大型铸锻件国产化项目循环冷却水联合泵站设计与应用

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为了实现产能的扩大、等级的提高、产品结构的升级换代、市场拓展的国际化，经过慎重研究决定，开启大型铸锻件国产化的研究项目，并利用原平炉炼钢的煤气发生炉、原辅炉料准备等辅助厂区进行建设[1]。

但是，所新建的大型炼钢铸钢车间、锻造车间、热处理车间，及原炼钢铸钢车间、热处理车间，需要循环冷却的设备和装置多达34台套，其中包括100 t的电弧炼钢炉、150 t的钢包精炼炉、500 kg的蒸汽喷射真空泵、12 500 t的自由锻油压机、840 m3的淬火水槽等大型或超大型设备。冷却水的水质又分为自来水、浊水（中水）、净水三种，回水方式也有重力、压力、重力+压力3类之分，包括二级冷却总流量高达2.5万m3/h。因此采取集中循环冷却势在必行，建设复杂而庞大的循环冷却水联合泵站能极大地解决新厂房存在的多种设备、多种循环方式问题。

1 联合泵站概述

1.1 联合泵站简介

泵站是指能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的设施及其建筑物的总称。而对于该公司新建厂房复杂庞大的循环冷却水系统，需以联合集中的形式建设一个能同时满足如此多设备循环冷却的泵站，我们称之为联合泵站。

1.2 联合泵站的设计难点

庞大的循环冷却水联合泵站实施起来十分艰难，首先在设计单位的选择上就遇到了麻烦。承担整个大型铸锻件国产化研究项目初步设计的设计单位，却从未涉足过设计如此之复杂、规模如此之庞大的循环冷却水联合泵站，对于这种项目的设计也力不从心。第二家设计单位虽然明确表示对单一水质、单一重力回水方式的大流量即使再大都会设计，但是对34台套设备和装置、3种水质、3类回水方式的循环冷却水联合泵站，也未曾涉足，而且由于对热加工的生产工艺及生产流程不熟悉，也同样无从下手。最后一家既对大型热加工生产工艺、生产流程相当熟悉，又有其他同行企业单一净水、单一重力、单一压力回水方式，大流量循环冷却系统设计的成功经验，并愿意承担责任，于是联合泵站的设计方案才悄然落地。

2 联合泵站的设计

2.1 联合泵站原理

联合泵站循环冷却系统分为自来水、浊水（中水）、净水3种形式。其中，自来水循环冷却系统为所有工件的浸淬所用。浊水循环冷却系统为所有蒸汽喷射真空泵的冷凝及所有工件的喷淬所用。净水循环冷却系统则为其他所有设备的冷却所用。

对于自来水循环冷却系统、浊水循环冷却系统均分别采用一级敞式循环冷却形式。对于净水循环冷却系统，则采用净水一级循环冷却+中水二级敞式循环冷却的形式。对于一级净循环的压力回水，采取闭式循环冷却；对于一级净循环的重力回水，采取敞式循环冷却。与此同时，联合泵站还附设净水制备系统、净水余热利用系统、浸淬油专用封闭循环输送油泵站、液压油循环系统（主机自备），但对这些附加系统本文不以赘述。最终，这套庞杂循环冷却水联合泵站的总流程原理，如下页图1所示。

2.2 自来水/浊水一级敞式循环冷却系统

下页图1中上部虚线框内所示的系统，为自来水一级敞式循环冷却系统，集中用于新旧两个热处理车间，包括3台井式浸淬槽和3台池式浸淬槽冷却水的循环冷却。这套自来水一级敞式循环冷却系统的配置，如下页表1相关部分所示。

图中左中部虚线框内所示的系统，为浊水一级敞式循环冷却系统，集中用于新旧两个炼钢车间各2台蒸汽喷射真空泵，新热处理车间1台立式和1台卧式（预留）喷淬设备冷却水的循环冷却。这套浊水一级敞式循环冷却系统的配置，也如表1相关部分所示。

图1 循环冷却水联合泵站总流程原理图

表1 自来水和中水敞式循环冷却系统配置表

2.3 净水一级+中水二级循环冷却系统

图1中下半部所示的系统，为净水一级循环+中水二级敞式循环冷却系统，集中用于新旧两个炼钢车间的 80 t、30 t、10 t等 3 台电弧炉，150 t、150 t、40 t、40 t、25 t等5套钢包精炼炉，流量为920 m3/h的2台水环式真空泵，总风量为1 450 km3/h的4台除尘风机；铸钢车间生产率为15 t/h的2套旧砂再生系统的砂温调节器；锻造车间1台125 MN自由锻油压机和1台4 500 kN·m操作机的液压油；新旧两个热处理车间的 840 m3、595 m3、253 m3等 3 个浸淬油槽，1台差温炉（预留）等22台套设备所用冷却水的循环冷却。锻造车间液压油和热处理车间浸淬油的循环冷却，则是通过图中右下部所示两组油水板式换热器来实现的。其整套庞杂系统的配置，如表2所示。

3 联合泵站的应用

3.1 联合泵站的主要数据及其简析

经过前期精心设计与困难重重的施工建设，循环冷却水联合泵站终于投入使用，取得了良好的技术经济效果。现对循环冷却水联合泵站总流程原理图中所示循环冷却水联合泵站的主要技术数据，统计汇总于表3，并加以简要的分析说明。

表2 净水一级循环+中水敞式二级循环冷却系统配置表

表3 循环冷却水联合泵站主要数据统计表

联合泵站集约优化为水泵13组（即13种型号）21台，其中冷水泵10组15台，热水泵3组6台；总流量 25 101 m3/h，其中冷水 17 175 m3/h占比68.42%、热水7 926 m3/h占比31.58%，自来水3 100m3/h占比12.35%、浊水13 370 m3/h占比53.26%、净水8 055 m3/h占32.09%；装机总容量6 678 kW（含备用电机）。联合泵站的应用，完全满足了5个大型热加工车间34台套设备的冷却水集中循环冷却。

3.2 联合泵站的应用成果

联合泵站的应用除了完全满足多台套设备的冷却水集中循环冷却这一主要功能之外，还取得其他很多成果：

1）根据项目实际情况与精心布局，联合泵站实际用地仅为6 km2，是传统星罗棋布设计无以匹敌的。

2）自来水、浊水、净水3套冷却系统的受冷设备，均为开放式并联连接，即受冷设备的多少没有设限，可任意增减，后期项目运行中有很强的可扩展性。

3）对净循环冷却水因地制宜地采用软水和自来水进行勾兑，软水的占比仅为28.6%，达到了最低程度，实际应用中有效地降低了运营成本。

4）联合泵站的中水可以用于铸钢水玻璃旧砂的湿法再生，其旧砂再生的回水没有温升，可自然平抑热水池的水温，使热水泵组开启的流量也相应减少。在热水池要设置水质监控装置，使得碱度不超标。对冷水泵组另设旁路与热水池直接相连，并设单向阀便于交替供水，实现了旧砂再生的单独使用。

3.3 联合泵站的不足

由于国内如此复杂庞大的联合泵站实属罕见，可借鉴的经验也非常有限，在后期联合泵站的实际应用中也存在一定的不足。

如在现实应用中，由于联合泵站用水点启用时间并不同步，回水方式也不统一，导致系统集约化的程度并未达到最优，尤其是10组冷水泵本可集约优化为4组，净循环冷却系统如全部采用压力回水，则无需设置热水泵组。现实应用中，循环冷却水联合泵站在工艺的主导下，完全有可能采用4组冷水泵加2组热水泵，把泵的规格型号及台数减少到最低程度，极大地降低联合泵站建设投入和运营成本。

4 结论

联合泵站的循环冷却系统虽然庞杂，但由于分工明确，分交清晰，互成独立的体系，在后期的使用过程中，为分期实施、分户使用创造了便利条件。特别是在以新顶旧的原炼钢铸钢车间最先使用，不仅为新炼钢铸钢厂房的施工建设腾挪出场地，而且减少了企业停产时间。

同时，联合泵站全部进出水管道，由于对总管末端压力控制方式的采用，使管道的根数得以集约，减少到最低程度。全部管线通过地下管沟进行敷设，使得厂区变得异常整齐美观。该公司联合泵站的设计、施工及投产，为同行业或者同类型企业的联合泵站建设积攒了了宝贵的经验。