某鑄鍛車間凈循環冷卻水方案探討

康凱，許崇崴，汪小明，林振楊，豐大順

（中機第一設計研究院有限公司，合肥 230601）

1 引言

循環冷卻水的用量通常會占到工業用水量的70%以上[1]，因此，工業循環冷卻水的應用是工業生產中的重要環節，對節水有著至關重要的作用。合理的循環冷卻水系統不僅是整個生產工藝中重要的一環，對節水、節能也起著關鍵作用，也是建設節約型社會的重點，蘊涵著巨大的社會與經濟意義，與國家建立節約型社會之精神所契合。

鑄鍛工藝是我國重工業中一個重要的工藝環節，電弧爐、鋼包精煉爐、機械泵真空系統、冶煉系統除塵系統、砂處理系統等是鑄鍛工藝的重要工藝設備。尤其是電弧爐、鋼包精煉爐的爐蓋部分，由于其溫度較高，其冷卻循環水的供水可靠度要求較高。

2 工程概況及甲方需求

2.1 工程概況

根據項目要求，鑄鍛聯合廠房共包含廢鋼車間、煉鑄鋼車間、清鏟車間、鍛造車間、熱處理車間、機加工車間6個車間，熔煉工部工藝設備用水要求詳見表1。

表1 工藝設備循環水用水量一覽表

2.2 甲方需求

根據前期與甲方溝通，工藝設備用水條件及甲方需求如下：（1）采用敞開式凈循環冷卻水系統，采用開式逆流冷卻塔+板換二次換熱；（2）工藝用水設備換熱均為閉式管路；（3）工藝循環水設備循環水采用軟化水；（4）循環水補水全部采用軟化水；（5）循環水池有效容積按30 min循環水量考慮。

3 間冷開式凈循環冷卻水系統概述

凈循環冷卻水系統指冷卻水不與被冷卻介質直接接觸，經換熱設備換熱后，水質不被污染，僅溫度升高。常遇到的凈循環冷卻水系統有兩種形式：間冷開式循環冷卻水系統和閉式循環冷卻水系統[2]。

3.1 間冷開式凈循環冷卻水系統

間冷開式凈循環冷卻水系統是指經過工藝用水設備換熱升溫的冷卻水，于冷卻塔內與大氣直接接觸，進行蒸發和接觸散熱使水溫下降，繼而再重復使用的冷卻水系統[3]。常見的有集水盤型和專用集水池型兩種，集水盤型流程圖見圖1，專用集水池型流程圖見圖2。

圖1 集水盤型間冷開式循環冷卻水系統流程圖

圖2 專用集水池型間冷開式循環冷卻水系統流程圖

3.2 閉式循環冷卻水系統

閉式循環冷卻水系統指熱水在一個封閉的系統中得到冷卻的過程，在該系統中，升溫后的循環水經由冷卻管與外界空氣進行間接（強制）換熱，將工藝介質熱量移走。

閉式循環冷卻水系統流程圖見圖3。

圖3 閉式循環冷卻水系統流程圖

4 凈循環冷卻水系統選擇

敞開式凈循環冷卻水系統和封閉式凈循環冷卻水系統各有優缺點，詳見表2。循環冷卻水系統的規模可參照GB 50648—2011《化學工業循環冷卻水系統設計規范》第3.3.6條的規定[4]。一般中、小型循環冷卻水系統選用集水盤型，大型循環冷卻水系統選用專用集水池型。從冷卻塔與工藝設備的對應關系，循環冷卻水系統可分為單元制、干管制[5]。

表2 間冷開式循環冷卻水系統與閉式循環冷卻水系統優缺點一覽表

本文所述項目，根據工藝用水設備用水條件，循環冷卻水選擇板換型間冷開式循環冷卻水系統，采用干管制和單元制組合的形式，流程圖見圖4。

圖4 板換型間冷開式循環冷卻水系統流程圖

5 設計要點

凈循環冷卻水系統是鑄鍛車間一種常用的形式，本文結合以往項目，總結設計工作中應主要的幾個要點。

5.1 摸清工藝設備用水條件

用水條件主要有：（1）循環水量；（2）供、回水形式，有壓回水還是無壓回水；（3）供、回水溫度；（4）水質要求；（5）運行要求。

5.2 知曉冷卻循環水的控制要求

結合工藝要求，配合電氣專業，制訂合理的系統控制方案，自動控制一般需要有專業廠家介入，配合中標自控廠家二次深化。

5.3 制訂合理的冷卻循環水系統方案

根據工藝用水設備用水條件、運行要求、冷卻循環水系統控制要求等制定合理的系統方案。

5.4 選取合理的集水池有效容積

間冷開式循環冷卻系統需設集水池時，無特殊要求時可按循環水量的30 min考慮，一般不小于10 min。工藝及甲方另有要求的，需與各方協商，選取合理的有效容積。

5.5 合理選擇循環冷卻水設備及附件

設備及附件選擇需要注意以下幾點：（1）如需選擇變頻泵，應與電氣專業溝通，考慮變頻控制柜的設置位置；（2）開式冷缺塔建議選擇逆流式，閉式冷卻塔建議選擇機械通風濕式型；（3）循環水泵建議選擇立式泵，便于泵房布置，減少設備間面積；（4）板換型間冷開式循環冷卻水系統中，板式換熱器不宜少于2臺，每臺循環量可按總循環量的70%確定；（5）當循環水泵選用2用1備或3用1備時，應考慮流量的折減，不建議并聯泵臺數大于3臺；（6）閉式循環水冷卻水系統最高點應設自動排氣閥；（7）冷卻塔建議由專業廠家設計復核，確保冷卻塔的冷卻效果。

5.6 選擇合理的冷卻循環水處理方案

敞開式循環冷卻水系統容易造成水質惡化，設計階段應選擇合理的水處理方案，滿足水質要求。封閉式循環冷卻水系統宜采用軟化水[6]。

6 結語

對于中、小型冷卻水系統而言，由于閉式冷卻塔可不設集水池，布置靈活，系統簡單，南方不存在防凍問題時，在滿足工藝設備用水要求的前提下，建議優先選用。北方地區，如工藝設備用水要求較高，可考慮采用板換型間冷開式循環冷卻水系統。