工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

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摘要:工業(yè)循環(huán)冷卻水對(duì)水溫、水質(zhì)的控制難度較大，以具體工程為例，指出該試驗(yàn)間內(nèi)設(shè)計(jì)有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)探討，從而為今后開展工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞:循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分析，技術(shù)要求

0引言

現(xiàn)如今，隨著《中國制造2025》規(guī)劃方案的提出，我國科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度在不斷加快，現(xiàn)代化的工業(yè)技術(shù)也越來越多，工業(yè)制造過程中所面臨的問題也越來越多，尤其是能源需求問題，更是呈現(xiàn)了多樣性以及復(fù)雜性。工業(yè)設(shè)備運(yùn)行過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的能源消耗，且散熱量也會(huì)隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的推移而增加。為了使工業(yè)設(shè)備時(shí)刻保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，就必須要大量的冷卻水來對(duì)設(shè)備進(jìn)行降溫散熱，這就給設(shè)備的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)提出了更高的要求。

1循環(huán)冷卻水的技術(shù)要求

高溫實(shí)驗(yàn)箱設(shè)備對(duì)循環(huán)冷卻水設(shè)計(jì)供水溫度要求在26℃以下，進(jìn)水溫度與出水溫度的溫差應(yīng)當(dāng)為5℃，最低供水溫度則不能低于16℃。原來本工藝循環(huán)冷卻水都是從室外的30t冷卻塔中取用，而冷卻塔所提供的冷卻水溫度是很難控制的，其水溫會(huì)受到室外空氣溫度的影響，冷卻塔的出水溫度與空氣溫度的差別一般都在左右。將冷卻塔的尺寸進(jìn)行擴(kuò)大后，其差別可以控制在2℃?，F(xiàn)在用戶為了保證試驗(yàn)效果，采用大量自來水長時(shí)間循環(huán)降溫，水不經(jīng)循環(huán)直接排掉。高峰期間，為了使本年的冷卻塔出水溫度分布狀況得到更加充分的體現(xiàn)，采用了室外氣象參數(shù)模擬軟件繪制出了以下冷卻塔出水溫度分布圖。冷卻塔在夏季出水溫度大于30℃的天數(shù)為23d;全年出水溫度小于20℃的天數(shù)為168d;能夠達(dá)到工藝要求的16℃≤T≤26℃的天數(shù)為174d(全年按365d計(jì))。通過上述分析可以看出，長治夏季的冷卻塔出水溫度是不能達(dá)到冷卻水出水溫度小于26℃標(biāo)準(zhǔn)的。因此，在夏季高溫天氣下，應(yīng)當(dāng)采用輔助加冷設(shè)備，來對(duì)冷卻塔出水溫度進(jìn)行控制，從而確保冷卻塔出水溫度能夠符合工藝要求。

2使用問題

目前實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行情況存在以下幾個(gè)問題:1)冷卻水溫度達(dá)不到工藝要求。2)折中方案用自來水循環(huán)直排保證工藝要求，單月水量2000t左右，造成水資源大量浪費(fèi)，費(fèi)用居高。選用閉式冷水塔，確保水質(zhì)同時(shí)提高循環(huán)水利用率，大大降低水資源消耗。3)設(shè)備選型不合理?，F(xiàn)在水池泵房流量24m3，5臺(tái)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，無法保證循環(huán)流量。根據(jù)系統(tǒng)要求重新配置水泵。4)冬歇期間，循環(huán)系統(tǒng)存在溫度過低及凍裂隱患。增設(shè)超低溫?zé)岜霉嵯到y(tǒng)，保證冬歇后使用工藝用水溫度，消除凍裂隱患。

3方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3．1增加夏季的輔助冷源

原來試驗(yàn)站設(shè)備6臺(tái)，通過30t開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻塔冷卻試驗(yàn)箱降溫?？紤]實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)值較高，建議選用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。高溫螺桿工業(yè)冷水機(jī)組，制冷量430kW～470kW，漢鐘壓縮機(jī)RC2-180B，冷媒R22，電源380V-3-50Hz，機(jī)組在蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度23℃/18℃，冷凝器進(jìn)出水溫度30℃/35℃工況下，制冷量:471．7kW，壓縮機(jī)輸入功率:83．1kW，該機(jī)組為非標(biāo)訂制產(chǎn)品，蒸發(fā)進(jìn)出水溫度23℃/18℃，考慮設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，建議選用雙機(jī)頭設(shè)計(jì)，既保證低負(fù)荷冷水輸出，同時(shí)強(qiáng)化機(jī)組使用的安全性，充分保證試驗(yàn)要求。

3．2冷水塔的選型

選用閉式冷水塔100m3。1)運(yùn)行穩(wěn)定。采用軟水來作為冷卻介質(zhì)，不僅能夠有效保障水質(zhì)的穩(wěn)定性，防止結(jié)垢的問題的發(fā)生，還能夠有效避免腐蝕現(xiàn)象，使設(shè)備的使用壽命得到有效延長，確保工業(yè)設(shè)備能夠得到有效的冷卻。2)節(jié)水節(jié)省費(fèi)用。我國北方一些地區(qū)的水資源比較缺乏，如果采用開式冷卻塔來進(jìn)行工業(yè)設(shè)備的降溫，會(huì)大大增加水資源的消耗量，使原有的水資源缺乏問題變的更加嚴(yán)重。而采用閉式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，能夠避免冷卻水與外界空氣的接觸，從而減少水分的蒸發(fā)，使軟水的消耗得到大幅降低，不僅能夠減少水資源的使用量，還大幅減少了工業(yè)企業(yè)的運(yùn)營成本。

3．3冬季防凍熱源的選型

由于春節(jié)會(huì)有一段放假時(shí)間，工業(yè)設(shè)備有很多都會(huì)停止運(yùn)行，而在停止運(yùn)行的過程中，冷卻水管道內(nèi)的水溫就會(huì)逐漸下降，等再次開始工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)候，水溫必然會(huì)低于15℃，而管道的防凍溫度設(shè)計(jì)僅在5℃，很可能會(huì)出現(xiàn)管道凍住的現(xiàn)象。所以，在冬季設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行之前，需要對(duì)管道內(nèi)的軟水進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理，確保管道內(nèi)的水溫控制在18℃以上，為設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行提供有效的保障。方案一，利用廠區(qū)鍋爐內(nèi)的熱水，來實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)軟水的預(yù)熱，從而確保水溫能夠達(dá)到設(shè)備運(yùn)行要求。方案二，引入低溫空氣源熱泵機(jī)組預(yù)熱管道中的循環(huán)冷卻水選配一臺(tái)低溫空氣源熱泵機(jī)組－25℃正常工作，保證運(yùn)行后管道中水溫不小于16℃。建議選配成熟的空氣源熱泵技術(shù)，隨開隨用，不受大廠供熱能力的制約，冬歇后對(duì)冷卻水進(jìn)行適當(dāng)?shù)难h(huán)預(yù)熱，從而確保其水溫能夠符合工藝要求標(biāo)準(zhǔn)，確保工藝設(shè)備安全。

3．4管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3．4．1管道設(shè)置方式

管網(wǎng)在運(yùn)行過程中有水資源損耗是無法避免的，但是管道的漏水如果太過嚴(yán)重的話，那么就會(huì)給密閉式管路系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的影響，會(huì)導(dǎo)致管網(wǎng)水壓出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。這是由于密閉式水循環(huán)管路系統(tǒng)是由循環(huán)水泵來帶動(dòng)水循環(huán)的，管道內(nèi)會(huì)具有一定的壓力，如果出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，那么管道內(nèi)的壓力就會(huì)從漏水處泄掉很多，從而使冷卻水的循環(huán)速度達(dá)不到規(guī)定要求。在進(jìn)行密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道設(shè)置的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持便于維護(hù)、便于檢修的基本原則，盡可能的采用架空式的設(shè)計(jì)方案。原有管溝運(yùn)行多年，滴漏泡水現(xiàn)狀嚴(yán)重，建議架空走管，便于維護(hù)系統(tǒng)。

3．4．2管路系統(tǒng)的排氣

密閉式循環(huán)冷卻水管路系統(tǒng)的排氣主要有以下兩個(gè)部分:1)排出充水過程中管道內(nèi)所產(chǎn)生的空氣。2)排出因管道內(nèi)冷卻水流速過高所產(chǎn)生的空氣。在進(jìn)行密閉式循環(huán)冷卻水管網(wǎng)安裝的時(shí)候，一般都會(huì)盡可能的避開工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、水處理設(shè)備，都會(huì)將管道安裝在土建墻面、柱子上，因此，會(huì)出現(xiàn)大量的管道折疊現(xiàn)象，這就大大提高了管道積氣的排氣難度，很難使管道內(nèi)的空氣得到有效的排出，給管道運(yùn)行壓力值帶來一定的影響，甚至?xí)?dǎo)致管道振動(dòng)問題的發(fā)生。因此，在進(jìn)行密閉式工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)在管理系統(tǒng)上安裝一定數(shù)量的安全膨脹水箱，使其充分發(fā)揮出自身的排氣功能，使管道內(nèi)的積氣能夠得到有效的排出。在進(jìn)行排氣閥安裝位置設(shè)置的時(shí)候，必須要嚴(yán)格遵循以下原則:1)將排氣閥設(shè)置在容易產(chǎn)生空氣的管道部位;2)盡可能的將排氣閥設(shè)置在高處;3)盡可能的將排氣閥設(shè)置在距生產(chǎn)車間較近的地方;4)將排氣閥設(shè)置在便于維修與檢查的地方。

3．5系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

該工程設(shè)計(jì)中，為了使夏季冷卻水溫度能夠達(dá)到工藝要求標(biāo)準(zhǔn)，使冷卻效果得到有效的保障，采用了工業(yè)冷水機(jī)組制備冷凍水來實(shí)現(xiàn)。而在其余季節(jié)中，采用單一冷源形式的冷卻塔，就能夠使冷卻水溫度達(dá)到工藝要求。隨著室外溫度的不斷下降，冷卻塔的供冷能力也會(huì)隨之加強(qiáng)，通過對(duì)冷卻塔出水溫度的監(jiān)測，來對(duì)冷卻塔的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，能夠起到節(jié)約運(yùn)行成本的作用。

參考文獻(xiàn):

［1］李志斌，劉暢，方毅然，等．工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017(12):209-212．

作者：石玉磊 張崢 單位：山西恒星瑞邦供熱有限公司 淮海工業(yè)集團(tuán)