工业循环冷却水系统设计方案

摘要:工业循环冷却水对水温、水质的控制难度较大，以具体工程为例，指出该试验间内设计有循环冷却水系统，并对该系统进行详细的设计探讨，从而为今后开展工作提供借鉴。

关键词:循环冷却水系统，设计分析，技术要求

0引言

现如今，随着《中国制造2025》规划方案的提出，我国科技产业发展速度在不断加快，现代化的工业技术也越来越多，工业制造过程中所面临的问题也越来越多，尤其是能源需求问题，更是呈现了多样性以及复杂性。工业设备运行过程中，会产生大量的能源消耗，且散热量也会随着设备运行时间的推移而增加。为了使工业设备时刻保持良好的运行状态，就必须要大量的冷却水来对设备进行降温散热，这就给设备的循环冷却水系统提出了更高的要求。

1循环冷却水的技术要求

高温实验箱设备对循环冷却水设计供水温度要求在26℃以下，进水温度与出水温度的温差应当为5℃，最低供水温度则不能低于16℃。原来本工艺循环冷却水都是从室外的30t冷却塔中取用，而冷却塔所提供的冷却水温度是很难控制的，其水温会受到室外空气温度的影响，冷却塔的出水温度与空气温度的差别一般都在左右。将冷却塔的尺寸进行扩大后，其差别可以控制在2℃。现在用户为了保证试验效果，采用大量自来水长时间循环降温，水不经循环直接排掉。高峰期间，为了使本年的冷却塔出水温度分布状况得到更加充分的体现，采用了室外气象参数模拟软件绘制出了以下冷却塔出水温度分布图。冷却塔在夏季出水温度大于30℃的天数为23d;全年出水温度小于20℃的天数为168d;能够达到工艺要求的16℃≤T≤26℃的天数为174d(全年按365d计)。通过上述分析可以看出，长治夏季的冷却塔出水温度是不能达到冷却水出水温度小于26℃标准的。因此，在夏季高温天气下，应当采用辅助加冷设备，来对冷却塔出水温度进行控制，从而确保冷却塔出水温度能够符合工艺要求。

2使用问题

目前实验设备运行情况存在以下几个问题:1)冷却水温度达不到工艺要求。2)折中方案用自来水循环直排保证工艺要求，单月水量2000t左右，造成水资源大量浪费，费用居高。选用闭式冷水塔，确保水质同时提高循环水利用率，大大降低水资源消耗。3)设备选型不合理。现在水池泵房流量24m3，5台设备运转情况下，无法保证循环流量。根据系统要求重新配置水泵。4)冬歇期间，循环系统存在温度过低及冻裂隐患。增设超低温热泵供热系统，保证冬歇后使用工艺用水温度，消除冻裂隐患。

3方案设计要点

3．1增加夏季的辅助冷源

原来试验站设备6台，通过30t开式循环冷却水系统冷却塔冷却试验箱降温。考虑实验设备价值较高，建议选用密闭式循环冷却水系统。高温螺杆工业冷水机组，制冷量430kW～470kW，汉钟压缩机RC2-180B，冷媒R22，电源380V-3-50Hz，机组在蒸发器进出水温度23℃/18℃，冷凝器进出水温度30℃/35℃工况下，制冷量:471．7kW，压缩机输入功率:83．1kW，该机组为非标订制产品，蒸发进出水温度23℃/18℃，考虑设备运行特点，建议选用双机头设计，既保证低负荷冷水输出，同时强化机组使用的安全性，充分保证试验要求。

3．2冷水塔的选型

选用闭式冷水塔100m3。1)运行稳定。采用软水来作为冷却介质，不仅能够有效保障水质的稳定性，防止结垢的问题的发生，还能够有效避免腐蚀现象，使设备的使用寿命得到有效延长，确保工业设备能够得到有效的冷却。2)节水节省费用。我国北方一些地区的水资源比较缺乏，如果采用开式冷却塔来进行工业设备的降温，会大大增加水资源的消耗量，使原有的水资源缺乏问题变的更加严重。而采用闭式循环冷却系统，能够避免冷却水与外界空气的接触，从而减少水分的蒸发，使软水的消耗得到大幅降低，不仅能够减少水资源的使用量，还大幅减少了工业企业的运营成本。

3．3冬季防冻热源的选型

由于春节会有一段放假时间，工业设备有很多都会停止运行，而在停止运行的过程中，冷却水管道内的水温就会逐渐下降，等再次开始工业生产的时候，水温必然会低于15℃，而管道的防冻温度设计仅在5℃，很可能会出现管道冻住的现象。所以，在冬季设备恢复运行之前，需要对管道内的软水进行适当的预热处理，确保管道内的水温控制在18℃以上，为设备的正常稳定运行提供有效的保障。方案一，利用厂区锅炉内的热水，来实现对管道内软水的预热，从而确保水温能够达到设备运行要求。方案二，引入低温空气源热泵机组预热管道中的循环冷却水选配一台低温空气源热泵机组－25℃正常工作，保证运行后管道中水温不小于16℃。建议选配成熟的空气源热泵技术，随开随用，不受大厂供热能力的制约，冬歇后对冷却水进行适当的循环预热，从而确保其水温能够符合工艺要求标准，确保工艺设备安全。

3．4管路系统的设计要点

3．4．1管道设置方式

管网在运行过程中有水资源损耗是无法避免的，但是管道的漏水如果太过严重的话，那么就会给密闭式管路系统带来严重的影响，会导致管网水压出现大幅度的波动。这是由于密闭式水循环管路系统是由循环水泵来带动水循环的，管道内会具有一定的压力，如果出现漏水现象，那么管道内的压力就会从漏水处泄掉很多，从而使冷却水的循环速度达不到规定要求。在进行密闭式循环冷却水系统管道设置的时候，应当坚持便于维护、便于检修的基本原则，尽可能的采用架空式的设计方案。原有管沟运行多年，滴漏泡水现状严重，建议架空走管，便于维护系统。

3．4．2管路系统的排气

密闭式循环冷却水管路系统的排气主要有以下两个部分:1)排出充水过程中管道内所产生的空气。2)排出因管道内冷却水流速过高所产生的空气。在进行密闭式循环冷却水管网安装的时候，一般都会尽可能的避开工业生产设备、水处理设备，都会将管道安装在土建墙面、柱子上，因此，会出现大量的管道折叠现象，这就大大提高了管道积气的排气难度，很难使管道内的空气得到有效的排出，给管道运行压力值带来一定的影响，甚至会导致管道振动问题的发生。因此，在进行密闭式工业循环冷却水系统进行设计的时候，应当在管理系统上安装一定数量的安全膨胀水箱，使其充分发挥出自身的排气功能，使管道内的积气能够得到有效的排出。在进行排气阀安装位置设置的时候，必须要严格遵循以下原则:1)将排气阀设置在容易产生空气的管道部位;2)尽可能的将排气阀设置在高处;3)尽可能的将排气阀设置在距生产车间较近的地方;4)将排气阀设置在便于维修与检查的地方。

3．5系统控制设计

该工程设计中，为了使夏季冷却水温度能够达到工艺要求标准，使冷却效果得到有效的保障，采用了工业冷水机组制备冷冻水来实现。而在其余季节中，采用单一冷源形式的冷却塔，就能够使冷却水温度达到工艺要求。随着室外温度的不断下降，冷却塔的供冷能力也会随之加强，通过对冷却塔出水温度的监测，来对冷却塔的运行状态进行控制，能够起到节约运行成本的作用。

参考文献:

［1］李志斌，刘畅，方毅然，等．工业循环冷却水系统综合教学实验平台设计与实现［J］．实验室研究与探索，2017(12):209-212．

作者：石玉磊 张峥 单位：山西恒星瑞邦供热有限公司 淮海工业集团