江苏某汽车厂循环冷却水系统设计

王 琴

(机械工业第四设计研究院有限公司上海分公司，上海 200433)

1 用水工艺设备

本汽车厂建筑物主要包括冲焊联合厂房(含冲压车间及焊装车间)、焊涂通廊、涂装车间、涂总通廊、总装车间、地泵房(成品房)、联合站房、食堂及办公楼、发运办公室、辅料库、废料中转站、总装供油站、尾气检测间、喷蜡室、3C间、检修棚、加油岛等。循环冷却水主要用于工艺生产设备的冷却，主要用水设备如表1所示。

表1 循环冷却水主要用水工艺设备

2 站房选址

循环冷却水泵站的建造地点选址应该是按照需求循环水量最大的区域周围就近设置，距离较远的地方可以考虑单独建造[1]。厂区总图布置时，考虑设置联合站房，将公用各专业(水、暖、动、电)的站房集中设置，四大主车间(冲压、焊装、涂装、总装)围绕联合站房四周布置。共设5套循环冷却水系统，分别为冲压车间、焊装车间、涂装车间制冷站、联合站房制冷站和空压站设备循环冷却水系统，冷却塔均采用开式逆流式玻璃钢冷却塔。站房一次性建设，设备分期配置。除涂装车间制冷站循环水泵和冷却塔就近设置于涂装车间外，其余循环水泵和冷却塔分别设置在联合站房内和屋顶。

3 系统设计参数

3.1 循环冷却水系统设计汇总

循环冷却水系统用水量、进出水温差、补充水量等设计参数如表2所示。

3.2 冲压车间循环冷却水系统

在联合站房水泵房内设置装配式不锈钢循环水箱1座，6.0×5.0×3.0(H)m，有效容积45 m3，SUS304材质。设置冲压车间循环水变频供水设备1套，总供水能力300 m3/h，扬程0.50 MPa(恒压变频泵组(一对一变频)3用1备，单泵Q=132 m3/h，H=0.54 MPa)。设置DN300全自动自清洗网式过滤器1台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔1台，Q=360 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

表2 循环冷却水系统汇总表

3.3 焊装车间循环冷却水系统

在联合站房水泵房内设置装配式不锈钢循环水箱1座，14.0×4.0×3.0(H)m，有效容积84 m3，SUS304材质。设置焊装车间循环水变频供水设备1套，总供水能力560 m3/h，扬程0.55 MPa(恒压变频泵组(一对一变频)3用1备，单泵Q=245 m3/h，H=0.59 MPa)。设置DN350全自动自清洗网式过滤器1台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔1台，Q=643 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.4 空压站循环冷却水系统

在联合站房空压站内设置装配式不锈钢循环水箱1座，4.0×3.0×3.0(H)m，有效容积18 m3，SUS304材质。设置空压站循环水变频供水设备1套，总供水能力160 m3/h，扬程0.35 MPa(恒压变频泵组(一对一变频)3用1备，单泵Q=70 m3/h，H=0.39 MPa)。设置DN200全自动自清洗网式过滤器1台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔1台，Q=192 m3/h，τ=29 ℃，t1=42 ℃，t2=32 ℃，Δt=10 ℃。

3.5 全厂制冷站循环冷却水系统

联合站房制冷站内4台高压离心式冷水机组设置4台循环水泵(一对一变频，单泵Q=1 486 m3/h，H=0.34 MPa)，设置DN500全自动自清洗网式过滤器4台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔4台，单台Q=1 627 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。设置装配式不锈钢补水箱1座，4.0×2.0×2.5(H)m，SUS304材质。补水箱出水管与4台冷却塔出水管通过一根DN1 200管道相连。4台高压离心式冷水机进水管均从DN1 200连通管上吸水，出水管与4台冷却塔进水口一一对应。

2台螺杆式冷水机组合用循环水泵组(一对一变频，2用1备，单泵Q=338 m3/h，H=0.34 MPa)。设置DN300全自动自清洗网式过滤器2台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔1台，Q=738 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。冷却塔两室独立，其进水口与螺杆式冷水机出水管分别对应。

3.6 涂装车间制冷站循环冷却水系统

涂装车间制冷站内2台螺杆式冷水机组合用循环水泵组(一对一变频，2用1备，单泵Q=176 m3/h，H=0.30 MPa)。设置DN250全自动自清洗网式过滤器2台。在屋顶设置开式逆流玻璃钢冷却塔2台，Q=180 m3/h，τ=29 ℃，t1=38 ℃，t2=32 ℃，Δt=6 ℃。

4 设计细节

4.1 冷却塔

冷却塔采用方形开式逆流式冷却塔，模块数为单模块或双模块。冷却塔进出水的形式采用上进下出式，各分支管路设计控制阀门；与管道连接处设计柔性接头。

4.2 循环水箱及水泵

循环水箱采用SUS304不锈钢水箱，设置液位计、溢流口和底部排污口，水箱内外设置不锈钢爬梯，水箱顶设置围栏。循环水箱的补水需通过液位传感器与电动补水阀门的联动运行，电动补水阀门做等管径旁通阀门。水箱上部预留系统关闭后冷却塔填料内水回流的容积。

循环水泵上方设计电动葫芦方便检修，并在梁上设置预埋钢板。所有水泵前设计阀门、过滤器、压力表、柔性接头、偏心异径管。水泵后设计阀门、压力表、柔性接头、温度计、同心变径管、目镜。

4.3 循环水管道

全自动自清洗网式过滤器过滤精度不大于40目，滤网选择梯形网，安装形式为下进侧出。过滤器自动反冲洗装置设单独排水管，间接排至排水沟。冷却塔进水管阀门尽量设置在横管上，方便操作。冷却塔出水管上设置排气管，排气管高度高出冷却塔水盘顶1.5 m。循环水主管道上设置放空管道，方便设备不运行时泄水，放空管接至排水地漏或排水沟。循环水系统设置加药杀菌、除藻装置。

4.4 补充水

冷却塔循环水补水采用一级RO软化水(反渗透处理工艺)，电导率小于15 μs/cm。原水主要为复用水，复用水量不足时补充自来水。各循环水系统补水单独计量。

4.5 管道材质

冲压、焊装循环水架空管道及RO软化水管道采用SUS304不锈钢管，氩弧焊接连接；室外埋地管道采用钢骨架聚乙烯塑料(PE)复合管，电热熔管件连接。制冷站及空压站循环水系统架空管道采用内外热浸镀锌钢管，管径小于DN80螺纹连接，管径不小于DN80的采用沟槽法兰或沟槽连接；室外埋地管道采用钢骨架聚乙烯塑料(PE)复合管，电热熔管件连接。管材压力等级1.0 MPa。

5 设计总结

1)冲压、焊装、制冷站及空压站由于冷却水用水压力、运行时间及冷却温度要求均不同，因此各个车间的循环冷却水系统应单独设置。2)设计循环泵时，可能因为设计选用水泵偏大，致使水泵处于“大流量、低效率、高能耗”不利工况下运行；或者由于管路系统设计、施工不合理，系统回路水力不平衡，存在局部阻力偏高的不正常现象，从而增加了水泵能耗。应优化系统，降低能耗。水泵可通过变频节能技术降低能耗[2]。汽车厂初期运行时，往往循环水量比设计水量低很多。若泵组配置采用1用1备或2用1备，容易造成低流量时“大马拉小车”的情况。本次设计中，除制冷站循环冷却水系统外，其余系统循环水泵均采用3用1备，且均采用一对一变频，使水泵运行更灵活、高效。设计中循环给水、循环回水管道布置尽可能设置成同程管路。3)闭式冷却塔相对开式冷却塔具有循环水水质好、可以减少设备及管道腐蚀、延长运行寿命等优点，但是设备造价高。开式冷却塔经济优势明显。本次设计从经济性角度考虑，5套系统均采用开式系统，通过设置加药杀菌、除藻装置改善水质。但是近些年随着机器人技术的发展，焊装工艺越来越多的采用焊装机器人，对水质要求比悬挂点焊机高，因此建议焊装车间在经济条件允许时，可以优先采用闭式系统。4)逆流冷却塔具有比横流冷却塔在相同情况下，填料体积小20%左右；逆流冷却塔热交换过程更合理，冷却效率更高；配水系统不易堵塞、淋水填料较清洁不易老化、湿气回流小、不易结冰、防冻化冰更容易；施工安装费用低等优点。横流冷却塔具有节能、水压较低、风阻小、无滴水噪声和风动噪声、填料和配水系统检修方便等优点[3]。本次设计选用了相对占地面积小、冷却效率高、单塔投资低的逆流塔。