工業冷卻水系統改造

王 勇，張思彬

（江蘇飛船股份有限公司設備部，江蘇泰州 225516）

1 背景

公司加熱設備有中頻淬火設備、感應透熱爐、自動滲碳生產線、等溫正火退火線和空壓機等。這些設備都需要冷卻，采用的冷卻介質是工業水。公司的工業用水是用潛水泵將河水抽至蓄水池，經沉淀、過濾后流至送水池，再由送水泵送到各車間補水池，各車間設備用水由補水池旁的供水泵直接抽水來循環冷卻各設備。

中頻淬火、中頻感應加熱設備是靠大功率電力電子器件開、關控制實現工件加熱。工作中電力電子裝置會產生大量熱量，這些元器件對溫度非常敏感，周圍熱量若不及時散出，電氣元件溫度會急劇上升而燒壞，電容也會因過熱而造成擊穿短路。公司現有4 臺40 m3、2 臺20 m3、2 臺10 m3螺桿空壓機，分別對2 個廠區進行供氣，24 h 運行。頻繁加、卸載的空壓機，機頭溫升要求控制在75～90 ℃。當溫度低于70 ℃時，有可能導致主機卡死；如果溫度過高，可能導致空壓機軸承損壞和機頭咬死等高溫故障，冷卻水溫度過高、過低都會影響機頭使用壽命。在熱處理連續線中，被冷卻部件主要是爐內循環風扇的軸承等部位，這些風扇旋轉使爐內氣流處于對流狀態，保持爐體內各點溫度均衡，溫度不均勻則嚴重影響產品質量。爐內溫度高達950 ℃左右，因此旋轉部位軸承的冷卻相當重要。

改造前，公司內工業用水只是經過簡單過濾、沉淀，并沒有進行軟化處理就直接使用。分布在各處的儲水池也都是開放式結構，在溫度和光照條件下，給儲水池內的微生物和藻類的迅速繁殖創造了有利條件。這些微生物產生的分泌物同水中漂浮的灰塵雜質、化學沉淀物粘附在一起，形成沉積物進入到熱交換器中并附著管壁上。隨著時間推移，沉積物越來越多，使冷卻水流量變小，甚至堵死。這些沉積物還具有腐蝕作用，會腐蝕管壁形成穿孔，引起管道滲漏。對于空壓機，冷卻水進入熱交換器，給高溫的空壓機油降溫，如果熱交換器的銅管堵塞，影響冷卻效果，造成超溫停機。如果銅管穿孔，水將進入油中，損壞機頭，造成很大損失。在熱處理連續線中，淬火油的冷卻是通過渦旋式熱交換器，當管壁腐蝕穿孔后，水進入淬火油池后，對產品質量造成嚴重影響。結垢、堵塞、穿孔等因素都會使冷卻效果下降，水垢較多時，供水管網系統阻力增大，供水效率降低、能耗增加，嚴重時發生堵塞、穿孔，影響產品質量，造成經濟損失。

供水方式主要是通過值班人員觀看水池水位情況，手動啟停水泵，需配備專業人員值班。公司內設備分散，管網長且都埋在地下，水量相差大。要保證最遠端設備冷卻正常用水，值班人員要開啟所有水泵全天運轉。要求水泵多、功率大，管網太長，檢修困難，經濟損失較大。

2 措施

基于這種情況，選用閉式逆流冷卻塔成套設備（無錫方舟水冷設備有限公司生產）。閉式逆流冷卻塔冷卻效率高，裝置體積小，占用空間小，移動及放置方便，無需修建水池，可根據需冷卻設備就近安裝。其次是自動化智能控制，實現自動補水，操作簡單可靠，無需專人值班，可直接冷卻公司熱處理生產線爐門、風扇、空壓機、中頻感應爐類等部件及設備，介質無損耗，成分穩定。

3 工作原理

圖1 閉式逆流冷卻塔

閉式逆流冷卻塔成套設備由主機、水箱、循環水泵及電控柜等組成。主機由殼體、換熱器、風機、噴淋水泵、收水器、水槽及管路閥門等零部件組成。工作過程中，冷卻介質（軟水）由主循環泵驅動，在換熱器及需冷卻設備之間循環流動，噴淋水均勻地噴灑在換熱器上。在換熱器外表面形成均勻水膜，冷空氣由塔體下方的進風口進入塔內，與噴淋水逆流經過換熱器表面。在此過程中有2 種換熱方式，即冷空氣與冷卻介質之間的熱傳導，以及噴淋水蒸發吸熱的熱交換。吸收熱量后的飽和熱濕空氣由風機排至大氣，其余的噴淋水流入塔體下部的水槽，由水泵再輸送至噴淋系統。如此往復，換熱器內的冷卻介質得到降溫冷卻。

閉式冷卻塔有2 種運行模式，即風冷、風冷+噴淋。2 種模式的切換由電控系統根據工況要求自動進行，實現節能降耗。閉式冷卻塔優點如下：

（1）冷卻介質全封閉循環，可防止雜物進入冷卻管路系統，減少冷卻介質的蒸發損耗。

（2）使用軟水作為冷卻介質，不結垢，不堵塞管路，故障少。

（3）采用風冷和噴淋水蒸發吸熱雙重冷卻方式，冷卻效率高。

（4）裝置體積小，占用空間小，移動及放置方便，無需修建水池。

（5）采用自動化智能控制，可根據工況要求自動變換冷卻模式，水溫可調，操作簡單可靠。

4 改造前后效果對比（表1）

表1 改造前后效果對比

目前公司內的水冷系統改造已經全部完成，投入運行后狀態穩定，每年可為公司節約支出70.9 萬元，15 個月可收回全部投資成本。