石玉磊 張 崢

(1.山西恒星瑞邦供熱有限公司，山西 太原 030024； 2.淮海工業(yè)集團，山西 長治 046012)

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)了多樣性以及復雜性。工業(yè)設(shè)備運行過程中，會產(chǎn)生大量的能源消耗，且散熱量也會隨著設(shè)備運行時間的推移而增加。為了使工業(yè)設(shè)備時刻保持良好的運行狀態(tài)，就必須要大量的冷卻水來對設(shè)備進行降溫散熱，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

高溫實驗箱設(shè)備對循環(huán)冷卻水設(shè)計供水溫度要求在26 ℃以下，進水溫度與出水溫度的溫差應當為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30 t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4 ℃左右。將冷卻塔的尺寸進行擴大后，其差別可以控制在2 ℃。

現(xiàn)在用戶為了保證試驗效果，采用大量自來水長時間循環(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，見圖1。

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，冷卻塔在夏季出水溫度大于30 ℃的天數(shù)為23 d；全年出水溫度小于20 ℃的天數(shù)為168 d；能夠達到工藝要求的16 ℃≤T≤26 ℃的天數(shù)為174 d(全年按365 d計)。

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到冷卻水出水溫度小于26 ℃標準的。因此，在夏季高溫天氣下，應當采用輔助加冷設(shè)備，來對冷卻塔出水溫度進行控制，從而確保冷卻塔出水溫度能夠符合工藝要求。

2 使用問題

目前實驗設(shè)備運行情況存在以下幾個問題:

1)冷卻水溫度達不到工藝要求。2)折中方案用自來水循環(huán)直排保證工藝要求，單月水量2 000 t左右，造成水資源大量浪費，費用居高。選用閉式冷水塔，確保水質(zhì)同時提高循環(huán)水利用率，大大降低水資源消耗。3)設(shè)備選型不合理。現(xiàn)在水池泵房流量24 m3，5臺設(shè)備運轉(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)超低溫熱泵供熱系統(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)計要點

3.1 增加夏季的輔助冷源

原來試驗站設(shè)備6臺，通過30 t開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻塔冷卻試驗箱降溫?？紤]實驗設(shè)備價值較高，建議選用密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。高溫螺桿工業(yè)冷水機組，制冷量430 kW～470 kW，漢鐘壓縮機RC2-180B，冷媒R22，電源380V-3-50 Hz，機組在蒸發(fā)器進出水溫度23 ℃/18 ℃，冷凝器進出水溫度30 ℃/35 ℃工況下，制冷量：471.7 kW，壓縮機輸入功率：83.1 kW，該機組為非標訂制產(chǎn)品，蒸發(fā)進出水溫度23 ℃/18 ℃，考慮設(shè)備運行特點，建議選用雙機頭設(shè)計，既保證低負荷冷水輸出，同時強化機組使用的安全性，充分保證試驗要求。

3.2 冷水塔的選型

選用閉式冷水塔100 m3。

1)運行穩(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行工業(yè)設(shè)備的降溫，會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)的運營成本。

3.3 冬季防凍熱源的選型

由于春節(jié)會有一段放假時間，工業(yè)設(shè)備有很多都會停止運行，而在停止運行的過程中，冷卻水管道內(nèi)的水溫就會逐漸下降，等再次開始工業(yè)生產(chǎn)的時候，水溫必然會低于15 ℃，而管道的防凍溫度設(shè)計僅在5 ℃，很可能會出現(xiàn)管道凍住的現(xiàn)象。所以，在冬季設(shè)備恢復運行之前，需要對管道內(nèi)的軟水進行適當?shù)念A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)定運行提供有效當前我國高速公路在擴建的保障。方案一，利用廠區(qū)鍋爐內(nèi)的熱水，來實現(xiàn)對管道內(nèi)軟水的預熱，從而確保水溫能夠達到設(shè)備運行要求。方案二，引入低溫空氣源熱泵機組預熱管道中的循環(huán)冷卻水選配一臺低溫空氣源熱泵機組-25 ℃正常工作，保證運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，冬歇后對冷卻水進行適當?shù)难h(huán)預熱，從而確保其水溫能夠符合工藝要求標準，確保工藝設(shè)備安全。

3.4 管路系統(tǒng)的設(shè)計要點

3.4.1管道設(shè)置方式

管網(wǎng)在運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重的話，那么就會給密閉式管路系統(tǒng)帶來嚴重的影響，會導致管網(wǎng)水壓出現(xiàn)大幅度的波動。這是由于密閉式水循環(huán)管路系統(tǒng)是由循環(huán)水泵來帶動水循環(huán)的，管道內(nèi)會具有一定的壓力，如果出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，那么管道內(nèi)的壓力就會從漏水處泄掉很多，從而使冷卻水的循環(huán)速度達不到規(guī)定要求。在進行密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管道設(shè)置的時候，應當堅持便于維護、便于檢修的基本原則，盡可能的采用架空式的設(shè)計方案。原有管溝運行多年，滴漏泡水現(xiàn)狀嚴重，建議架空走管，便于維護系統(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。

在進行密閉式循環(huán)冷卻水管網(wǎng)安裝的時候，一般都會盡可能的避開工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、水處理設(shè)備，都會將管道安裝在土建墻面、柱子上，因此，會出現(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，給管道運行壓力值帶來一定的影響，甚至會導致管道振動問題的發(fā)生。

因此，在進行密閉式工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行設(shè)計的時候，應當在管理系統(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。在進行排氣閥安裝位置設(shè)置的時候，必須要嚴格遵循以下原則：

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

該工程設(shè)計中，為了使夏季冷卻水溫度能夠達到工藝要求標準，使冷卻效果得到有效的保障，采用了工業(yè)冷水機組制備冷凍水來實現(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隨之加強，通過對冷卻塔出水溫度的監(jiān)測，來對冷卻塔的運行狀態(tài)進行控制，能夠起到節(jié)約運行成本的作用。