大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王永昌

（太原重工股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

太原重工股份有限公司為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的擴(kuò)大、等級(jí)的提高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級(jí)換代、市場(chǎng)拓展的國(guó)際化，經(jīng)過(guò)慎重研究決定，開(kāi)啟大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化的研究項(xiàng)目，并利用原平爐煉鋼的煤氣發(fā)生爐、原輔爐料準(zhǔn)備等輔助廠區(qū)進(jìn)行建設(shè)[1]。

但是，所新建的大型煉鋼鑄鋼車(chē)間、鍛造車(chē)間、熱處理車(chē)間，及原煉鋼鑄鋼車(chē)間、熱處理車(chē)間，需要循環(huán)冷卻的設(shè)備和裝置多達(dá)34臺(tái)套，其中包括100 t的電弧煉鋼爐、150 t的鋼包精煉爐、500 kg的蒸汽噴射真空泵、12 500 t的自由鍛油壓機(jī)、840 m3的淬火水槽等大型或超大型設(shè)備。冷卻水的水質(zhì)又分為自來(lái)水、濁水（中水）、凈水三種，回水方式也有重力、壓力、重力+壓力3類(lèi)之分，包括二級(jí)冷卻總流量高達(dá)2.5萬(wàn)m3/h。因此采取集中循環(huán)冷卻勢(shì)在必行，建設(shè)復(fù)雜而龐大的循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站能極大地解決新廠房存在的多種設(shè)備、多種循環(huán)方式問(wèn)題。

1 聯(lián)合泵站概述

1.1 聯(lián)合泵站簡(jiǎn)介

泵站是指能提供有一定壓力和流量的液壓動(dòng)力和氣壓動(dòng)力的設(shè)施及其建筑物的總稱。而對(duì)于該公司新建廠房復(fù)雜龐大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，需以聯(lián)合集中的形式建設(shè)一個(gè)能同時(shí)滿足如此多設(shè)備循環(huán)冷卻的泵站，我們稱之為聯(lián)合泵站。

1.2 聯(lián)合泵站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

龐大的循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站實(shí)施起來(lái)十分艱難，首先在設(shè)計(jì)單位的選擇上就遇到了麻煩。承擔(dān)整個(gè)大型鑄鍛件國(guó)產(chǎn)化研究項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)單位，卻從未涉足過(guò)設(shè)計(jì)如此之復(fù)雜、規(guī)模如此之龐大的循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站，對(duì)于這種項(xiàng)目的設(shè)計(jì)也力不從心。第二家設(shè)計(jì)單位雖然明確表示對(duì)單一水質(zhì)、單一重力回水方式的大流量即使再大都會(huì)設(shè)計(jì)，但是對(duì)34臺(tái)套設(shè)備和裝置、3種水質(zhì)、3類(lèi)回水方式的循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站，也未曾涉足，而且由于對(duì)熱加工的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)流程不熟悉，也同樣無(wú)從下手。最后一家既對(duì)大型熱加工生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程相當(dāng)熟悉，又有其他同行企業(yè)單一凈水、單一重力、單一壓力回水方式，大流量循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，并愿意承擔(dān)責(zé)任，于是聯(lián)合泵站的設(shè)計(jì)方案才悄然落地。

2 聯(lián)合泵站的設(shè)計(jì)

2.1 聯(lián)合泵站原理

聯(lián)合泵站循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為自來(lái)水、濁水（中水）、凈水3種形式。其中，自來(lái)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)為所有工件的浸淬所用。濁水循環(huán)冷卻系統(tǒng)為所有蒸汽噴射真空泵的冷凝及所有工件的噴淬所用。凈水循環(huán)冷卻系統(tǒng)則為其他所有設(shè)備的冷卻所用。

對(duì)于自來(lái)水循環(huán)冷卻系統(tǒng)、濁水循環(huán)冷卻系統(tǒng)均分別采用一級(jí)敞式循環(huán)冷卻形式。對(duì)于凈水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，則采用凈水一級(jí)循環(huán)冷卻+中水二級(jí)敞式循環(huán)冷卻的形式。對(duì)于一級(jí)凈循環(huán)的壓力回水，采取閉式循環(huán)冷卻；對(duì)于一級(jí)凈循環(huán)的重力回水，采取敞式循環(huán)冷卻。與此同時(shí)，聯(lián)合泵站還附設(shè)凈水制備系統(tǒng)、凈水余熱利用系統(tǒng)、浸淬油專用封閉循環(huán)輸送油泵站、液壓油循環(huán)系統(tǒng)（主機(jī)自備），但對(duì)這些附加系統(tǒng)本文不以贅述。最終，這套龐雜循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站的總流程原理，如下頁(yè)圖1所示。

2.2 自來(lái)水/濁水一級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)

下頁(yè)圖1中上部虛線框內(nèi)所示的系統(tǒng)，為自來(lái)水一級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，集中用于新舊兩個(gè)熱處理車(chē)間，包括3臺(tái)井式浸淬槽和3臺(tái)池式浸淬槽冷卻水的循環(huán)冷卻。這套自來(lái)水一級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的配置，如下頁(yè)表1相關(guān)部分所示。

圖中左中部虛線框內(nèi)所示的系統(tǒng)，為濁水一級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，集中用于新舊兩個(gè)煉鋼車(chē)間各2臺(tái)蒸汽噴射真空泵，新熱處理車(chē)間1臺(tái)立式和1臺(tái)臥式（預(yù)留）噴淬設(shè)備冷卻水的循環(huán)冷卻。這套濁水一級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)的配置，也如表1相關(guān)部分所示。

圖1 循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站總流程原理圖

表1 自來(lái)水和中水敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)配置表

2.3 凈水一級(jí)+中水二級(jí)循環(huán)冷卻系統(tǒng)

圖1中下半部所示的系統(tǒng)，為凈水一級(jí)循環(huán)+中水二級(jí)敞式循環(huán)冷卻系統(tǒng)，集中用于新舊兩個(gè)煉鋼車(chē)間的 80 t、30 t、10 t等 3 臺(tái)電弧爐，150 t、150 t、40 t、40 t、25 t等5套鋼包精煉爐，流量為920 m3/h的2臺(tái)水環(huán)式真空泵，總風(fēng)量為1 450 km3/h的4臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)；鑄鋼車(chē)間生產(chǎn)率為15 t/h的2套舊砂再生系統(tǒng)的砂溫調(diào)節(jié)器；鍛造車(chē)間1臺(tái)125 MN自由鍛油壓機(jī)和1臺(tái)4 500 kN·m操作機(jī)的液壓油；新舊兩個(gè)熱處理車(chē)間的 840 m3、595 m3、253 m3等 3 個(gè)浸淬油槽，1臺(tái)差溫爐（預(yù)留）等22臺(tái)套設(shè)備所用冷卻水的循環(huán)冷卻。鍛造車(chē)間液壓油和熱處理車(chē)間浸淬油的循環(huán)冷卻，則是通過(guò)圖中右下部所示兩組油水板式換熱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其整套龐雜系統(tǒng)的配置，如表2所示。

3 聯(lián)合泵站的應(yīng)用

3.1 聯(lián)合泵站的主要數(shù)據(jù)及其簡(jiǎn)析

經(jīng)過(guò)前期精心設(shè)計(jì)與困難重重的施工建設(shè)，循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站終于投入使用，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。現(xiàn)對(duì)循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站總流程原理圖中所示循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)匯總于表3，并加以簡(jiǎn)要的分析說(shuō)明。

表2 凈水一級(jí)循環(huán)+中水敞式二級(jí)循環(huán)冷卻系統(tǒng)配置表

表3 循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

聯(lián)合泵站集約優(yōu)化為水泵13組（即13種型號(hào)）21臺(tái)，其中冷水泵10組15臺(tái)，熱水泵3組6臺(tái)；總流量 25 101 m3/h，其中冷水 17 175 m3/h占比68.42%、熱水7 926 m3/h占比31.58%，自來(lái)水3 100m3/h占比12.35%、濁水13 370 m3/h占比53.26%、凈水8 055 m3/h占32.09%；裝機(jī)總?cè)萘? 678 kW（含備用電機(jī)）。聯(lián)合泵站的應(yīng)用，完全滿足了5個(gè)大型熱加工車(chē)間34臺(tái)套設(shè)備的冷卻水集中循環(huán)冷卻。

3.2 聯(lián)合泵站的應(yīng)用成果

聯(lián)合泵站的應(yīng)用除了完全滿足多臺(tái)套設(shè)備的冷卻水集中循環(huán)冷卻這一主要功能之外，還取得其他很多成果：

1）根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況與精心布局，聯(lián)合泵站實(shí)際用地僅為6 km2，是傳統(tǒng)星羅棋布設(shè)計(jì)無(wú)以匹敵的。

2）自來(lái)水、濁水、凈水3套冷卻系統(tǒng)的受冷設(shè)備，均為開(kāi)放式并聯(lián)連接，即受冷設(shè)備的多少?zèng)]有設(shè)限，可任意增減，后期項(xiàng)目運(yùn)行中有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

3）對(duì)凈循環(huán)冷卻水因地制宜地采用軟水和自來(lái)水進(jìn)行勾兌，軟水的占比僅為28.6%，達(dá)到了最低程度，實(shí)際應(yīng)用中有效地降低了運(yùn)營(yíng)成本。

4）聯(lián)合泵站的中水可以用于鑄鋼水玻璃舊砂的濕法再生，其舊砂再生的回水沒(méi)有溫升，可自然平抑熱水池的水溫，使熱水泵組開(kāi)啟的流量也相應(yīng)減少。在熱水池要設(shè)置水質(zhì)監(jiān)控裝置，使得堿度不超標(biāo)。對(duì)冷水泵組另設(shè)旁路與熱水池直接相連，并設(shè)單向閥便于交替供水，實(shí)現(xiàn)了舊砂再生的單獨(dú)使用。

3.3 聯(lián)合泵站的不足

由于國(guó)內(nèi)如此復(fù)雜龐大的聯(lián)合泵站實(shí)屬罕見(jiàn)，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也非常有限，在后期聯(lián)合泵站的實(shí)際應(yīng)用中也存在一定的不足。

如在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，由于聯(lián)合泵站用水點(diǎn)啟用時(shí)間并不同步，回水方式也不統(tǒng)一，導(dǎo)致系統(tǒng)集約化的程度并未達(dá)到最優(yōu)，尤其是10組冷水泵本可集約優(yōu)化為4組，凈循環(huán)冷卻系統(tǒng)如全部采用壓力回水，則無(wú)需設(shè)置熱水泵組。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，循環(huán)冷卻水聯(lián)合泵站在工藝的主導(dǎo)下，完全有可能采用4組冷水泵加2組熱水泵，把泵的規(guī)格型號(hào)及臺(tái)數(shù)減少到最低程度，極大地降低聯(lián)合泵站建設(shè)投入和運(yùn)營(yíng)成本。

4 結(jié)論

聯(lián)合泵站的循環(huán)冷卻系統(tǒng)雖然龐雜，但由于分工明確，分交清晰，互成獨(dú)立的體系，在后期的使用過(guò)程中，為分期實(shí)施、分戶使用創(chuàng)造了便利條件。特別是在以新頂舊的原煉鋼鑄鋼車(chē)間最先使用，不僅為新煉鋼鑄鋼廠房的施工建設(shè)騰挪出場(chǎng)地，而且減少了企業(yè)停產(chǎn)時(shí)間。

同時(shí)，聯(lián)合泵站全部進(jìn)出水管道，由于對(duì)總管末端壓力控制方式的采用，使管道的根數(shù)得以集約，減少到最低程度。全部管線通過(guò)地下管溝進(jìn)行敷設(shè)，使得廠區(qū)變得異常整齊美觀。該公司聯(lián)合泵站的設(shè)計(jì)、施工及投產(chǎn)，為同行業(yè)或者同類(lèi)型企業(yè)的聯(lián)合泵站建設(shè)積攢了了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。