吳 俊，李文華，陳 輝，高立軍

(洛陽萬基鋁加工有限公司，河南 洛陽 471800 )

在鋁板帶箔的生產(chǎn)中，厚度精度是產(chǎn)品的關鍵指標，軋機必須配備高精度的在線測厚儀設備，并通過與軋機控制系統(tǒng)整合實現(xiàn)對產(chǎn)品進行自動厚度控制(AGC)功能。使用的測厚儀一般為非接觸式在線射線測厚儀，該測厚儀利用射線穿透被測材料時強度變化與材料厚度相關的特性，從而測定材料的厚度，其核心部件為產(chǎn)生射線的X射線管，它連續(xù)工作時產(chǎn)生大量熱量，如果不能及時傳遞出，將造成部件壽命縮短，嚴重時損壞，影響測厚儀設備正常工作。

公司板帶軋機系統(tǒng)共配備德國IMS公司測厚儀設備12臺，用來保證設備生產(chǎn)出的產(chǎn)品厚度達到工藝要求，與該測厚儀配套的是12臺威圖公司的冷卻水冷柜系統(tǒng)。該系統(tǒng)已24h不停歇連續(xù)運行8年左右，由于器件老化、可靠性降低，如核心部件壓縮機損壞、制冷系統(tǒng)缺氟或漏氟、干燥過濾器堵塞、膨脹閥故障等情況，目前已進入故障高發(fā)期，工人維修工作量較大。由于測厚儀與軋機設備有連鎖報警，測厚儀設備報警就會造成冷軋機設備停機，故障率較高，對生產(chǎn)連續(xù)性以及生產(chǎn)質(zhì)量指標控制帶來極大的困擾?？紤]修理時往往需要放掉氟利昂會造成環(huán)境污染，同時由于元件維修、備件采購費用高、周期較長等原因，決定對測厚儀水冷柜設備進行改造。

1 幾種常用冷卻方案分析和比較

由于X射線管工作產(chǎn)生大量熱量，其溫度波動將引起射線能量的變化，造成測量結果產(chǎn)生偏差。連續(xù)長期高溫也將造成部件壽命縮短，所以測厚儀裝置要求正常工作時X射線管部件工作溫度為25℃～45℃，為此該射線測厚儀系統(tǒng)必須配備良好的冷卻裝置。下面分析幾種目前常用冷卻恒溫設備的原理與優(yōu)缺點。

1.1 壓縮機制冷-冷卻水循環(huán)冷卻方式

機械壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、過濾器、膨脹閥、電磁閥、儲液器、制冷劑部分等，它們通過管路連接起來，其結構緊湊，制冷效率高，COP最高可以達到3.8。但長期連續(xù)運行會造成壓縮機壽命降低，遇到元件損壞或管路問題維修時，需要放掉制冷劑，并且需使用火焊進行作業(yè)，會造成一定的環(huán)境污染和浪費。

1.2 公輔循環(huán)水-冷卻水循環(huán)冷卻方式

通過系統(tǒng)冷卻水與公司公輔循環(huán)水管網(wǎng)冷卻水進行冷熱交換方式，通過使用通水熱交換器進行熱量交換，具有使用部件少，結構簡單、成本低，故障率低的優(yōu)點。但公輔系統(tǒng)水溫的高低直接影響換熱效率，由于循環(huán)水系統(tǒng)溫度隨氣溫變化，冬季和夏季有較大差別，對傳熱影響較大。冬季時，水溫較低換熱效率高；夏季時，水溫較高導致?lián)Q熱效率降低，一般冷卻溫度最低達到25℃，可以滿足一般冷卻需求，但對于溫度要求較低的場合不適用。

1.3 電子半導體直接冷卻的方式

電子半導體制冷即利用當兩種不同導體A和B組成的電路中通入直流電時，在一端接頭處吸收熱量，而另一端接頭處釋放出熱量的原理工作的裝置，具有尺寸小，重量輕，無機械傳動，工作中無噪音，控制簡單，無液態(tài)、氣態(tài)工作介質(zhì)，不污染環(huán)境的優(yōu)點，通過調(diào)節(jié)工作電流的大小，可方便調(diào)節(jié)制冷速率。但由于制作成本高，制冷效率低，COP最高可以到0.6，對于大發(fā)熱量工況不太適用。

由于測厚儀光源射線部件設計及安裝空間限制，采用電子半導體直接冷卻的方式需對測厚儀拆解進行改造，并且光源射線部件只能采用通入液體方式進行冷卻，在目前測厚儀C型架上實現(xiàn)較困難。IMS測厚儀光源射線組件如下圖1所示。因此僅對公輔循環(huán)水-冷卻水循環(huán)冷卻方案與壓縮機制冷-冷卻水循環(huán)冷卻方案方案進行了對比，最后經(jīng)過成本、價值、穩(wěn)定性等方面綜合考慮，選擇采用公輔循環(huán)水-冷卻水循環(huán)冷卻方案對原冷卻裝置進行改造嘗試。

圖1 IMS測厚儀光源射線管組件

2 具體改造方案及實施要點

基于嘗試和節(jié)約成本的考慮，在原系統(tǒng)基礎上進行管路安裝改造工作。圖2為測厚儀配套的威圖公司水冷控制柜系統(tǒng)原理圖，它采用壓縮機制冷-水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)有兩個循環(huán)回路。循環(huán)回路Ⅰ為制冷循環(huán)，在循環(huán)中壓縮機將制冷劑從低壓提升為高壓，并使制冷劑不斷循環(huán)流動，最終完成制冷劑在蒸發(fā)器吸收熱量，在冷凝器放出熱量的循環(huán)過程，系統(tǒng)中流過為制冷劑。循環(huán)回路Ⅱ為冷卻循環(huán)，水流在射線管部件吸熱升溫，在蒸發(fā)器熱交換箱中與制冷劑進行交換熱量實現(xiàn)降溫，通過不間斷循環(huán)，達到冷卻射線管部件的目的，循環(huán)系統(tǒng)中可以使用冷卻水或冷卻油進行冷卻。

①冷凝器； ②蒸發(fā)器熱交換箱；③ 壓縮機；④制冷劑干燥過濾器；⑤膨脹閥感溫器；⑥測厚儀射線發(fā)生器；⑦水泵；⑧溫度測點；⑨閥門；⑩流量計；膨脹閥；Y型過濾器；止回閥；排水閥

圖3為改造后的公輔循環(huán)水-水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)也有兩個循環(huán)回路。循環(huán)回路Ⅰ為循環(huán)水系統(tǒng)，需分別接入公司公輔系統(tǒng)循環(huán)水進水和回水管道。循環(huán)回路Ⅱ為冷卻水循環(huán)，應用時可以使用冷卻水或冷卻油進行冷卻。溫度高的冷卻液在通水熱交換器中與溫度低的循環(huán)水進行冷熱交換達到降溫的目的。由于公輔系統(tǒng)循環(huán)水的水質(zhì)較差，長期使用容易產(chǎn)生水垢，造成冷卻裝置效率降低，嚴重時引起管路堵塞，因此該系統(tǒng)使用了兩個獨立的水流動循環(huán)，使用較少的潔凈水或冷卻油即可滿足冷卻需要。

①⑥⑨閥門；②通水熱交換器；③Y型過濾器；④溫度測點；⑤水流量開關；⑥測厚儀射線發(fā)生器；⑦水泵；⑧儲水箱；⑩流量計；止回閥；排水閥

(1)與原壓縮機制冷-水循環(huán)冷卻系統(tǒng)(圖2)對比，相當于將壓縮機制冷循環(huán)中配套設備全部拆除，將原系統(tǒng)中蒸發(fā)器熱交換箱替換為通水熱交換器，更換的通水熱交換器采用不銹鋼釬焊換熱器，其大小的選擇應滿足測厚儀熱量傳遞需要，使用時可通過調(diào)整熱交換器進水閥門開度大小，使進入熱交換器水流量達到要求的范圍。

(2)通過在通水熱交換器出入口設置溫度檢測點，溫度信號接入至 PLC 進行溫度監(jiān)控，并設置所需的報警參數(shù)值，保證水溫在要求范圍以內(nèi)。

(3)公輔循環(huán)水系統(tǒng)進水管道增加Y型過濾器，對進入換熱器公輔系統(tǒng)循環(huán)水進行過濾，減少換熱器堵塞，并在回路中增加水流量開關，根據(jù)實際需求設置水流量，水流量過小時將觸發(fā)報警，起到監(jiān)控水流的目的，確保水流正常，保證了換熱效率。

(4)測厚儀冷卻水循環(huán)回路Ⅱ循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)中設置獨立儲水箱，用于冷卻系統(tǒng)儲水、缺水補水或換水的需要，當系統(tǒng)使用冷卻油進行冷卻時，用于系統(tǒng)儲油，補油。其它部件使用原來部件，流量計、溫度測點不變。水泵啟?？刂撇捎镁哂袩岜Ｗo功能的水泵控制電路，用于控制水泵啟動和停止。

(5)將冷卻水循環(huán)系統(tǒng)中的水泵通上電源啟動運行，并將外部循環(huán)水管道水路進出口閥門開啟，設備即可投用正常運行。改造前后實物照片如圖4所示。

圖4 改造前后實物照片

經(jīng)過夏季7、8兩個月份對測厚儀工作時的水溫記錄統(tǒng)計，測厚儀設備溫度數(shù)據(jù)正常，能夠保持在25℃～30℃，滿足系統(tǒng)對水溫的要求，測厚儀工作狀態(tài)效果良好，測量厚度數(shù)據(jù)穩(wěn)定。證明改造后的公輔系統(tǒng)循環(huán)水-水循環(huán)冷卻方案可以滿足現(xiàn)場測厚儀使用需要，可作為軋機設備測厚儀冷卻裝置故障時替換改造方案。目前企業(yè)一般都具有公共循環(huán)水系統(tǒng)，冷卻水資源充足，因此該裝置可以在工廠企業(yè)中普遍適用。由于公輔系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)中水質(zhì)較差，長期使用容易產(chǎn)生大量水垢，因此對冷卻水質(zhì)要求較高的精密儀器設備，不宜使用循環(huán)水直接冷卻。該裝置通過核心元件換熱器將系統(tǒng)隔開，形成兩個循環(huán)回路，一側流過公輔循環(huán)水，一側流過水質(zhì)較好的冷卻水或冷卻油，這樣減少了水垢的產(chǎn)生，滿足了使用需要，避免了長期使用水垢對系統(tǒng)換熱的不利影響。該方案應用時，系統(tǒng)中的部件可以根據(jù)用戶現(xiàn)場空間情況集中布置，也可以分散布置，使用時只需分別接入公輔系統(tǒng)循環(huán)水管網(wǎng)和需要冷卻的裝置設備冷卻管路即可使用，安裝靈活，操作方便。

3 結束語

通過采用公輔循環(huán)水-水循環(huán)冷卻系統(tǒng)后，相對于壓縮機制冷系統(tǒng)減少了多個容易故障的部件，使故障率大大降低，減少了工人維護工作，節(jié)約了維護成本，在行業(yè)中也具有較好的推廣性，同時也可用于印刷、機械、冶金等企業(yè)需要冷卻的設備中。