密封圈损坏情况

（2）阀门刚性损害：2冷却塔1号系统进出水阀，阀门钢板断裂，阀门严重失效。2号冷却塔2号系统阀门定位销异常，导致阀门无法开启和闭合，严重失效，如图23、图24。

（3）地下二楼防爆阀检修情况

拆开防爆阀，发现阀体内部被头发丝和拖把布条缠绕，造成阀门严重堵塞，影响到该阀门的排水。考虑到地下一楼的所有排水均通过该阀门排到地下二楼，该阀门堵塞会导致专用空调泵房的安全，故提请物业公司注意地下一楼用水，不要在地下一楼水池清洗物品，以免不必要的堵塞。

3.6 BAC冷却塔检修和更换

在2011年冬季，8台冷却塔中有一台冷却塔的盘管发生了泄漏，盘管裂开了一个大口子，杭州分公司维护人员及时对该冷却塔进行补漏抢修，并及时制定了应急预案和更换步骤，然后根据方案及时进行了更换，如图25～图28。

图23 ～图24 阀门刚性损坏情况

4 水冷系统检修的总结和反思

（1）从本次阀门的检修情况来看，阀门橡胶老化以后将是阀门失效的一个主要问题。因此，要把水冷系统列入维修计划，并在每年的大修计划里面进行周密计划和安排，定期对水冷系统进行检查，及时发现损害的阀门，同时结合阀门的使用年限，对异常的阀门和超年限阀门及时进行更换，并有计划对闭式冷却塔进行维护和检修。

（2）由于该水系统大量采用了蝶阀，而蝶阀的特点是启闭速度较快，结构简单，造价低廉，且是靠橡胶来密封的，严密性和承压能力不好。在事关系统密封性和一些频繁操作的场合，建议还是采用闸阀。闸阀是靠金属来密封的，可靠性更高。

（3）关闭不使用的冷却塔时，只能关闭一只阀门，如果进出阀门同时关闭，由于设备内的水受到热胀冷缩的影响，会对设备或者阀门的造成损坏。

图25 冻裂的镀锌钢管

图26 补漏现场

图27 ～图28 闭式冷却塔更换现场

（4）冬季要对冷却塔制定完善的防冻措施。在冬季基本不用的场合须将喷淋水和内部循环水排空，确保流水畅通和排空干净，必要时可以通入压缩空气辅助排空。部分时间段运行的场合，自动控制电加热器的启停。电加热器的功率选择依据循环水量和外界气温确定。常年运行的场合要根据负荷的大小调整冷却塔台数运行的数量，同时不运行的冷却塔不能关闭进出水的阀门，确保冷却塔获得合适的热量，避免冷却塔冻裂。