循環冷卻水系統的節能技術優化探討

趙瑋 侯毅 冉學良

摘 要：水資源對于我們的日常生活起著非常重要的作用，維持著人們的正常起居。另一方面，水也是一種比熱容大的資源，在工業生產領域有著自己的應用空間。在現代工業的領域范圍內，循環水應用非常廣泛。本文將以工業生產企業作為例子，對工業領域的冷卻水系統進行分析，針對現階段的循環冷卻水系統中的安全與節能技術以及制定出最佳的對策進行詳細的闡述。

關鍵詞：工業生產；循環水；冷卻水系統；安全與節能技術

在進行工業生產的過程中，生產的設備會造成能源的消耗導致出現很多的熱量，這些熱量使得生產的設備溫度逐漸變高，這時候就需要對設備進行循環冷卻操作，從而保證工作人員與生產的設備處在安全的環境之下。這個冷卻操作就需要用到循環冷卻水系統。但是現階段環境下，很多的工廠在進行生產的運行中，它們的設備基本是根據需要進行生產作業，而不是全天候的不間斷運行工作，這就造成工廠在進行生產時的設備以及對冷卻水的需求量就存在著差異與不同。一旦循環冷卻水系統在進行設計的過程中出現了使用不當、設計不合理等問題的發生，就會直接造成對能源的浪費。這就需要我們的設計人員能夠結合新型工業的發展道路，對能源能夠做到充分的有效利用，更高程度的提升對循環冷卻水系統的技術，在滿足系統符合冷卻的功能前提下，對能源也進行節約，最終實現生產與生態環保雙贏的效果。

一、循環冷卻水系統構成內容以及運行原理

循環冷卻水系統主要是由監測換熱系統、單級雙吸式離心泵、冷卻塔、風機、旁濾系統幾個部分組成，整個系統的流程是將涼水塔池內的水通過離心泵打到生產的換熱器中，這樣就能夠為換熱器進行有效的降溫作用，之后循環的水就通過泵流向了塔頂的位置，之后以橫流以及逆流的冷卻塔對換熱器進行降溫，這樣進行不斷地循環降溫，水就形成了循環的冷卻效果。

二、傳統循環冷卻水系統的技術應用問題

在對傳統的循環冷卻水系統進行節能設計的過程中，如果因為設計技術不合理等原因造成嚴重的浪費問題，就需要進行及時的優化改良。

（一）系統終端高差偏大

當化工企業的循環冷卻水系統在進行生產的過程中，始終會遇到一個問題，那就是循環水供水高程不足，高程不足一般都與系統的工藝設計有著緊密的關系。譬如，對于一般的冷卻塔它的實際標高是46m左右，但是系統的設計高程標高卻為35m，這樣一個強大的偏差就會使得循環冷卻水系統在進行運行的過程中出現不利終端的情況發生。因此，如果在進行生產的時候，選擇關閉冷卻塔就會對塔閥的閥門造成蹩壓，但是如果對水泵的輸出揚程進行強行提高，輸配管網的壓力就會長期停留在一個高水平之上，直接導致水泵輸出揚程浪費。

（二）管網水力不平衡

傳統的循環冷卻水系統在進行水路設計的時候一般都會設計的很復雜，且對系統終端需求非常多樣化，這樣的設計方式就會導致管網對的整體水力會出現不平衡的情況發生。譬如說，當循環水系統在一些時間段內進行換熱器過流，就有可能會發生換熱器欠流的情況，直接就會出現循環的水流量沒有辦法進行合理的分配，導致資源浪費。

（三）泵站供給量持續調控能力不強

傳統的循環冷卻水系統在運行的時候，自身會有很大的工藝負荷，當運行作業的過程中系統不僅要承受負荷的壓力還要對環境的溫度變化進行適應，當僅僅只是依靠水泵的臺數來進行調節的話，就沒有辦法對循環冷卻水系統中出現的連續循環供水的水量，進行及時有效的調節與控制，間接性的導致本組的系統能耗量太大，出現極大的成本浪費現象。

三、循環冷卻水系統的節能技術

（一）參數優化

根據整個的系統設備功能消耗的數據分析來看，循環水泵以及風機是最耗能的兩個部件，而且這兩大部件對于在流量設計以及揚程方面的耗能非常關鍵。同時，水、隔離層、空氣以及填料之間也會因為相互受到影響而決定耗能的消耗。結合循環系統的工作原理來進行分析得出，將氣水比的比例進行固定，然后對空氣干球的溫度以及換熱器的面積進行提升后，水與氣之間進行蒸發以及接觸的傳熱量就都會獲得增長；如果對氣水比以及空氣干球的溫度同時進行固定，生產所需要的空氣與循環的水量就會隨之減少，這樣整體的運行耗能也在發生降低的改變，整體的成本得到降低與節約。這就意味著，在進行生產的過程中，要根據實際生產的需求來找尋最佳的一個負荷與耗能的平衡點支撐，然后以數學模型來進行條件的優化設置，就能夠得到最合理的一個參數。

（二）熱泵技術

熱泵是在最近幾年來才被逐步應用起來的一種節能技術，它主要是將熱量通過對高位能的有效利用從低到高進行熱源流向的節能裝置，因為自身使用的是可再生的清潔能源，在使用的過程中能夠有效的進行節能環保導向。很多的一些企業譬如鋼鐵制造企業在進行煉鐵、熱軋等生產工作的時候就需要利用循環冷卻水的技術，直接為熱泵技術的使用奠定基礎。一般情況下，水的溫度在冬季為12-22℃，整體溫度比空氣的溫度要高一些，如此一來，水源熱泵機組就可以充分利用好這個溫差效果，來對熱泵循環進行蒸發與供暖能力的功能提升。到了夏天的時候，水的溫度一般都在18-35℃，這時候的溫度會比空氣的溫度低很多，導致冷凝的溫度進行了降低，此時的冷卻效果要比冷卻塔的效果好的多，從而對機組的運行效率進行了提高。通過四季環境溫度的變化對比顯示，熱泵技術無論在哪個季節都能夠依據自身溫差實現節能環保的功效。

（三）變頻調速技術

在進行節能環保的技術改造過程中，對于變頻調速技術的應用，直接減少了設備發生故障的頻率，對能源進行了有效的節約。在進行變頻調速技術操作，主要就是通過變頻來控制循環水泵電機以及冷卻塔風機，以此來調整水泵以及冷卻塔的運行情況。具體的操作過程就是，第一步，對PLC程序進行設計工作，即對水溫度以及電機電流進行兩者之間的參數模型比例關系的建立，就可以對參數進行控制、比較以及顯示功能；第二步，結合PLC來進行相關的數據運算，通過查看溫度的變化來對變頻器輸出進行調節，這樣就可以進行人工指令的設計，來進行溫度的選擇控制。這些基本的參數，能夠在不一樣的水溫、季節的變化之下，對動力設備進行調節，來改變設備的運行狀態，這樣就可以確保設備在各種負荷之下都能夠進行冷卻工作。

（四）余熱利用

在進行循環冷卻水的運行時，當冷凍機的溫度降低到32℃的時候，就會有一些冷凝熱在沒有進行合理的利用就被從冷卻塔中給排出去。因此，如果能夠對這些冷凝對的余熱進行有效的利用之后，也能夠起到很大的節能作用。對冷卻水的余熱進行充分利用，一般有兩種方法，一種為直接法，即通過對熱交換器的增加設置將冷卻水的熱量進行交換出去；另外一種是間接法，即專門增加一個熱回收冷凝器，從冷凝器中分割一部分添加制冷劑，然后將熱量進行釋放，釋放出的熱量就通過冷卻水進行釋放，無論是哪一種方法，都能夠對熱量的余熱進行很好的利用與回收作用。

結束語：

在進行化工生產的過程中，因為對循環水的使用數量非常大，就需要對它的系統節能技術進行不斷的設計與優化，才能夠使水系統循環水得到最大的功能發揮。工業企業要對水系統中所存在的問題結合系統的參數進行深入的分析，通過建立PLC變頻控制程序，并同時充分運用熱泵技術、余熱回收利用技術等對循環冷卻水的系統進行節能化改造，全面提升循環水系統運行的安全、穩定與節能。

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