铜箔生产车间空调净化系统的运行与管理

李 华

（江铜-耶兹铜箔有限公司，江西 南昌 330096）

1 引言

江铜-耶兹铜箔公司地处南昌市高新区，是一家由江西铜业股份有限公司和美国耶兹铜箔公司合资组建的现代化高新技术企业，中国电子材料行业50强企业。公司主要生产锂电池箔、高温高延铜箔(HTE)、超低轮廓铜箔(VLP)、高频及高速应用铜箔（RTF）、挠性软板应用有胶及无胶（FCF）等高档铜箔。铜箔厚度从8～140μm不等，产品最大幅宽1300mm。由于产品的品质定位要求高，所以工艺系统内各环节出现任何细微波动都会对产品质量产生非常大影响。尤其是对生产作业环境要求很苛刻，生产作业现场必须保持无尘（十万级、一万级洁净度）和适当的温度(冬季：27±2℃、夏季：28±2℃）和湿度（45%以下）要求，并且车间压差大于10Pa，以便保持适当微正压。否则生产出来的电解铜箔容易因为环境的影响，产生铜粒、针孔或者氧化等品质问题。为了满足铜箔产品质量对生产作业环境的要求，公司在生产主工艺设备建成的同时，在两个生产车间内分别安装了一套空调净化系统，对铜箔车间的生产作业环境进行有效控制，并消除设备、人员、工艺、照明等一些客观干扰因素对生产车间作业环境温度和湿度的影响，确保铜箔生产车间的温度和湿度控制在工艺要求的标准范围内。

2 空调净化系统工艺介绍及工作原理

空调净化系统主要由制冷系统、空调本体、循环水换热系统、冷却塔、风管等组成。制冷系统由三台YORK生产的离心式以R134a为冷媒的冷水机组组成，它的作用主要是提供低温冷冻水给空调本体表冷器。空调换热系统主要由三大换热循环系统组成，分别是冷冻水循环、制冷剂循环、冷却水循环。

冷冻水循环：载冷剂（冷冻水）流过蒸发器，与蒸发器内的制冷剂进行换热，制冷剂蒸发吸收，随后载冷剂被泵送到空调末端装置中去，在翅化的盘管中流动，带走热量。载冷剂吸收热量后温度升高，然后返回冷水机组。

制冷剂循环：来自蒸发器的制冷剂蒸发流入压缩机，经旋转叶轮加压升温后排入冷凝器，冷却水吸收制冷剂的蒸汽热量，使之冷却，冷凝。冷凝后的制冷剂液体从冷凝器流入流量控制室，由里面的节流装置来控制蒸发器的制冷剂供液量。

冷却水循环：冷却水由外部冷却塔提供，冷却塔是用来将换热后的带有大量热量的冷却水和外界大气进行热交换，采用抽风式逆流冷却换热方式。空调本体以空气流动方向为顺序，主要的装置有进风段、初效过滤、表面冷却器、加热器、风机和中高效过滤器等。

电解铜箔车间是密闭环境，因铜箔产品的特殊制程要求，必须对车间温度、湿度及压差进行相应的控制和调节。而车间内这些工作条件达标主要依靠空调本体供给与交换，一部分是新风、一部分是回风,一方面要保证车间的微正压环境，另外保证车间的正常空气流动和温湿度要求，以及人员长期工作所需要的工作环境要求。湿度控制方式主要是通过上位机软件对房间温、湿度的设定，冷水阀、蒸汽阀根据房间的温、湿度的变化进行PID比例调节，以达到设定的要求；压差控制则由新风阀根据厂房内的压差变化调整变频风机的运行，调节送风量，以达到房间正压的要求。温度控制是由新、回风混合后经表冷段处理到露点温度除湿，经再热段蒸汽加热，达到送风温度后再进入电解铜箔车间。空调净化系统整体运行工艺图如图1所示。

图1 空调净化系统运行工艺图

3 空调净化系统的运行与管理

由于耶兹铜箔公司地处南方，一年四季室外空气温湿度变化大，而且电解铜箔生产工艺复杂，且对环境变化非常敏感。因此，做好空调净化系统的运行与管理尤为重要。不但可以提升电解铜箔产品品质，而且对降低成本、节能环保都具有重要意义。

3.1 制冷系统冷水机组的运行管理

冷水机组是空调净化系统中功率最大的设备，耶兹铜箔公司现有3台离心式冷水机组，其中两台为2441kW的离心机组，1台是进行变频改造的2813kW的离心机组。正常情况下，在夏季时两台机组同时运行，而11月至次年5月一台机组备用即可满足厂房内的工艺要求。在冬季，室外温度低于11℃时，环境湿度大大降低，冷水机组可以停机，通过全新风运行，实现节能。

冷水机组运行时， 冷冻水、冷却水进出水的温度变化影响着冷水机组的负荷变化，据统计可知冷凝温度每下降1℃就可实现节能2度电。随着冷凝温度的降低，冷冻机组压缩机COP（性能系数）显著上升［1］，较高的冷凝温度使压缩比升高，造成制冷输出容量降低、COP下降，输出功率升高。因此，控制冷却水出水温度就显得尤为重要。实践证明，制冷机组满负荷运转时，冷却水温度设为湿球温度加2.8℃。在部分负荷状态下，冷却水温度设为设计温度。冷冻水出水温度设定为5℃，在满足除湿要求的前提下，提高冷冻水的出水温度，降低制冷机组的负荷，达到节能的要求。

3.2 空调本体的运行与管理

空调本体的运行主要控制点有湿度控制、温度控制、风量控制和净化处理［2］。温湿度的参数控制采用电动控制方式：温控采用室内控制，以保证车间内的温度在设定范围内；湿度控制采用露点温度控制环节，以保证向车间内送风的含湿量。温湿度采集数据的敏感元件因放在电解铜箔生产车间内，所以要求现场作业人员在敏感元件附近不得放置冷热源及水源等物品，保持气流通畅，无阻挡，不形成涡流区，否则易造成数据采集无代表性而引起调节阀错误开停。风量控制主要是通过控制新风和回风比例来控制车间内的湿度。净化处理主要依靠初、中、高三级过滤器单元实现，因此，选用过滤器的型号和规格直接决定车间内的空气品质［3］。同时对于空调机组本体在冷凝后，需要用蒸汽加热的部分，使用工艺冷却水的余热进行温度调节，通过工艺冷却水代替蒸汽，基本杜绝了能源消耗，大大降低了生产成本。

3.3 冷却塔的运行与管理

冷却水在冷水机组吸收大量的热量，在冷却塔进行降温，再回到冷水机组进行换热，因而冷却塔的运行质量好坏直接影响空调的制冷效果［4］。根据对公司冷却塔长期运行管理的经验，冷却塔的运行管理总结以下两点：

首先要控制好冷却水的清洁，减少污垢和藻类产生［5］。一般情况下，运行一段时间后，冷却塔上的填料会形成很厚的污垢，影响通风散热量，迫使冷却塔风机长时间运转，不但电耗会加大，而且水蒸发量也会加大。底液中钙含量也会越来越高，从而导致恶性循环。要解决上述现象，必须要定期投加杀菌剂、除垢剂抑制污垢的产生。定期检测冷却水中的钙含量，定期进行部分或全部换水，要求排出口的水色和透明度与入口对比相近，无可见杂物［6］。

其次要周期性清洗冷却塔填料。该公司的冷却水塔含三个相同单元，制冷风扇相互独立而水箱互相窜联。当冷却量较小时，可以考虑将其中一台风机停掉，离线清洗冷却塔一个单元的填料。这样既不会影响生产，又不致填料结垢，而且也不会将清洗下来的钙垢带入水中。采用机械清洗防垢是上述化学手段的必要补充。

随着对设备运行规律的进一步熟悉、学习，我们对厂房的空间布局进行了改造、空调系统的温度节能控制方面进行了改造，将原来设计大气、宽敞、漂亮的车间空间压缩，使之变得更加紧凑，能耗更低。采光窗户做了防护避开阳光直接照射，同时要求车间内的设备要搞好5S工作，做到设备一尘不染，以便利于空调净化系统的保持。对工作人员进出频繁的区域，增加了缓冲间，避免了因人员的走动，对环境的影响，尽可能减少非必要人员进入洁净厂房，避免处于独立系统的洁净厂房的环境破坏。因为重新建立平衡既耗能，又影响电解铜箔的质量。

4 空调系统存在的问题及改进措施

空调净化系统给铜箔车间的生产环境提供了优质保障，但在目前运行过程中也存在一些问题，仍需要改进的地方，这与它们的节能运行同等重要。

（1）随着铜箔产能的扩大，冷冻水不仅要满足空调系统的使用，还要提供给生产工艺用水，以控制部分生产工艺指标。冷冻水需求量的增加，冷水机组的制冷量不足、冷却水的散热能力不够，导致厂房的温度、湿度难以控制的问题凸显。目前我们对供水系统进行改造，增大冷却、冷冻水量，以期达到现场对制冷效果的需求，同时提高系统运行时的COP。

（2）空调净化系统由于种种原因，目前未能实现联动自动运行，因系统的冷水机组制冷量都是一样的，在日常使用中经常出现一台不够用，而两台又出现浪费的问题，从而导致空调系统经常出现开开停停的状态。所以，为提高空调系统使用效率，公司下一步要对冷水机组、水泵、风机实现联动自动控制。

（3）车间湿度控制采用的露点湿度控制，只要房间湿度控制没达标和送风湿度末达到要求，冷水阀始终处于全开状态，造成冷冻水的浪费。而生产工艺对湿度的要求，特别是梅雨季节，温湿度变化大，又务必要将湿度控制好。因而在送风通道上加装空气电再热器，或者在铜箔生产车间内加装除湿机，这样就可以微调车间内相对湿度，达到车间湿度控制要求。

（4）空调新风口附近环境的干净整洁对系统运行很重要，因为新风杂尘多时易堵空调初级过滤袋，缩短了空调过滤袋的寿命，加大了风机的转速。同时更换过滤袋必须停机，对其它空调本体造成压力。因而，下一步需要对空调新风口附近环境进行整顿，确保干净整洁。

5 结语

江铜-耶兹铜箔有限公司空调净化系统的运行管理已经多年，期间也对部分设备进行了优化改造，取得了很好的效果。空调系统在使用过程中也取得了一定的运行管理经验，本文对空调净化系统的节能管理只作了简要阐述，尚需进行深入、细致的研究，更加全面系统地掌握其运行规律，更好地做好空调系统节能运行和优化改造工作。