江蘇某汽車廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 琴

(機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院有限公司上海分公司，上海 200433)

1 用水工藝設(shè)備

本汽車廠建筑物主要包括沖焊聯(lián)合廠房(含沖壓車間及焊裝車間)、焊涂通廊、涂裝車間、涂總通廊、總裝車間、地泵房(成品房)、聯(lián)合站房、食堂及辦公樓、發(fā)運(yùn)辦公室、輔料庫(kù)、廢料中轉(zhuǎn)站、總裝供油站、尾氣檢測(cè)間、噴蠟室、3C間、檢修棚、加油島等。循環(huán)冷卻水主要用于工藝生產(chǎn)設(shè)備的冷卻，主要用水設(shè)備如表1所示。

表1 循環(huán)冷卻水主要用水工藝設(shè)備

2 站房選址

循環(huán)冷卻水泵站的建造地點(diǎn)選址應(yīng)該是按照需求循環(huán)水量最大的區(qū)域周圍就近設(shè)置，距離較遠(yuǎn)的地方可以考慮單獨(dú)建造[1]。廠區(qū)總圖布置時(shí)，考慮設(shè)置聯(lián)合站房，將公用各專業(yè)(水、暖、動(dòng)、電)的站房集中設(shè)置，四大主車間(沖壓、焊裝、涂裝、總裝)圍繞聯(lián)合站房四周布置。共設(shè)5套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，分別為沖壓車間、焊裝車間、涂裝車間制冷站、聯(lián)合站房制冷站和空壓站設(shè)備循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，冷卻塔均采用開式逆流式玻璃鋼冷卻塔。站房一次性建設(shè)，設(shè)備分期配置。除涂裝車間制冷站循環(huán)水泵和冷卻塔就近設(shè)置于涂裝車間外，其余循環(huán)水泵和冷卻塔分別設(shè)置在聯(lián)合站房?jī)?nèi)和屋頂。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)匯總

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用水量、進(jìn)出水溫差、補(bǔ)充水量等設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

3.2 沖壓車間循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

在聯(lián)合站房水泵房?jī)?nèi)設(shè)置裝配式不銹鋼循環(huán)水箱1座，6.0×5.0×3.0(H)m，有效容積45 m3，SUS304材質(zhì)。設(shè)置沖壓車間循環(huán)水變頻供水設(shè)備1套，總供水能力300 m3/h，揚(yáng)程0.50 MPa(恒壓變頻泵組(一對(duì)一變頻)3用1備，單泵Q=132 m3/h，H=0.54 MPa)。設(shè)置DN300全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器1臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺(tái)，Q=360 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

表2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)匯總表

3.3 焊裝車間循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

在聯(lián)合站房水泵房?jī)?nèi)設(shè)置裝配式不銹鋼循環(huán)水箱1座，14.0×4.0×3.0(H)m，有效容積84 m3，SUS304材質(zhì)。設(shè)置焊裝車間循環(huán)水變頻供水設(shè)備1套，總供水能力560 m3/h，揚(yáng)程0.55 MPa(恒壓變頻泵組(一對(duì)一變頻)3用1備，單泵Q=245 m3/h，H=0.59 MPa)。設(shè)置DN350全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器1臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺(tái)，Q=643 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.4 空壓站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

在聯(lián)合站房空壓站內(nèi)設(shè)置裝配式不銹鋼循環(huán)水箱1座，4.0×3.0×3.0(H)m，有效容積18 m3，SUS304材質(zhì)。設(shè)置空壓站循環(huán)水變頻供水設(shè)備1套，總供水能力160 m3/h，揚(yáng)程0.35 MPa(恒壓變頻泵組(一對(duì)一變頻)3用1備，單泵Q=70 m3/h，H=0.39 MPa)。設(shè)置DN200全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器1臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺(tái)，Q=192 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.5 全廠制冷站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

聯(lián)合站房制冷站內(nèi)4臺(tái)高壓離心式冷水機(jī)組設(shè)置4臺(tái)循環(huán)水泵(一對(duì)一變頻，單泵Q=1 486 m3/h，H=0.34 MPa)，設(shè)置DN500全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器4臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔4臺(tái)，單臺(tái)Q=1 627 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。設(shè)置裝配式不銹鋼補(bǔ)水箱1座，4.0×2.0×2.5(H)m，SUS304材質(zhì)。補(bǔ)水箱出水管與4臺(tái)冷卻塔出水管通過一根DN1 200管道相連。4臺(tái)高壓離心式冷水機(jī)進(jìn)水管均從DN1 200連通管上吸水，出水管與4臺(tái)冷卻塔進(jìn)水口一一對(duì)應(yīng)。

2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組合用循環(huán)水泵組(一對(duì)一變頻，2用1備，單泵Q=338 m3/h，H=0.34 MPa)。設(shè)置DN300全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器2臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔1臺(tái)，Q=738 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。冷卻塔兩室獨(dú)立，其進(jìn)水口與螺桿式冷水機(jī)出水管分別對(duì)應(yīng)。

3.6 涂裝車間制冷站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

涂裝車間制冷站內(nèi)2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組合用循環(huán)水泵組(一對(duì)一變頻，2用1備，單泵Q=176 m3/h，H=0.30 MPa)。設(shè)置DN250全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器2臺(tái)。在屋頂設(shè)置開式逆流玻璃鋼冷卻塔2臺(tái)，Q=180 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。

4 設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)

4.1 冷卻塔

冷卻塔采用方形開式逆流式冷卻塔，模塊數(shù)為單模塊或雙模塊。冷卻塔進(jìn)出水的形式采用上進(jìn)下出式，各分支管路設(shè)計(jì)控制閥門；與管道連接處設(shè)計(jì)柔性接頭。

4.2 循環(huán)水箱及水泵

循環(huán)水箱采用SUS304不銹鋼水箱，設(shè)置液位計(jì)、溢流口和底部排污口，水箱內(nèi)外設(shè)置不銹鋼爬梯，水箱頂設(shè)置圍欄。循環(huán)水箱的補(bǔ)水需通過液位傳感器與電動(dòng)補(bǔ)水閥門的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，電動(dòng)補(bǔ)水閥門做等管徑旁通閥門。水箱上部預(yù)留系統(tǒng)關(guān)閉后冷卻塔填料內(nèi)水回流的容積。

循環(huán)水泵上方設(shè)計(jì)電動(dòng)葫蘆方便檢修，并在梁上設(shè)置預(yù)埋鋼板。所有水泵前設(shè)計(jì)閥門、過濾器、壓力表、柔性接頭、偏心異徑管。水泵后設(shè)計(jì)閥門、壓力表、柔性接頭、溫度計(jì)、同心變徑管、目鏡。

4.3 循環(huán)水管道

全自動(dòng)自清洗網(wǎng)式過濾器過濾精度不大于40目，濾網(wǎng)選擇梯形網(wǎng)，安裝形式為下進(jìn)側(cè)出。過濾器自動(dòng)反沖洗裝置設(shè)單獨(dú)排水管，間接排至排水溝。冷卻塔進(jìn)水管閥門盡量設(shè)置在橫管上，方便操作。冷卻塔出水管上設(shè)置排氣管，排氣管高度高出冷卻塔水盤頂1.5 m。循環(huán)水主管道上設(shè)置放空管道，方便設(shè)備不運(yùn)行時(shí)泄水，放空管接至排水地漏或排水溝。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置加藥殺菌、除藻裝置。

4.4 補(bǔ)充水

冷卻塔循環(huán)水補(bǔ)水采用一級(jí)RO軟化水(反滲透處理工藝)，電導(dǎo)率小于15 μs/cm。原水主要為復(fù)用水，復(fù)用水量不足時(shí)補(bǔ)充自來水。各循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水單獨(dú)計(jì)量。

4.5 管道材質(zhì)

沖壓、焊裝循環(huán)水架空管道及RO軟化水管道采用SUS304不銹鋼管，氬弧焊接連接；室外埋地管道采用鋼骨架聚乙烯塑料(PE)復(fù)合管，電熱熔管件連接。制冷站及空壓站循環(huán)水系統(tǒng)架空管道采用內(nèi)外熱浸鍍鋅鋼管，管徑小于DN80螺紋連接，管徑不小于DN80的采用溝槽法蘭或溝槽連接；室外埋地管道采用鋼骨架聚乙烯塑料(PE)復(fù)合管，電熱熔管件連接。管材壓力等級(jí)1.0 MPa。

5 設(shè)計(jì)總結(jié)

1)沖壓、焊裝、制冷站及空壓站由于冷卻水用水壓力、運(yùn)行時(shí)間及冷卻溫度要求均不同，因此各個(gè)車間的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。2)設(shè)計(jì)循環(huán)泵時(shí)，可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)選用水泵偏大，致使水泵處于“大流量、低效率、高能耗”不利工況下運(yùn)行；或者由于管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工不合理，系統(tǒng)回路水力不平衡，存在局部阻力偏高的不正?，F(xiàn)象，從而增加了水泵能耗。應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)，降低能耗。水泵可通過變頻節(jié)能技術(shù)降低能耗[2]。汽車廠初期運(yùn)行時(shí)，往往循環(huán)水量比設(shè)計(jì)水量低很多。若泵組配置采用1用1備或2用1備，容易造成低流量時(shí)“大馬拉小車”的情況。本次設(shè)計(jì)中，除制冷站循環(huán)冷卻水系統(tǒng)外，其余系統(tǒng)循環(huán)水泵均采用3用1備，且均采用一對(duì)一變頻，使水泵運(yùn)行更靈活、高效。設(shè)計(jì)中循環(huán)給水、循環(huán)回水管道布置盡可能設(shè)置成同程管路。3)閉式冷卻塔相對(duì)開式冷卻塔具有循環(huán)水水質(zhì)好、可以減少設(shè)備及管道腐蝕、延長(zhǎng)運(yùn)行壽命等優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)備造價(jià)高。開式冷卻塔經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。本次設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，5套系統(tǒng)均采用開式系統(tǒng)，通過設(shè)置加藥殺菌、除藻裝置改善水質(zhì)。但是近些年隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，焊裝工藝越來越多的采用焊裝機(jī)器人，對(duì)水質(zhì)要求比懸掛點(diǎn)焊機(jī)高，因此建議焊裝車間在經(jīng)濟(jì)條件允許時(shí)，可以優(yōu)先采用閉式系統(tǒng)。4)逆流冷卻塔具有比橫流冷卻塔在相同情況下，填料體積小20%左右；逆流冷卻塔熱交換過程更合理，冷卻效率更高；配水系統(tǒng)不易堵塞、淋水填料較清潔不易老化、濕氣回流小、不易結(jié)冰、防凍化冰更容易；施工安裝費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。橫流冷卻塔具有節(jié)能、水壓較低、風(fēng)阻小、無滴水噪聲和風(fēng)動(dòng)噪聲、填料和配水系統(tǒng)檢修方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。本次設(shè)計(jì)選用了相對(duì)占地面積小、冷卻效率高、單塔投資低的逆流塔。