真空爐循環冷卻水系統設計

陳新艷

摘要：介紹了真空中頻感應熔煉爐（以下均簡稱為“真空爐”）循環冷卻水系統。根據車間實際條件及水質情況設計循環冷卻水的工藝流程、運行、控制方式，包括總體循環管路設計，水泵、冷卻塔等相關設備的選型等，并采取相應的措施保證冷卻水質。

關鍵詞：真空爐 冷卻水 循環水泵 管路

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0054-02

真空爐的水冷系統包括以下6部分的進、出口冷卻系統：各種真空泵，感應線圈，集電系統和銅排，電容器組，爐體（爐蓋、爐座），冷阱、捕集器。在真空爐的熔煉過程中，循環冷卻水水質的好壞，溫度的高低，壓力的高低等，都對設備能否正常運行起著至關重要的作用。

某車間有4臺真空爐：2臺25 kg真空爐，1臺50 kg真空爐，1臺300kg真空爐。車間生產品種多，產量小，為非連續式生產。4臺真空爐均用于正常生產，但4臺設備同時運行的機率較小，主要運行300kg真空爐，25 kg及50kg真空爐用于生產小規格特種鋼錠、電極棒以及實驗研究。該文介紹的是該車間真空爐的循環冷卻系統設計。

1.真空爐對冷卻水質、流量、溫度、壓力的基本要求

冷卻水水質、水溫和水壓要求，見表1，表2。

2.循環冷卻水系統設計（見圖1）

2.1冷卻池及冷卻塔

4臺設備共用一個冷卻池。該冷卻池約60m³，設置了排水孔及低水位自動補水裝置。當水位過高時，水自動從排水孔中排出。水位低于設定的水位值時，自動補水。冷卻池分為冷水池和熱水池兩個區域。熱水池的水經過冷卻塔冷卻后再回到冷水池，供生產使用。冷卻池上方檢修口上加蓋板，防止雜物進入水池中。

冷卻水通過水塔噴淋冷卻后通過回水池進入爐內循環水路，故選用1 00 m³/h無填料噴霧式冷卻塔，實際冷卻總量可調至120 m³/h。冷卻水進塔壓力在0.08-0.15 MPao冷卻塔濕球溫度在28℃時，進水溫度t≥45℃，出水溫度t≤35℃，冷卻溫差≥10℃。

2.2水泵

循環冷卻系統共有4臺泵。進水泵兩臺，一用一備；回水泵一臺；應急柴油泵1臺。考慮到車間場地及嘈音等因素，在室外修建泵房，所有泵均安裝在泵房內，方便管理和維護。

在熔煉過程中，如果泵出現故障或是突然斷電等原因導致冷卻水中斷，無法對感應線圈、擴散泵及中頻電源等重要部件進行冷卻，會對設備造成嚴重的損害并可能發生安全事故，所以，循環水泵設計為一用兩備，兩臺自吸式水泵和一臺柴油泵。兩臺自吸式水泵可以隨時切換，柴油泵則作為應急裝置一并納入循環系統中。

根據設備的冷卻水需求量，循環水泵流量設計為100 m³/h?？紤]到管損等因素，泵的揚程選擇為32 m。冷卻水池在地平面以下，循環水泵選擇自吸泵，并增加底閥，作為雙重保險。

熔煉過程中，如果突然斷水，熔煉必須中止，應急水的主要作用是對感應線圈、擴散泵和中頻電源等重要部件進行冷卻，使其盡快冷卻以保護設備，以細水長流為冷卻原則。故柴油泵流量設計為30 m³/h，揚程30m。在斷電后，柴油泵獲取斷電信號，馬上自動啟動，進行供水。柴油泵需嚴格按要求進行日常的維護保養，保證在出現特殊情況時柴油泵能正常工作。

從真空爐出來的冷卻水為無壓力回水，故需要在管路中設置1臺泵，用于將回水泵入冷卻塔中。

2.3管路設計

布置一根主進水管道DN150，統一分配給4臺設置。

車間以運行300kg真空爐為主，且300kg真空爐用水量最大。當大、小設備同時運行時，為避免300kg真空爐回水倒流進其他小設備，在室內布置2根回水管道，其中一根DN150的回水管專用于300kg真空爐的回水，另一根DN150的回水管用于另外3臺設備的回水，留有足夠的坡度，使回水順暢，并在回冷卻塔之前匯總。進、回水管道刷不同顏色的油漆以示區別，方便檢修。

4臺設備同時運行的機率不大，故冷卻水實際總需求量<100 m³/h。爐內冷卻水的流速一般保證在1～1.5 m/S：水速過快，會使感應線圈表面溫度過低，形成凝露，導致圈內短路；水速過慢，水溫過高，會加速水中無機物的沉淀，使銅管內部結垢。所以在泵的出水管及設備的總進水管處均設置了調節閥及壓力表，便于調節流量及進水壓力，使冷卻水保持一個適中的流速。

每臺設備均設計了單獨的水箱，水箱中有多路進水管道和回水管道，將冷卻水分送至所需的各個冷卻點位，再分不同的管道回到水箱，進入回水管道。由于是重力回水，操作人員可以很直觀地通過觀察回水流量，觸摸回水溫度等方法來判斷設備內部的冷卻水路是否暢通。尤其是真空爐的中頻電源柜中有很多小管徑的冷卻管道，容易堵塞，造成某些部件的燒損，從而影響設備的正常運行，故在中頻電源的外部也設置這樣的水箱，并入總循環管路中。

3.保證水質的相關措施

冷卻水太硬，會加速設備內部冷卻管道的結垢，使銅管被腐蝕并短路；冷卻水中含有雜質，會使管道堵塞，達不到冷卻效果而導致電氣元件被燒毀。系統中采用了以下措施來保證冷卻水質。

（1）軟水器的使用。

廠區所用的自來水，除硬度超標，其他指標均能滿足冷卻水質要求。系統中選擇了一臺全自動軟水器對自來水進行處理。當含有硬度離子的原水通過交換器樹脂層時，水中的鈣、鎂離子與樹脂內的鈉離子發生置換，樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進入水中，從交換器內流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水。

軟水器的進水壓力為0.2-0.35 MPa。廠區供水壓力不穩，故在軟水器之前設置一個小型增壓泵，保證水壓始終能夠滿足軟水器進水壓力要求。

（2）為防止管道生銹而影響水質，所有循環水管道均采用304不銹鋼材質。

（3）水泵入水口處設置過濾裝置，并定期清理。

（4）冷卻池內壁貼一層磁磚，不易生苔蘚，避免其進入循環水路；冷卻池上部的檢修口處設置蓋板，冷卻塔下部有304不銹鋼擋板及百葉窗，防止雜物進入水池。同時定期更換冷卻水，并清理水池。

4.操作說明

（1）為保障真空爐安全使用，必須先開啟循環水泵，運行一段時間后再啟動真空爐。在熔煉任務結束后，必須待爐內坩堝完全冷卻后才能停止供水。

（2）在突然斷水后，柴油泵啟動，以細水長流為冷卻原則，通過閥來調節各設備的進水量。

5.結語

該方案實施后，在實際生產中運行良好，可控可調。尤其是在幾次計劃外的故障停電后，柴油泵馬上啟動進行供水，有效地保護了設備，避免安全事故的發生。