江蘇某汽車廠循環冷卻水系統設計

王 琴

(機械工業第四設計研究院有限公司上海分公司，上海 200433)

1 用水工藝設備

本汽車廠建筑物主要包括沖焊聯合廠房(含沖壓車間及焊裝車間)、焊涂通廊、涂裝車間、涂總通廊、總裝車間、地泵房(成品房)、聯合站房、食堂及辦公樓、發運辦公室、輔料庫、廢料中轉站、總裝供油站、尾氣檢測間、噴蠟室、3C間、檢修棚、加油島等。循環冷卻水主要用于工藝生產設備的冷卻，主要用水設備如表1所示。

表1 循環冷卻水主要用水工藝設備

2 站房選址

循環冷卻水泵站的建造地點選址應該是按照需求循環水量最大的區域周圍就近設置，距離較遠的地方可以考慮單獨建造[1]。廠區總圖布置時，考慮設置聯合站房，將公用各專業(水、暖、動、電)的站房集中設置，四大主車間(沖壓、焊裝、涂裝、總裝)圍繞聯合站房四周布置。共設5套循環冷卻水系統，分別為沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間制冷站、聯合站房制冷站和空壓站設備循環冷卻水系統，冷卻塔均采用開式逆流式玻璃鋼冷卻塔。站房一次性建設，設備分期配置。除涂裝車間制冷站循環水泵和冷卻塔就近設置于涂裝車間外，其余循環水泵和冷卻塔分別設置在聯合站房內和屋頂。

3 系統設計參數

3.1 循環冷卻水系統設計匯總

循環冷卻水系統用水量、進出水溫差、補充水量等設計參數如表2所示。

3.2 沖壓車間循環冷卻水系統

在聯合站房水泵房內設置裝配式不銹鋼循環水箱1座，6.0×5.0×3.0(H)m，有效容積45 m3，SUS304材質。設置沖壓車間循環水變頻供水設備1套，總供水能力300 m3/h，揚程0.50 MPa(恒壓變頻泵組(一對一變頻)3用1備，單泵Q=132 m3/h，H=0.54 MPa)。設置DN300全自動自清洗網式過濾器1臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺，Q=360 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

表2 循環冷卻水系統匯總表

3.3 焊裝車間循環冷卻水系統

在聯合站房水泵房內設置裝配式不銹鋼循環水箱1座，14.0×4.0×3.0(H)m，有效容積84 m3，SUS304材質。設置焊裝車間循環水變頻供水設備1套，總供水能力560 m3/h，揚程0.55 MPa(恒壓變頻泵組(一對一變頻)3用1備，單泵Q=245 m3/h，H=0.59 MPa)。設置DN350全自動自清洗網式過濾器1臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺，Q=643 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.4 空壓站循環冷卻水系統

在聯合站房空壓站內設置裝配式不銹鋼循環水箱1座，4.0×3.0×3.0(H)m，有效容積18 m3，SUS304材質。設置空壓站循環水變頻供水設備1套，總供水能力160 m3/h，揚程0.35 MPa(恒壓變頻泵組(一對一變頻)3用1備，單泵Q=70 m3/h，H=0.39 MPa)。設置DN200全自動自清洗網式過濾器1臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺，Q=192 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.5 全廠制冷站循環冷卻水系統

聯合站房制冷站內4臺高壓離心式冷水機組設置4臺循環水泵(一對一變頻，單泵Q=1 486 m3/h，H=0.34 MPa)，設置DN500全自動自清洗網式過濾器4臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔4臺，單臺Q=1 627 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。設置裝配式不銹鋼補水箱1座，4.0×2.0×2.5(H)m，SUS304材質。補水箱出水管與4臺冷卻塔出水管通過一根DN1 200管道相連。4臺高壓離心式冷水機進水管均從DN1 200連通管上吸水，出水管與4臺冷卻塔進水口一一對應。

2臺螺桿式冷水機組合用循環水泵組(一對一變頻，2用1備，單泵Q=338 m3/h，H=0.34 MPa)。設置DN300全自動自清洗網式過濾器2臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺，Q=738 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。冷卻塔兩室獨立，其進水口與螺桿式冷水機出水管分別對應。

3.6 涂裝車間制冷站循環冷卻水系統

涂裝車間制冷站內2臺螺桿式冷水機組合用循環水泵組(一對一變頻，2用1備，單泵Q=176 m3/h，H=0.30 MPa)。設置DN250全自動自清洗網式過濾器2臺。在屋頂設置開式逆流玻璃鋼冷卻塔2臺，Q=180 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。

4 設計細節

4.1 冷卻塔

冷卻塔采用方形開式逆流式冷卻塔，模塊數為單模塊或雙模塊。冷卻塔進出水的形式采用上進下出式，各分支管路設計控制閥門；與管道連接處設計柔性接頭。

4.2 循環水箱及水泵

循環水箱采用SUS304不銹鋼水箱，設置液位計、溢流口和底部排污口，水箱內外設置不銹鋼爬梯，水箱頂設置圍欄。循環水箱的補水需通過液位傳感器與電動補水閥門的聯動運行，電動補水閥門做等管徑旁通閥門。水箱上部預留系統關閉后冷卻塔填料內水回流的容積。

循環水泵上方設計電動葫蘆方便檢修，并在梁上設置預埋鋼板。所有水泵前設計閥門、過濾器、壓力表、柔性接頭、偏心異徑管。水泵后設計閥門、壓力表、柔性接頭、溫度計、同心變徑管、目鏡。

4.3 循環水管道

全自動自清洗網式過濾器過濾精度不大于40目，濾網選擇梯形網，安裝形式為下進側出。過濾器自動反沖洗裝置設單獨排水管，間接排至排水溝。冷卻塔進水管閥門盡量設置在橫管上，方便操作。冷卻塔出水管上設置排氣管，排氣管高度高出冷卻塔水盤頂1.5 m。循環水主管道上設置放空管道，方便設備不運行時泄水，放空管接至排水地漏或排水溝。循環水系統設置加藥殺菌、除藻裝置。

4.4 補充水

冷卻塔循環水補水采用一級RO軟化水(反滲透處理工藝)，電導率小于15 μs/cm。原水主要為復用水，復用水量不足時補充自來水。各循環水系統補水單獨計量。

4.5 管道材質

沖壓、焊裝循環水架空管道及RO軟化水管道采用SUS304不銹鋼管，氬弧焊接連接；室外埋地管道采用鋼骨架聚乙烯塑料(PE)復合管，電熱熔管件連接。制冷站及空壓站循環水系統架空管道采用內外熱浸鍍鋅鋼管，管徑小于DN80螺紋連接，管徑不小于DN80的采用溝槽法蘭或溝槽連接；室外埋地管道采用鋼骨架聚乙烯塑料(PE)復合管，電熱熔管件連接。管材壓力等級1.0 MPa。

5 設計總結

1)沖壓、焊裝、制冷站及空壓站由于冷卻水用水壓力、運行時間及冷卻溫度要求均不同，因此各個車間的循環冷卻水系統應單獨設置。2)設計循環泵時，可能因為設計選用水泵偏大，致使水泵處于“大流量、低效率、高能耗”不利工況下運行；或者由于管路系統設計、施工不合理，系統回路水力不平衡，存在局部阻力偏高的不正常現象，從而增加了水泵能耗。應優化系統，降低能耗。水泵可通過變頻節能技術降低能耗[2]。汽車廠初期運行時，往往循環水量比設計水量低很多。若泵組配置采用1用1備或2用1備，容易造成低流量時“大馬拉小車”的情況。本次設計中，除制冷站循環冷卻水系統外，其余系統循環水泵均采用3用1備，且均采用一對一變頻，使水泵運行更靈活、高效。設計中循環給水、循環回水管道布置盡可能設置成同程管路。3)閉式冷卻塔相對開式冷卻塔具有循環水水質好、可以減少設備及管道腐蝕、延長運行壽命等優點，但是設備造價高。開式冷卻塔經濟優勢明顯。本次設計從經濟性角度考慮，5套系統均采用開式系統，通過設置加藥殺菌、除藻裝置改善水質。但是近些年隨著機器人技術的發展，焊裝工藝越來越多的采用焊裝機器人，對水質要求比懸掛點焊機高，因此建議焊裝車間在經濟條件允許時，可以優先采用閉式系統。4)逆流冷卻塔具有比橫流冷卻塔在相同情況下，填料體積小20%左右；逆流冷卻塔熱交換過程更合理，冷卻效率更高；配水系統不易堵塞、淋水填料較清潔不易老化、濕氣回流小、不易結冰、防凍化冰更容易；施工安裝費用低等優點。橫流冷卻塔具有節能、水壓較低、風阻小、無滴水噪聲和風動噪聲、填料和配水系統檢修方便等優點[3]。本次設計選用了相對占地面積小、冷卻效率高、單塔投資低的逆流塔。