冷卻系統在工業生產廠房中的應用

梁 曉 崔紅實

(中國電子工程設計院，北京 100840)

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冷卻系統在工業生產廠房中的應用

梁 曉 崔紅實

(中國電子工程設計院，北京 100840)

介紹了工業生產廠房中冷卻塔的原理及常用的冷卻塔形式，根據被冷卻對象的不同，列出了工業生產廠房中常用的冷卻系統，并針對冷卻系統中常見的運行問題給出了解決措施，旨在提高冷卻系統的運行效率。

工業生產廠房，冷卻系統，冷卻塔，熱量

1 概述

工業生產廠房中往往產生大量的熱量，為保證產品質量、生產設備安全運行和生產必需的環境條件，需采用冷卻介質帶走生產過程中產生的部分熱量，其中包括設備內部產生的熱量(其一是工藝生產設備內部產生的熱量，其二是為工藝設備服務的空氣壓縮機內部產生的熱量)及釋放至生產廠房內的熱量(此三種系統通常單獨設置)，水是吸收和傳遞熱量的最好介質且便于獲得，故常常采用水冷卻。利用水的蒸發及空氣和水的傳熱原理帶走水中熱量、降低水溫的構筑物(或設備)稱為冷卻構筑物。水的冷卻構筑物有水面冷卻池、噴水冷卻池和冷卻塔三類，其中最常用的是冷卻塔，由于工業冷卻用水量很大，從節約水資源考慮，通常采用循環式冷卻水系統。

2 冷卻塔原理、常用的冷卻塔型式及優缺點

在冷卻塔中，水的冷卻是以空氣為冷卻介質的。

按照熱水(循環水)是否與空氣直接接觸，冷卻塔分為干式(密閉)冷卻塔和濕式(敞開式)冷卻塔，干式冷卻塔依靠噴灑在冷卻水管上的水滴蒸發散熱以及流動的空氣接觸傳熱降低密閉管內熱水的溫度，在工業廠房中即指冷卻工業設備的水或工藝流體不和冷卻塔中的空氣、水直接接觸。濕式(敞開式)冷卻塔指熱水與空氣直接接觸，通過蒸發傳熱和接觸傳熱使水溫降低，達到熱水冷卻的效果。

濕式(敞開式)冷卻塔對于干式(密閉)冷卻塔的優點是：熱交換效率高，但水量損失大，且水質差。

干式(密閉)冷卻塔的優點是：與被冷卻設備接觸的循環冷卻水水質能得到保證，且水量損失小。缺點是：熱交換效率低，塔的造價高。

3 工業生產廠房常用的冷卻系統原理

冷卻系統主要設備有：冷卻塔、用水設備(又稱被冷卻設備)、循環水泵、循環水處理裝置，冷卻介質是水[1]，常用的間冷開式冷卻塔系統和閉式冷卻塔系統原理示意圖分別如圖1，圖2所示。

前面提及，在工業生產廠房中，需要冷卻系統帶走的熱量包括兩大部分，一種是設備內部來不及釋放出來的熱量，又分兩種情況，其一是工藝生產設備內部產生的熱量，其二是為工藝設備服務的空氣壓縮機內部產生的熱量。帶走工藝生產設備內部產生的熱量，此循環冷卻水系統稱之為工藝循環冷卻水系統，因工藝設備對接觸水質有較高要求(水質最低為軟化水，通常為二級RO水)，因此冷卻塔常采用閉式冷卻塔或開式冷卻塔出水僅作為冷媒去交換帶走工藝設備熱量的熱水，系統原理示意圖如圖2，圖3所示。

帶走為工藝設備服務的空氣壓縮機內部產生的熱量，此循環冷卻水系統常采用開式冷卻塔，原理圖見圖1，冷卻塔為高溫差冷卻塔。第二種是釋放至生產廠房內的熱量，帶走這部分熱量的循環冷卻水系統即通常的中央空調的冷凍機所需的循環冷卻水系統，系統原理示意圖如圖4所示。

圖3為開式冷卻塔間接供冷系統原理圖，圖3a)適用于被冷卻工藝設備要求的冷卻水進水溫度高于冷卻塔出水溫度的情況，此種情況下冷卻塔出水作為冷媒，通過換熱器交換被冷卻設備出來的熱水，達到降溫目的。圖3b)適用于被冷卻工藝設備要求的冷卻水進水溫度介于冷卻塔出水溫度和冷水機組出水溫度之間的情況，冷水機組蒸發器出水作為冷媒，通過換熱器交換被冷卻設備出來的熱水，而冷卻塔出水則作為冷水機組冷凝器進水。圖3兩種原理圖中與工藝設備(被冷卻設備)直接接觸的冷卻水不與外界接觸，可以保證水質。

圖4所示為常規工業廠房中中央空調的冷凍機所需的循環冷卻水系統原理圖，夏季時運行冷卻塔→水泵→冷水機組模式，冬季及過渡季，室外溫度低，冷卻塔出水溫度也低，運行冷卻塔→水泵→換熱器模式，這樣在冷卻塔出水溫度滿足空調(被冷卻設備)進水溫度要求的情況下，可以節約停止冷凍機運行，節省耗電的費用。

4 冷卻系統運行問題及解決措施

1)冷卻塔的運行及節能。工業生產廠房的冷卻水系統，不論是中央空調的冷凍機所需的冷卻水系統還是空壓機冷卻水系統，亦或是工藝設備冷卻水系統，通常情況下一年四季都在運行，中央空調冷卻水系統冬季冷卻負荷可能會有比較大的變化，另外兩種冷卻水系統冷卻負荷相對比較平穩，變化比較小。不同季節室外空氣濕球溫度，進水水溫及冷卻負荷的變化都將引起冷卻塔冷卻能力的變化。因此，冷卻塔在運行過程中，當室外空氣濕球溫度變化或冷卻負荷發生改變時，采取一定的措施使冷卻塔的冷卻能力與冷卻負荷相匹配，可以起到降低運行能耗的效果。

a.控制風機的啟、停。冬季室外空氣濕球溫度降低時，冷卻塔的冷卻能力增加，冷卻塔出水管水溫降低，由溫度計探測水溫，進而控制冷卻塔風機啟、停，達到防止水溫過低及節能的目的。

b.調整風機轉速。即風機變頻，風機變頻指冷卻塔風機根據塔的出水溫度自動調節轉速，對于多組拼裝的冷卻塔，最好是每組風機都變頻，但如果考慮到投資費用問題，可以僅一臺風機變頻，其余風機定頻，這樣既滿足系統的運行要求，也可以節約一定的電能，達到節能目的。

c.風機臺數控制。當冷卻系統有多臺冷卻塔或一臺冷卻塔有多臺風機時，可以通過控制風機開啟臺數來調節總風量，這種調節靈活方便，且水溫比較穩定，尤其適合冷卻負荷變化不大但室外空氣濕球溫度變化大的情況。此情況也是通過溫度計探測冷卻塔出水管水溫，自動調節風機的啟、停數量，從而降低冷卻塔風機能耗。

2)水質問題及解決措施。冷卻系統中，經常遇到影響系統正常運行的水質問題有：a.雜質、泥沙多；b.管道結垢、腐蝕嚴重；c.微生物、藻類瘋長。

針對以上問題建議采取如下措施，以確保冷卻系統運行效率。

第一，對冷卻塔塔體加設篷布，避免風沙揚塵等惡劣天氣對冷卻塔的污染及危害，這種措施一般用在風沙比較大的地區。第二，控制管道結垢的方法是：加強對冷卻水的軟化處理，減少水中鈣鎂離子；投加酸或化學藥劑，以控制水垢生長速度。控制管道腐蝕的主要方法是投加緩蝕劑，使之在金屬表面形成一層薄膜，從而與腐蝕介質隔絕，達到緩蝕目的。第三，投加殺生劑以控制微生物、藻類，宜以投加氧化型殺生劑為主，非氧化型殺生劑為輔[2]。第四，定期排污。

5 結語

隨著經濟發展和科技進步，當今社會對能源的需求量愈來愈大，在高速發展社會經濟的同時如何最大限度節能已成為全世界首要關注的問題，在工業生產中，如何高效利用“水”這一寶貴資源也尤其重要，本文列出了工業生產中不同被冷卻對象應用的不同冷卻水系統，并對其中影響節能的因素提出改進措施，對環保節能具有相當重要的意義。

[1] 吳小勇，宋文武.中央空調循環冷卻水系統節能技術[J].制冷與空調，2011，25(1)：95-97.

[2] GB 50050—2007,工業循環冷卻水處理設計規范[S].

The application of cooling system in industrial production workshop

Liang Xiao Cui Hongshi

(ChinaElectronicsEngineeringDesignInstitute,Beijing100840,China)

This paper introduces the principles of cooling tower in industrial production workshop and the commonly used cooling tower form, according to the different of cooling object, listed the commonly used cooling system in industrial production workshop, and according to the common operation problems in cooling system gave some measures, aiming at improving the operation efficiency of cooling system.

industrial production workshop, cooling system, cooling tower, heat

1009-6825(2016)11-0139-02

2016-02-02

梁 曉(1982- )，女，工程師； 崔紅實(1976- )，女，工程師

TU831.6

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