冷卻系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)廠房中的應(yīng)用

梁 曉 崔紅實

(中國電子工程設(shè)計院，北京 100840)

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冷卻系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)廠房中的應(yīng)用

梁 曉 崔紅實

(中國電子工程設(shè)計院，北京 100840)

介紹了工業(yè)生產(chǎn)廠房中冷卻塔的原理及常用的冷卻塔形式，根據(jù)被冷卻對象的不同，列出了工業(yè)生產(chǎn)廠房中常用的冷卻系統(tǒng)，并針對冷卻系統(tǒng)中常見的運行問題給出了解決措施，旨在提高冷卻系統(tǒng)的運行效率。

工業(yè)生產(chǎn)廠房，冷卻系統(tǒng)，冷卻塔，熱量

1 概述

工業(yè)生產(chǎn)廠房中往往產(chǎn)生大量的熱量，為保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)設(shè)備安全運行和生產(chǎn)必需的環(huán)境條件，需采用冷卻介質(zhì)帶走生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的部分熱量，其中包括設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量(其一是工藝生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，其二是為工藝設(shè)備服務(wù)的空氣壓縮機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量)及釋放至生產(chǎn)廠房內(nèi)的熱量(此三種系統(tǒng)通常單獨設(shè)置)，水是吸收和傳遞熱量的最好介質(zhì)且便于獲得，故常常采用水冷卻。利用水的蒸發(fā)及空氣和水的傳熱原理帶走水中熱量、降低水溫的構(gòu)筑物(或設(shè)備)稱為冷卻構(gòu)筑物。水的冷卻構(gòu)筑物有水面冷卻池、噴水冷卻池和冷卻塔三類，其中最常用的是冷卻塔，由于工業(yè)冷卻用水量很大，從節(jié)約水資源考慮，通常采用循環(huán)式冷卻水系統(tǒng)。

2 冷卻塔原理、常用的冷卻塔型式及優(yōu)缺點

在冷卻塔中，水的冷卻是以空氣為冷卻介質(zhì)的。

按照熱水(循環(huán)水)是否與空氣直接接觸，冷卻塔分為干式(密閉)冷卻塔和濕式(敞開式)冷卻塔，干式冷卻塔依靠噴灑在冷卻水管上的水滴蒸發(fā)散熱以及流動的空氣接觸傳熱降低密閉管內(nèi)熱水的溫度，在工業(yè)廠房中即指冷卻工業(yè)設(shè)備的水或工藝流體不和冷卻塔中的空氣、水直接接觸。濕式(敞開式)冷卻塔指熱水與空氣直接接觸，通過蒸發(fā)傳熱和接觸傳熱使水溫降低，達到熱水冷卻的效果。

濕式(敞開式)冷卻塔對于干式(密閉)冷卻塔的優(yōu)點是：熱交換效率高，但水量損失大，且水質(zhì)差。

干式(密閉)冷卻塔的優(yōu)點是：與被冷卻設(shè)備接觸的循環(huán)冷卻水水質(zhì)能得到保證，且水量損失小。缺點是：熱交換效率低，塔的造價高。

3 工業(yè)生產(chǎn)廠房常用的冷卻系統(tǒng)原理

冷卻系統(tǒng)主要設(shè)備有：冷卻塔、用水設(shè)備(又稱被冷卻設(shè)備)、循環(huán)水泵、循環(huán)水處理裝置，冷卻介質(zhì)是水[1]，常用的間冷開式冷卻塔系統(tǒng)和閉式冷卻塔系統(tǒng)原理示意圖分別如圖1，圖2所示。

前面提及，在工業(yè)生產(chǎn)廠房中，需要冷卻系統(tǒng)帶走的熱量包括兩大部分，一種是設(shè)備內(nèi)部來不及釋放出來的熱量，又分兩種情況，其一是工藝生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，其二是為工藝設(shè)備服務(wù)的空氣壓縮機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。帶走工藝生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)稱之為工藝循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，因工藝設(shè)備對接觸水質(zhì)有較高要求(水質(zhì)最低為軟化水，通常為二級RO水)，因此冷卻塔常采用閉式冷卻塔或開式冷卻塔出水僅作為冷媒去交換帶走工藝設(shè)備熱量的熱水，系統(tǒng)原理示意圖如圖2，圖3所示。

帶走為工藝設(shè)備服務(wù)的空氣壓縮機內(nèi)部產(chǎn)生的熱量，此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常采用開式冷卻塔，原理圖見圖1，冷卻塔為高溫差冷卻塔。第二種是釋放至生產(chǎn)廠房內(nèi)的熱量，帶走這部分熱量的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)即通常的中央空調(diào)的冷凍機所需的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，系統(tǒng)原理示意圖如圖4所示。

圖3為開式冷卻塔間接供冷系統(tǒng)原理圖，圖3a)適用于被冷卻工藝設(shè)備要求的冷卻水進水溫度高于冷卻塔出水溫度的情況，此種情況下冷卻塔出水作為冷媒，通過換熱器交換被冷卻設(shè)備出來的熱水，達到降溫目的。圖3b)適用于被冷卻工藝設(shè)備要求的冷卻水進水溫度介于冷卻塔出水溫度和冷水機組出水溫度之間的情況，冷水機組蒸發(fā)器出水作為冷媒，通過換熱器交換被冷卻設(shè)備出來的熱水，而冷卻塔出水則作為冷水機組冷凝器進水。圖3兩種原理圖中與工藝設(shè)備(被冷卻設(shè)備)直接接觸的冷卻水不與外界接觸，可以保證水質(zhì)。

圖4所示為常規(guī)工業(yè)廠房中中央空調(diào)的冷凍機所需的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)原理圖，夏季時運行冷卻塔→水泵→冷水機組模式，冬季及過渡季，室外溫度低，冷卻塔出水溫度也低，運行冷卻塔→水泵→換熱器模式，這樣在冷卻塔出水溫度滿足空調(diào)(被冷卻設(shè)備)進水溫度要求的情況下，可以節(jié)約停止冷凍機運行，節(jié)省耗電的費用。

4 冷卻系統(tǒng)運行問題及解決措施

1)冷卻塔的運行及節(jié)能。工業(yè)生產(chǎn)廠房的冷卻水系統(tǒng)，不論是中央空調(diào)的冷凍機所需的冷卻水系統(tǒng)還是空壓機冷卻水系統(tǒng)，亦或是工藝設(shè)備冷卻水系統(tǒng)，通常情況下一年四季都在運行，中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)冬季冷卻負(fù)荷可能會有比較大的變化，另外兩種冷卻水系統(tǒng)冷卻負(fù)荷相對比較平穩(wěn)，變化比較小。不同季節(jié)室外空氣濕球溫度，進水水溫及冷卻負(fù)荷的變化都將引起冷卻塔冷卻能力的變化。因此，冷卻塔在運行過程中，當(dāng)室外空氣濕球溫度變化或冷卻負(fù)荷發(fā)生改變時，采取一定的措施使冷卻塔的冷卻能力與冷卻負(fù)荷相匹配，可以起到降低運行能耗的效果。

a.控制風(fēng)機的啟、停。冬季室外空氣濕球溫度降低時，冷卻塔的冷卻能力增加，冷卻塔出水管水溫降低，由溫度計探測水溫，進而控制冷卻塔風(fēng)機啟、停，達到防止水溫過低及節(jié)能的目的。

b.調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速。即風(fēng)機變頻，風(fēng)機變頻指冷卻塔風(fēng)機根據(jù)塔的出水溫度自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，對于多組拼裝的冷卻塔，最好是每組風(fēng)機都變頻，但如果考慮到投資費用問題，可以僅一臺風(fēng)機變頻，其余風(fēng)機定頻，這樣既滿足系統(tǒng)的運行要求，也可以節(jié)約一定的電能，達到節(jié)能目的。

c.風(fēng)機臺數(shù)控制。當(dāng)冷卻系統(tǒng)有多臺冷卻塔或一臺冷卻塔有多臺風(fēng)機時，可以通過控制風(fēng)機開啟臺數(shù)來調(diào)節(jié)總風(fēng)量，這種調(diào)節(jié)靈活方便，且水溫比較穩(wěn)定，尤其適合冷卻負(fù)荷變化不大但室外空氣濕球溫度變化大的情況。此情況也是通過溫度計探測冷卻塔出水管水溫，自動調(diào)節(jié)風(fēng)機的啟、停數(shù)量，從而降低冷卻塔風(fēng)機能耗。

2)水質(zhì)問題及解決措施。冷卻系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到影響系統(tǒng)正常運行的水質(zhì)問題有：a.雜質(zhì)、泥沙多；b.管道結(jié)垢、腐蝕嚴(yán)重；c.微生物、藻類瘋長。

針對以上問題建議采取如下措施，以確保冷卻系統(tǒng)運行效率。

第一，對冷卻塔塔體加設(shè)篷布，避免風(fēng)沙揚塵等惡劣天氣對冷卻塔的污染及危害，這種措施一般用在風(fēng)沙比較大的地區(qū)。第二，控制管道結(jié)垢的方法是：加強對冷卻水的軟化處理，減少水中鈣鎂離子；投加酸或化學(xué)藥劑，以控制水垢生長速度?？刂乒艿栏g的主要方法是投加緩蝕劑，使之在金屬表面形成一層薄膜，從而與腐蝕介質(zhì)隔絕，達到緩蝕目的。第三，投加殺生劑以控制微生物、藻類，宜以投加氧化型殺生劑為主，非氧化型殺生劑為輔[2]。第四，定期排污。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟發(fā)展和科技進步，當(dāng)今社會對能源的需求量愈來愈大，在高速發(fā)展社會經(jīng)濟的同時如何最大限度節(jié)能已成為全世界首要關(guān)注的問題，在工業(yè)生產(chǎn)中，如何高效利用“水”這一寶貴資源也尤其重要，本文列出了工業(yè)生產(chǎn)中不同被冷卻對象應(yīng)用的不同冷卻水系統(tǒng)，并對其中影響節(jié)能的因素提出改進措施，對環(huán)保節(jié)能具有相當(dāng)重要的意義。

[1] 吳小勇，宋文武.中央空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)[J].制冷與空調(diào)，2011，25(1)：95-97.

[2] GB 50050—2007,工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范[S].

The application of cooling system in industrial production workshop

Liang Xiao Cui Hongshi

(ChinaElectronicsEngineeringDesignInstitute,Beijing100840,China)

This paper introduces the principles of cooling tower in industrial production workshop and the commonly used cooling tower form, according to the different of cooling object, listed the commonly used cooling system in industrial production workshop, and according to the common operation problems in cooling system gave some measures, aiming at improving the operation efficiency of cooling system.

industrial production workshop, cooling system, cooling tower, heat

1009-6825(2016)11-0139-02

2016-02-02

梁 曉(1982- )，女，工程師； 崔紅實(1976- )，女，工程師

TU831.6

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