工业循环冷却水系统设计研究

张大鹏

摘要：循环冷却水系统是现阶段工业生产中常用的设备冷却方式，具有较高的冷却效率。本文重点是如何从冷水塔选型，冬季防冻和管路设计等多个方面，提升工业循环冷却水系统设计的科学性。

关键字：工业应用，循环冷却水系统，主要设备与节能，管路设计

随着中国制造2025战略的逐步实施，我国科技产业和制造业呈现不断加快发展的态势，在此过程中，如何在工业领域提升能源利用效率，成为一大研究热点。在工业生产中需要大量的能源供给，在设备运行过程中，随着时间的推移，散热量会逐渐增加，为保持设备的正常运行，需要配置相应的冷却系统对设备进行降温。循环冷却水系统是现阶段效率越高，应用最广的冷却系统之一。

1工业循环冷却水系统工艺需求

传统循环冷却水都是从室外的冷却塔中取用，而冷却塔所提供的冷却水温度是很难控制的，其水温会受到项目所在地干湿球温度等气候因素影响，冷却塔的出水温度与大气干球温度的温差一般都在4 ℃左右可以实现。

2 循环冷却水系统存在问题分析

调研发现，现阶段的工业循环冷却水系统主要存在以下几个问题，（1）冷却水温控制不力，无法达到工艺需求；（2）如使用折中控制方案，会导致冷却水排放标准变化，无法达到直接排放要求，造成大量的冷却水浪费。如果使用闭式冷却塔，可在提高冷却水利用率和保证水质两方面达到平衡，降低能源消耗；（3）部分地区在冷却水系统设备选型中存在不科学不适应的情况，需根据实际应用需求改善设备型号；（4）工业生产的冬季休息时期，循环冷却水系统可能存在温度过低的冻裂风险，建议配置相应的超低温供热系统，降低冻裂风险。

3 工业循环冷却水系统设计分析

3.1冷却塔选型分析

在工业循环冷却水系统的冷却塔选型中，应注意以下几个方面，（1）冷却塔运行稳定。为保证冷却塔的稳定运行，建议使用软水作为冷却介质，一方面软水的水质较为稳定，可降低结构发生的概率，另一方面能够降低腐蚀程度，延长冷却塔的使用寿命，提升工业设备的经济性。（2）冷却塔的节水性。我国北方地区水资源较为紧张，如使用传统的开式冷却塔，搭建循环冷却水系统将导致冷却水使用量大大增加，加剧当地的水资源紧张状态。现阶段应用效果较好的闭式循环冷却系统，闭式冷却塔本质上属于一种蒸发式冷却塔，由冷却器、湿式冷却塔组成，工艺流体经管内，其空气会在管外进行流通，二者无法接触，塔底的蓄水池中的水会通过循环水泵抽出，输送至管外进行均匀喷淋，借助喷淋水的方式提高传热传质效果。相比于空冷式热交换器而言，这种冷却塔通过管下侧水蒸发潜热，大大提高空气侧传热传质效果，生产效率高，封闭循环，避免杂质进入而污染水质，占地面积小，操作便利。

节能：节水消雾型冷却塔是一种新型式的冷却塔，它经过严谨的科学试验与缜密的理论计算而研发出来的，从原理上结合了空气与循环水交互换热系统和密闭冷却方式两种系统的优点。该种型式的冷却塔目前多应用于石化、煤化、电力的大型工业循环水场中，其可减少工业冷却水的蒸发损失，从而降低工业循环水系统的水耗，是一项大型工业冷却塔及循环水系统的新型技术。

在冬季，工艺要求的循环水冷却温度相较于夏季很容易达到，所以通常要求冷却塔风机有至少两档功率，夏季满负荷运行，到冬季，降低电机功率。

3.2循环冷却水泵

循环冷却水泵主要对冷却水系统进行循环控制，把冷却池中经过冷却的水及时输送至用户端换热，之后送回到冷却塔中进行降温，最终回到冷却水池中，循环往复，实现各个工作设备的换热降温。大多数循环冷却水泵以离心泵为主，运用泵性能曲线进行描述，包括Q-H曲线、Q-ηP曲线、Q-Np曲线等，其转速不同会对应不同的性能曲线。

节能：目前我国部分企业的循环水系统中许多都存在水泵能耗较高，电能损失严重的问题，其主要原因在以下几个方面：（1）循环水系统工程设计的水泵由于配套管路施工变更或运行工况发生变化，实际运行工况偏离了循环水泵设计的最佳工况点，导致了循环水泵实际运行效率降低。（2）循环水系统在设计时进行了工艺优化更好地满足生产需要，配套的水泵负荷较相同系统有所增加引起电耗升高。

目前国内循环水系统节能改造正在迅猛发展，而且其节能效果非常的明显，循环水泵是循环水系统中的耗能大户，高效节能水泵的出现其效率比传统的sh型水泵提高了4%，节能效果非常显著；尽量选用变频电机水泵，根据各用水点实际使用情况，达到工艺要求即可，没必要一直满负荷运行，造成资源浪费。

3.3冬季防冻热源选型分析

大部分工矿企业在冬季会进入生产淡季，其中一部分企业会停止设备运行，在春节及特定时间内停止运行，会导致冷却水管内的温度明显降低。在设备开启时，水温会低于预设的15摄氏度，有可能出现水管冻、裂冻住等情况。为有效改善循环冷却水系统的冬季保温能力，应在设备恢复运行之前进行预热处理。常用的方案包括以下两种，首先，可利用厂区内的热水实现对于冷却水系统管道内软水的预热，保证管内温度，达到设备运行的最低要求；其次，引入冬季防冻热源，即在工业循环冷却水系统中，配置一台低温空气源热泵，保证在低温时管内温度也能维持在16~18摄氏度范围内。有条件的工业企业应选用后一种方式，该方式随开随用，有效保证企业生产和设备安全。

3.4管路系统设计分析

（1）管道设置方式

在工业循环冷却水系统中，冷却水在管网中运行，不可避免的存在水资源的损耗，一旦管路内水资源损耗过于严重，则会严重影响密闭式管路系统的正常运行，导致管网内水压的大幅度波动。另一方面，密闭式水循环系统中冷却水的动力来源主要来自于循环泵，一旦管道内出现漏水情况，则会导致明显的压降，进而引发压力从漏点损失，降低冷却水的循环速度，影响冷却水系统的冷却能力。所以在循环冷却水系统设计过程中，管路的设置方式应坚持便于维护和检修的原则，有条件的地区应尽可能使用架空式走线方式。

（2）管路系统排气分析

在循环冷却水系统中排气主要来源于两个方面，一是管路内循环水冲水过程产生的空气，二是循环水，在高速运行过程中产生的空气。通常情况下，在冷却水管路的安装施工过程会尽可能的远离工业设备，大多沿墙面和柱子安装，导致管道折叠现象增多，加剧了管路内空气排出的难度，严重时导致管道震动。因此建议在冷却水系统管路设计中，应设计一定的安全膨胀水箱，及时排出管路中积累的空气。

4结语

工业循环冷却水系统最主要的目标是达到冷却效果，保障工业设备的正常运行。上文的研究从工业循环冷却水技术要求出发，针对于现实中存在的突出问题，从管路设计，防冻冷源选型，主要设备选型等诸多方面探讨了冷却水系统设计中应注意的问题。同时也应注意到，随着季节变化，室外温度会产生明显的波动，由此带来对于冷却塔和管路中冷却水温的影响，工作人员应加强水温的监测，保证循环冷却水系统的稳定运行。

参考文献：

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姓名：张大鹏（1986.01--）；性别：男，民族：汉语 籍贯：山东省蓬莱市，学历：本科，毕业于大连水产学院；现有职称：中级工程师；研究方向：给排水，消防。

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