浅谈光纤预制棒玻璃化石墨炉冷却水装置的改进及应用

>> 浙江富通光纤技术有限公司 宋大吉 方子乾 倪晓军



浅谈光纤预制棒玻璃化石墨炉冷却水装置的改进及应用

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1 引言

众所周知，在多台玻璃化炉设备共用的冷却水系统中，单台设备的启停，对系统压力及其它设备的流量、压力有很大的影响，稍有不慎就会导致其他设备无法正常运行，并且操作复杂、繁琐，需要花大量的人力及时间。

冷却水水质对系统的效率及设备的安全等也存在很大的影响，并一直是广大专家研究的重点，在各项研究中，大家一直公认系统的密封性对系统的水质有着重大的影响。因而在保证水系统密封性的前提，如何提高系统的稳定性，成为石墨炉使用单位的一个重要课题。

2 冷却水系统设计原理及使用中出现的问题

传统的冷却水系统由回水箱、冷却水泵、高位水箱、进水阀、回水阀、旁通阀、玻璃化炉、冷却塔、补水泵、补水箱装置依序连接组成（如图1所示）。回水箱里面的冷水，通过冷却水泵打入进玻璃化炉设备中，设备前端安装有进水阀、旁通阀、及回水阀，通过这3只阀门调控设备进水量。低温冷却水经过发热设备，吸收热量，转化为高温冷却水，高温冷却水再经过冷却塔冷却，释放热量，又转化为低温冷却水，最后回到回水箱中，进行下一次循环。系统缺水后，可以通过补水泵，把补水箱中的水打入进行补水。如此组成了一套完整的冷却水系统。

如图1所示，设备流量调整主要通过进水阀及旁通阀进行。流量需要调小时，通过关小进水阀，调大旁通阀进行，流量需要调大时，则反之。

因无法确认系统是否缺水，本系统需要定时进行补水。补水操作是，开启补水泵，把补水箱中的水打入系统中，顶部排地沟管路出水时，则系统打满水，然后关闭补水泵。

目前本系统实际应用中主要有以下几个方面的问题：

（1）设备水量调整繁琐、不稳定，当石墨玻璃化炉设备1调整水量时，因设备阻力大于旁通阀的阻力，即使调大（调小）进水阀，调小（调大）旁通阀，整个系统的压力也会改变，设备2及设备3的压力及流量则立即产生变化，如流量低，则设备停机。因此，当某台设备需要调整水量或者停机检修时，需要安排人员时刻关注同系统中的其他设备冷却水情况，当波动时，需要立即进行调整。

（2）整个系统没有完全密封，回水箱顶部气仓与地沟相通，系统的水质无法得到保障，系统很容易结垢、腐蚀等，对设备、配件等皆产生很大的负面影响。

（3）应急能力不足，设备安全无法保障。因石墨玻璃化炉内为1600℃的高温，当冷却水泵故障时，设备则立即停水，炉内高温则立即传到至外表面，导致设备配件受高温的影响而损坏，设备已因高温而无法操作。

图1 系统原理图

3 问题的解决方案

针对以上实际中出现的问题点，分别通过以下的方法对系统的设计进行改造。

冷却水泵增加变频器控制，出水端使用压力传感器替换原压力表，同时取消了设备端的旁通阀，只保留进水阀及回水阀。系统中，压力传感器监测冷却水泵压力，然后反馈到变频器处，变频器再通过反馈及设定的压力信息控制水泵。通过控制，确保设备进水压力稳定，当设备1水量调整时，设备2及设备3的进水压力及回水压力皆没有受到影响，流量也就不会改变。因而系统中某台设备流量调整或检修时，不会对其他设备流量及压力产生影响，保证系统压力稳定，方便调整。

针对密封性，原把回水箱中，通往地沟的管道进行封闭，达到密封效果。但是封闭后，产生了另一个问题，即当系统因缺水而补水时，回水箱顶部气仓空间缩小，水箱内压力升高，通过冷却塔及回水管道，设备的回水压力升高。但是因为设备进水压力不变，设备的进回水压力差相对就减小，最终导致设备流量降低，设备停机。

因此，增加水封管，从回水箱顶部连通至补水箱底部，通过补水箱内的存水对系统进行密封。同时回水箱顶部气仓仍然通过补水箱与外围空气联系，保障补水时，回水箱仍然保持大气压力，则达到系统压力、流量稳定的目的。

水泵运行时间久后会产生故障，然而石墨玻璃化炉无法断水。因此增加备用冷却水泵，定期对两台冷却水泵进行切换保养，保障运行。切换过程中，需要合理设定水泵停止及启动时间，保障出水压力仍然保持稳定，往往设置启动时间短于停止时间。

系统中每台设备前段增加高位水箱，高位水箱安装于高处，当系统停电，水泵无法运行时，水箱内冷却水仍然可以对设备进行冷却，保障设备及配件的安全。

图2 系统原理图

4 最终方案

最终整个系统完整原理图如图2所示，通过压力传感器及变频器控制冷却水泵，把回水箱内的冷却水打到高处的高温水箱处，冷却水进过进水阀进入到设备中，对设备进行冷却，转变为高温水，高温水通过回水阀，经过冷却塔冷却，又转变为低温冷却水，最后回到回水箱中，循环使用。当系统缺水时，补水泵开启，把补水箱内冷却水打入回水箱中，回水箱内气仓的气体通过水封管及补水箱，导出至大气中。

5 结论

根据此系统制作的冷却水系统装置实施效果十分显著，整个系统完全密封，能够有效保障水质，防止系统结垢、腐蚀，有效地保护设备及配件，有效降低系统的保养工作。变频控制，保障系统压力及流量稳定，方便设备的检修及调整。高位水箱能够有效提升系统应急能力，确保设备及配件安全。一用一备的冷却水泵，能够有效保障系统常年24小时连续不断供水。本系统特别适用于对冷却水要求严格的光纤预制棒石墨炉玻璃化设备中。