冷却系统在工业生产厂房中的应用

梁 晓 崔红实

(中国电子工程设计院，北京 100840)



冷却系统在工业生产厂房中的应用

梁 晓 崔红实

(中国电子工程设计院，北京 100840)

介绍了工业生产厂房中冷却塔的原理及常用的冷却塔形式，根据被冷却对象的不同，列出了工业生产厂房中常用的冷却系统，并针对冷却系统中常见的运行问题给出了解决措施，旨在提高冷却系统的运行效率。

工业生产厂房，冷却系统，冷却塔，热量

1 概述

工业生产厂房中往往产生大量的热量，为保证产品质量、生产设备安全运行和生产必需的环境条件，需采用冷却介质带走生产过程中产生的部分热量，其中包括设备内部产生的热量(其一是工艺生产设备内部产生的热量，其二是为工艺设备服务的空气压缩机内部产生的热量)及释放至生产厂房内的热量(此三种系统通常单独设置)，水是吸收和传递热量的最好介质且便于获得，故常常采用水冷却。利用水的蒸发及空气和水的传热原理带走水中热量、降低水温的构筑物(或设备)称为冷却构筑物。水的冷却构筑物有水面冷却池、喷水冷却池和冷却塔三类，其中最常用的是冷却塔，由于工业冷却用水量很大，从节约水资源考虑，通常采用循环式冷却水系统。

2 冷却塔原理、常用的冷却塔型式及优缺点

在冷却塔中，水的冷却是以空气为冷却介质的。

按照热水(循环水)是否与空气直接接触，冷却塔分为干式(密闭)冷却塔和湿式(敞开式)冷却塔，干式冷却塔依靠喷洒在冷却水管上的水滴蒸发散热以及流动的空气接触传热降低密闭管内热水的温度，在工业厂房中即指冷却工业设备的水或工艺流体不和冷却塔中的空气、水直接接触。湿式(敞开式)冷却塔指热水与空气直接接触，通过蒸发传热和接触传热使水温降低，达到热水冷却的效果。

湿式(敞开式)冷却塔对于干式(密闭)冷却塔的优点是：热交换效率高，但水量损失大，且水质差。

干式(密闭)冷却塔的优点是：与被冷却设备接触的循环冷却水水质能得到保证，且水量损失小。缺点是：热交换效率低，塔的造价高。

3 工业生产厂房常用的冷却系统原理

冷却系统主要设备有：冷却塔、用水设备(又称被冷却设备)、循环水泵、循环水处理装置，冷却介质是水[1]，常用的间冷开式冷却塔系统和闭式冷却塔系统原理示意图分别如图1，图2所示。

前面提及，在工业生产厂房中，需要冷却系统带走的热量包括两大部分，一种是设备内部来不及释放出来的热量，又分两种情况，其一是工艺生产设备内部产生的热量，其二是为工艺设备服务的空气压缩机内部产生的热量。带走工艺生产设备内部产生的热量，此循环冷却水系统称之为工艺循环冷却水系统，因工艺设备对接触水质有较高要求(水质最低为软化水，通常为二级RO水)，因此冷却塔常采用闭式冷却塔或开式冷却塔出水仅作为冷媒去交换带走工艺设备热量的热水，系统原理示意图如图2，图3所示。

带走为工艺设备服务的空气压缩机内部产生的热量，此循环冷却水系统常采用开式冷却塔，原理图见图1，冷却塔为高温差冷却塔。第二种是释放至生产厂房内的热量，带走这部分热量的循环冷却水系统即通常的中央空调的冷冻机所需的循环冷却水系统，系统原理示意图如图4所示。

图3为开式冷却塔间接供冷系统原理图，图3a)适用于被冷却工艺设备要求的冷却水进水温度高于冷却塔出水温度的情况，此种情况下冷却塔出水作为冷媒，通过换热器交换被冷却设备出来的热水，达到降温目的。图3b)适用于被冷却工艺设备要求的冷却水进水温度介于冷却塔出水温度和冷水机组出水温度之间的情况，冷水机组蒸发器出水作为冷媒，通过换热器交换被冷却设备出来的热水，而冷却塔出水则作为冷水机组冷凝器进水。图3两种原理图中与工艺设备(被冷却设备)直接接触的冷却水不与外界接触，可以保证水质。

图4所示为常规工业厂房中中央空调的冷冻机所需的循环冷却水系统原理图，夏季时运行冷却塔→水泵→冷水机组模式，冬季及过渡季，室外温度低，冷却塔出水温度也低，运行冷却塔→水泵→换热器模式，这样在冷却塔出水温度满足空调(被冷却设备)进水温度要求的情况下，可以节约停止冷冻机运行，节省耗电的费用。

4 冷却系统运行问题及解决措施

1)冷却塔的运行及节能。工业生产厂房的冷却水系统，不论是中央空调的冷冻机所需的冷却水系统还是空压机冷却水系统，亦或是工艺设备冷却水系统，通常情况下一年四季都在运行，中央空调冷却水系统冬季冷却负荷可能会有比较大的变化，另外两种冷却水系统冷却负荷相对比较平稳，变化比较小。不同季节室外空气湿球温度，进水水温及冷却负荷的变化都将引起冷却塔冷却能力的变化。因此，冷却塔在运行过程中，当室外空气湿球温度变化或冷却负荷发生改变时，采取一定的措施使冷却塔的冷却能力与冷却负荷相匹配，可以起到降低运行能耗的效果。

a.控制风机的启、停。冬季室外空气湿球温度降低时，冷却塔的冷却能力增加，冷却塔出水管水温降低，由温度计探测水温，进而控制冷却塔风机启、停，达到防止水温过低及节能的目的。

b.调整风机转速。即风机变频，风机变频指冷却塔风机根据塔的出水温度自动调节转速，对于多组拼装的冷却塔，最好是每组风机都变频，但如果考虑到投资费用问题，可以仅一台风机变频，其余风机定频，这样既满足系统的运行要求，也可以节约一定的电能，达到节能目的。

c.风机台数控制。当冷却系统有多台冷却塔或一台冷却塔有多台风机时，可以通过控制风机开启台数来调节总风量，这种调节灵活方便，且水温比较稳定，尤其适合冷却负荷变化不大但室外空气湿球温度变化大的情况。此情况也是通过温度计探测冷却塔出水管水温，自动调节风机的启、停数量，从而降低冷却塔风机能耗。

2)水质问题及解决措施。冷却系统中，经常遇到影响系统正常运行的水质问题有：a.杂质、泥沙多；b.管道结垢、腐蚀严重；c.微生物、藻类疯长。

针对以上问题建议采取如下措施，以确保冷却系统运行效率。

第一，对冷却塔塔体加设篷布，避免风沙扬尘等恶劣天气对冷却塔的污染及危害，这种措施一般用在风沙比较大的地区。第二，控制管道结垢的方法是：加强对冷却水的软化处理，减少水中钙镁离子；投加酸或化学药剂，以控制水垢生长速度。控制管道腐蚀的主要方法是投加缓蚀剂，使之在金属表面形成一层薄膜，从而与腐蚀介质隔绝，达到缓蚀目的。第三，投加杀生剂以控制微生物、藻类，宜以投加氧化型杀生剂为主，非氧化型杀生剂为辅[2]。第四，定期排污。

5 结语

随着经济发展和科技进步，当今社会对能源的需求量愈来愈大，在高速发展社会经济的同时如何最大限度节能已成为全世界首要关注的问题，在工业生产中，如何高效利用“水”这一宝贵资源也尤其重要，本文列出了工业生产中不同被冷却对象应用的不同冷却水系统，并对其中影响节能的因素提出改进措施，对环保节能具有相当重要的意义。

[1] 吴小勇，宋文武.中央空调循环冷却水系统节能技术[J].制冷与空调，2011，25(1)：95-97.

[2] GB 50050—2007,工业循环冷却水处理设计规范[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 晓(1982- )，女，工程师； 崔红实(1976- )，女，工程师

TU831.6

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