闭式循环冷却系统

闭式循环冷却系统（精选8篇）

闭式循环冷却系统 篇1

冷却水系统主要分为直流冷却水系统。顾名思义, 直流冷却水系统即冷却水经过换热后直流排出, 循环冷却水系统则是对冷却水进行循环利用[1]。直流冷却水系统由于其设备投入较少, 管路设计简单, 在过去相当一段时间内, 火力发电厂的冷却水系统以直流冷却水系统为主。然而, 该系统的使用局限性在于:火力发电厂的冷却水耗用量巨大, 换热过后排出的大量冷却水会对天然水体造成热污染, 同时, 在水资源不够丰富的地区, 也很难供应足够水量的满足水温要求的水源作为冷却水。因此, 在火力发电厂中, 除海滨电厂使用海水直流冷却外, 早期建设的一些使用直流冷却水系统的机组大都已经得到了改造实现冷却水的循环利用。

在冷却水的循环利用系统中, 又分为敞开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统。敞开式循环冷却水系统即换热后的冷却水通过冷却塔或冷却水池等直接与大气接触实现降温。密闭式循环冷却水系统是冷却水被封闭于冷却设备和冷却水管路之中, 通过冷却设备间接与冷却介质接触实现降温[2]。敞开式循环冷却水较密闭式循环冷却水而言有较大的冷却水量处理能力, 目前大多数火力发电厂的冷却系统采用敞开式循环冷却水系统。但是, 随着不同地域对于火力发电厂建设需求的出现, 为了打破水资源或者是淡水资源严重缺乏地区建设火力发电厂的局限性, 密闭式循环冷却水系统在火力发电厂中的应用不可小觑。

目前密闭式循环冷却水系统在火电厂主要有两种应用场合:一是严重缺水地区采用空冷系统冷却汽轮机的凝气, 或者是淡水资源严重缺乏地区采用海水直流冷却汽轮机的凝气, 其余辅机、设备轴承等冷却水采用密闭式循环冷却系统。二是为了防止敞开式循环冷却水系统中冷却水水质变差而影响一部分被冷却设备的使用寿命, 单独将这些设备组成一个冷却水水质更为有保障的的密闭式循环冷却系统。

下面, 以印尼某2x60MW全凝热电厂的设计为例, 系统介绍火力发电厂中密闭式循环冷却水系统在淡水资源严重缺乏地区的应用。

该电厂所在区域淡水严重缺乏, 海水经过预处理后, 采用两级反渗透+混床除盐系统。厂区所需生活用水来自两级反渗透出水。电厂凝汽器设计冷却水量为25480m3/h, 采用海水直流冷却系统。空冷器、冷油器冷却水量为1000m3/h, 其余各种辅助机械设备工业用水量为70m3/h, 采用密闭式循环冷却水系统。密闭式循环冷却水补水取自电厂除盐水, 补水量以冷却水量的0.5%计算, 约为6m/h。

密闭式循环冷却水系统由高位回收水箱, 密闭式循环冷却水泵、水-水换热器和系统供回水管路组成。系统采用母管制, 由密闭式循环冷却水泵经由循环冷却水供回水母管将密闭式循环冷却水送至各冷却水用水点系统。经过各被冷却设备升温后的冷却水再经由密闭式循环冷却水回水母管进入水-水换热器被冷却后进入高位回收水箱。循环供回水管道流速取2m/s, 设计管径为DN450。水-水换热器的冷却采用海水直流冷却。

该系统的设计要点如下:

1密闭式循环冷却水泵的选型及备用

系统处理水量为1070m3/h, 共有两套发电机组, 故密闭式循环冷却水泵不应少于两台, 综合经济性并考虑一定裕量, 选用单台流量为600m3/h的水泵共三台, 两用一备。水泵扬程根据最不利供水点所需要的扬程确定。

2冷却设备的选型及备用

冷却设备应选用密密闭式, 选用两台容量100%的管程水-水换热器, 循环冷却水走壳程, 直流海水走管程, 管程应采用耐海水腐蚀的材质, 如双相不锈钢、钛钢合金等。

3高位回收水箱的选型及备用

系统设置高位回收水箱, 用于容纳系统补水、接受系统回水、为循环水泵吸水创造条件。水箱的容积按照系统处理水量的10%确定, 水箱的清洗检修可在电厂机组检修期间进行, 不设备用。箱体设化学药剂加入口。采用充入氮气的方法来保持水箱内外压力的平衡, 并且达到隔绝空气的效果。

4管道材质与防腐

系统管道材质可采用低碳钢材质, 事先预膜处理, 并在运行时通过投加阻垢剂、缓蚀剂等防止管道腐蚀结垢。

5设备布置

由于密闭式循环冷却水系统的供水和用水点均来自于主厂房, 系统设备布置于主厂房内或者主厂房附近, 可大大缩短管道布置长度, 节约管道用量, 减少管道阻力损失。

6系统控制

密闭式循环冷却水系统的控制点主要有水-水换热器进出水口的流量、压力和温度控制, 高位回收水箱的液位控制、系统补水流量控制。高位回收水箱的液位与补水调节阀连锁, 根据液位高低控制补水和氮气充入量。

参考文献

[1]朱月海.循环冷却水[M].中国建筑工业出版社, 北京:朱月海, 2008:10-100.

[2]汪光宁.密闭式循环冷却水系统的应用[J]水泥技术, 2010 (01) :34-35.

闭式循环冷却系统 篇2

在全球化的视野下，能源问题已经成为国际政治、经济、环境保护等诸多领域的中心议题，甚至成为国际政治的中心。国家“十二五"规划提出要优化发展能源结构，火力发电仍作为我国电力结构的核心，2010年其装机容量占总装机容量的73.4％、发电量占到全国总发电量的80.8%。我国火电厂的煤耗量十分惊人，2010年全国火电机组平均供电煤耗为333 g/(kW•h)，比世界先进水平高出20～30g/(kW•h)，为此全国一年发电要多消耗标准煤约1亿t，按照2010年社会用电量和供电煤耗333g/(kW•h)计算，燃煤发电厂供电煤耗每降低1 g/(kW•h)，每年就可节约标准煤3.4×106t，具有重大的经济效益。由此可见，优化能源结构，不仅要积极优化资源利用方式，也应该大力提高能源利用效率。

人们竭尽挖掘电厂节能潜能，节能降耗主要集中在三大主机设备及其复杂系统，通过理论研究和广泛应用，已取得很大的经济效益。但长期以来对循环水系统中冷却塔缺乏足够的重视，认为冷却塔的维护较为繁重复杂。由于缺乏对冷却塔节能潜力的认识，很多电厂忽略冷却塔维护和监督，对冷却塔改造的投入不足，导致冷却塔的冷却能力降低，出塔水温偏高，凝汽器真空下降，机组经济性降低。在一定循环水流量下，冷却塔出塔水温每降低1℃，200 MW机组满负荷运行时热效率提高0.328％左右，煤耗率降低1.107g/(kW•h)，300 MW机组热效率则提高0.23％左右，煤耗率降低0.798 g/(kW•h)。目前我国火电厂的锅炉效率和汽轮机效率都已经达到90%以上，节能优化的空间已经不是很大，火电厂冷却塔冷却性能的好坏在很大程度上会直接影响电厂的经济性，如果能从对冷却塔冷却性能进行研究并对其进行节能改造，必将会带来比较明显的节能效果。

2电厂循环水系统和冷却塔概述

发电厂循环水系统及其相关设备主要包括汽轮机低压缸末级组、凝汽器、冷却塔、循环水泵、循环供水系统、空气抽出系统等组成。循环水系统是由凝汽器、冷却塔、循环水泵及相关阀门和管道组成。汽轮机低压缸末级组排出的乏汽在凝汽器中释放出汽化潜热，并将热量传递给了循环冷却水，使循环水温升高，循环冷却水在冷却塔中将其热量传递给了空气，使空气的温度升高，最终将热量释放在大气中。

凝汽器循环水入口水温将直接影响凝汽器真空，从而影响机组的循环内效 率。一般来说，循环水温越低，机组的内效率越高。而凝汽器循环水入口水温的高低与冷却塔的冷却性能关系密切。若冷却塔的冷却性能较差，凝汽器循环水的入口温度就会升高，不仅会影响机组效率，甚至会危及汽轮机运行的安全性。因此，冷却塔是汽轮发电机组重要的设备之一，其运行性能好坏直接影响电厂运行的安全性和经济性。

自从第一座冷却塔建成，至今已有百年的历史，由原始的开放式冷却塔到目前带有通风筒的冷却塔，风筒的形状也从圆柱形、多边锥形发展到当前普遍采用的双曲线型。冷却塔按通风方式分为：自然通风冷却塔、机械通风冷却塔、混合通风冷却塔；按热水和空气的接触方式分为：湿式冷却塔、干式冷却塔、干湿式冷却塔；按热水和空气的流动方向分为：逆流式冷却塔、横流（交流）式冷却塔、混流式冷却塔；其他型式有喷流式冷却塔和用转盘提水冷却的冷却塔等。

空气出口钢筋混凝土塔筒收水器配水系统竖井人字柱空气入口来自凝汽器的热水接冷却水泵空气入口集水池填料

图1火电厂自然通风双曲线逆流湿式冷却塔结构图

自然通风双曲线逆流湿式冷却塔是目前国内火电厂的主流塔型，以这种冷却塔为例，它主要由通风筒、配水系统、淋水装置（填料）、通风设备、收水器和集水池六个部分组成（如图1所示）。循环冷却水由管道通过竖井送入配水系统，这种分配系统在平面上呈网状布置，分槽式配水、管式配水或者槽管结合配水三种方式。通过喷溅设备将热水洒到填料上，经填料层后成雨状落入集水池，冷却后水被抽走重新使用。塔筒底部是进风口，用人字柱或交叉柱支承。冷空气从进风口进入塔内，经过填料下的雨区，流过填料和循环水进行热交换，通过收水器后从塔出口处排出。3电厂循环水系统各相关设备特性及其数学模型

凝汽器的真空对机组的经济性影响很大，其与环境温度、凝汽器特性、汽轮机负荷、循环水系统的水力特性等因素构成了一个复杂的系统。凝汽器内的压力降低，会使汽轮机中的可用焓降增大，从而增大汽轮发电机组的功率，但是循环冷却水量会增加，从而增加了循环水泵的耗功。汽轮机功率的增加值与循环水泵多消耗电能的差额为最大值时的真空称为机组的最佳真空。汽轮机组在最佳真空下运行的发电量最大，因此从本质上来讲就是寻求机组的最佳真空。首先应该建立优化运行的数学模型，然后给出其约束条件，运用优化理论和算法最终求得系统的最佳运行方式。

模型的优化目标是汽轮机的发电功率与循环水泵的耗电功率的差值为最大。

首先要对优化运行中所涉及到的汽轮机特性、凝汽器特性、循环水泵特性和管道阻力特性分别建立数学模型，得到优化运行的目标函数；通过其约束条件，从而最终得到循环水系统优化运行的数学模型。在发电厂运行时，循环水系统及其相关设备的运行特性是相互影响、彼此耦合的。

3.1汽轮机特性

汽轮机特性可以表述为当机组的其它设备运行参数一定时，在某一新蒸汽参数和流量下汽轮机组输出功率和排汽压力之间的关系，通常称之为汽轮机微增功率曲线。汽轮机的微增功率pt用下式表示:

ptf(p0,t0,D0,pk)

（3-1）

式中：p0,t0,D0和pk分别表示为主蒸汽的压力（kPa）、温度（℃）、流量（kg/s）和凝汽器压力（kPa）;汽轮机微增功率随凝汽器压力变化曲线是机组循环水系统进行优化，并判定机组是否运行状况好的重要依据。

3.2凝汽器特性

凝汽器特性可表述为凝汽器压力与循环水入口温、循环水流量及汽轮机排汽量之间的关系，即：

pkf(tw1,Dw,Dc)

（3-2）

式中：tw1,Dw和Dc分别表示为循环水入口水温、循环水流量和汽轮机低压缸排气量。

凝汽器内的蒸汽压力可由与之相对应的饱和蒸汽温度ts来确定，一般用pk表示，根据凝汽器热平衡及换热条件可知，蒸汽凝结温度ts为：

tstw1tt

（3-3）式中: tw1、t和t分别表示循环水入口水温、循环水温升和凝汽器端差（℃）；

假设不考虑凝汽器与外界空气之间的换热，则排汽凝结放出的热量就等于循环冷却水带走的热量，由热平衡方程式:

DC(hchc)Dwcp(tw2tw1)

（3-4）

DC(hchc)520DC可得：ttw2tw1

（3-5）

DwcpDwt根据传热方程可得：

tekAc/(cpDw)1 其中：k为凝汽器总体传热系数，Ac为凝汽器的冷却面积，cp为循环水的定压比热，hc为汽轮机排汽的焓值，hc为凝结水焓值。

求出ts后，可根据下面经验公式求出凝汽器压力：

ts1007.46pk0.00981()

（3-6）

57.66由此可见，凝汽器压力pk可以说是饱和蒸汽温度ts的函数，也可以说是循环水入口温度tw1和循环水流量Dw的函数，因此在不同的tw1和Dw下可以求出一系列pk值。

3.3循环水泵特性

循环水泵作为提供循环冷却水的重要动力机械，循环水泵本身的运行方式决定着循环水流量的大小，循环水泵耗电功率越大，循环水量也就越大。循环水泵特性可以表示为循环水泵耗电功率与循环水量之间的关系，即：

ppf(Dw)

（3-7）

3.4冷却塔特性

冷却塔是实现低温放热的最终设备，它能否将循环水热量及时释放到大气中，是保证排汽压力稳定的重要环节，它通过出塔水温(即循环水入口温度)影响凝汽器压力，进而影响机组的经济性。冷却塔运行性能的优劣直接体现于冷却塔出口水温tw1(即凝汽器循环水入口温度)。目前，冷却塔热力计算比较普遍的计算方法是焓差法，利用焓差法可以计算出冷却塔出口水温。

其基本公式为:

N(tN()

（3-8）w1)

tw2cphhtw1dtAm

（3-9）

其中，N()为冷却塔所具有的冷却能力，表示在一定淋水填料及塔型下冷却塔所具有的冷却能力，它与淋水填料的特性、构造几何尺寸、冷却水量等有关。表示冷却塔的冷却能力越大；N(tw1)冷却数越大，N(tw1)为冷却塔的冷却任务数，它与气象条件等因素有关，与冷却塔的几何构造无关，N(tw1)越大，说明冷却塔的冷却任务越重。tw2和tw1分别为冷却塔进出口水温；h为饱和空气的焓；h为湿空气的焓；cp为循环水的比热；是空气与水的质量比；A与m由试验确定。

根据工程实际与经验，可由下式求得：

3.6vmAmmDW

（3-10）

式中vm为塔内气流的平均速度，m/s；Am为淋水面积；m塔内气流的平均密度，kg/m3；DW为循环水流量。（3-8）式左边为：

N(tw1)tw2tw1cpdt

（3-11）hh（3-11）式采用辛普逊积分法来计算可以简化为：

N(tw1)cpt6[141]

（3-12）h2h1hmhmh1h2h1，hm，h2分别表示进塔空气、平均状态空气及出塔空气的比焓，kj/kg；h1、hm和h2表示空气温度分别为进塔水温、平均水温及出塔水温时饱和空气比焓，kj/kg。ttw2tw1。

进而可得出冷却塔出塔水温（即循环水入口温度）tw1即：

6Amtw1tw2

（3-13）

141cp()h2h1hmhmh1h23.5循环水冷却系统冷却特性对机组经济性的影响

根据电厂循环水系统各相关设备特性及其数学模型，可以建立汽轮机的发电功率与循环水泵的耗电功率的差值为最大值的优化目标函数模型。其数学模型如下：

Maxptpp

Maxf(p0,t0,D0,pk)f(Dw)

（3-14）

如果主蒸汽压力p0、温度t0和蒸汽流量D0不变的情况，同时不考虑环境温度的变化，那么机组的效率只与凝汽器背压pk有关，对于电厂发电效率来说，还与循环水泵耗电率有关，而循环水泵耗电率与循环水量有关，如果循环水量也不变，那么整个电厂效率只与凝汽器背压pk有关，而凝汽器背压pk是循环水入口温度tw1和循环水流量Dw的函数。

520Dc520Dc100kAc/(cpDw)DwDw(e1)pk0.00981()7.46

（3-15）

57.66由3-14式和3-15式可知，初参数一定时，影响机组发电效率只与循环水流

tw1量和出塔水温有关。循环水冷却系统冷却特性发生改变时，机组效率会与设计时发生偏离，产生一定的损失。单位质量蒸汽在汽轮机里少做的功为：

（3-16）

式中：ps,ts分别为设计时背压和背压时工况下的饱和温度，pk,tks分别为偏离设计工况时的背压压力和相对应的饱和温度。循环水冷却系统影响机组经济性的因素为循环水流量和出塔水温。

当循环水量增加，有利于凝汽器侧热交换，提高汽轮机的效率，但是会增加循环水泵耗功率，对于循环水冷却系统冷却塔来说，当出塔口处空气的相对湿度未达到饱和时，循环水量增加会使出塔空气逐渐趋于饱和，此时继续增加循环水量，过量的热水放出的热量就无法被空气吸收，出塔水温反而会升高，降低机组的经济性。

由3-15式可以看出循环水入口温度越高流量越小，凝汽器压力就越高，机组经济性就越差，如果其它条件不变的情况下，冷却塔出口水温升高1℃对机组经济性的影响如表3-1所示。

表1 出塔水温升高1℃对机组经济性的影响

机组容量/MW 机组负荷/MW 效率降低/% 煤耗率增加/（g/(kwh)）热耗率增加/(kJ/(kwh))煤耗量增加（t/年）

904

1550

1676

1808

1940

30.28

32.44

23.39

21.63

13.54

125 0.31 1.033

200 200 0.328 1.107

300 300 0.23 0.794

350 350 0.242 0.738

600 600 0.21 0.462

根据表1的数据，出塔水温每升高1℃，对于300MW机组而言，每年多消耗标准煤1676吨，按照标煤平均价格为1000元／吨计算，每年运行费用增加160多万元人民币。截至到2011年底，全国总发电装机容量已经超过9亿kW，如果按9亿kW计算，出塔水温每升高l℃，如按300MW机组计算，可导致每年运行费用增加20.8亿元人民币，可见出塔水温的升高，造成的经济损失是相当可观的。

4结论

闭式循环冷却系统 篇3

近年来,静止无功补偿装置(SVC)、融冰装置、轻型直流输电装置等大功率电力电子装置在国家电网项目中的应用日益广泛。静止无功补偿装置是一种静止的并联无功发生或者吸收装置,它可以快速地改变其发出的无功功率,且有较强的无功调节能力,可为电力系统提供动态无功电源,将系统电压补偿到一个合理的水平。直流融冰装置是指利用直流装置将来自电力系统或交流发电机的交流电能转化为直流电能,并将直流电流加在待融冰线路上使导线上的覆冰融化的装置。融冰装置可有效地解决输电线路在冬季覆冰,保证电力系统的安全运行。轻型直流输电系统的基本原理是通过整流站将送端系统的交流电转变为直流电,再由逆变站将直流电转换为交流电送入受端系统。它为有效提高交流电网电能质量提供了新途径,同时其理想的控制和运行特性使直流输电在输送距离较短时也具有很强的竞争力。

在影响电力电子装置稳定性的多种因素中,电力电子器件的散热是至关重要的因素[1]。电力电子装置在工作中所产生的热量,将导致晶闸管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等电力电子器件温度逐渐升高,如果没有适当的散热措施,就可能使元器件的温度超过所允许的最高结温,从而导致电力电子装置性能恶化以致损坏。

目前为静止无功补偿装置、融冰装置、轻型直流输电系统等电力电子装置配置的散热系统主要包括自冷式散热系统、强迫风冷散热系统和密闭式纯水冷却系统[2]。由于密闭式纯水冷却系统的散热效果最好,具有体积小、安全、高效、环保、节能、使用寿命长等优点,很快就在大功率电力电子装置的冷却系统中得到广泛的应用。

1 密闭式纯水冷却系统的工作原理

LSF-Z型密闭式纯水冷却系统的流程原理图如图1所示。恒定压力和流速的冷却介质源源不断地从出口c流经水风换热器,升温后的水经室外水风换热器与空气进行热交换后由入口d流回水冷系统本体,再由出口a流入被冷却器件,换热后由入口b流回,经过气水分离器后部分水由出口e流入高位水箱,再由入口f流入主循环泵进口,另一部分水直接流入主循环泵进口。在水冷系统室内管路和室外管路之间设置电动三通阀,当室外环境温度较低和阀体装置低负荷或零负荷运行时,由电动三通阀通过调节进入水风换热器的流量,进而实现调节冷却水温度的功能。图中浅线框内为纯水冷却系统本体,浅线框外为外部管路。

为适应大功率电力电子设备在高压条件下的使用要求,防止在高电压环境下产生漏电电流,冷却介质必须具备极低的电导率,因此在主循环冷却回路上并联了去离子水处理回路。预设定流量的一部分冷却介质恒定流经离子交换器,不断净化管路中可能析出的离子,然后与主循环回路冷却介质在主泵前合流。纯水通过不断循环,最终达到降低纯水电导率的作用。

纯水经主循环泵加压后先进入水风换热器比先进入晶闸管阀组有如下优点:

(1)减小纯水经水泵加压后对晶闸管阀组的冲击作用,减小对晶闸管阀组的危害;

(2)保证整个密闭式水冷系统中,晶闸管阀组进口处的水温最低,冷却效果更好。

2 密闭式纯水冷却系统的构成与功能

2.1 系统构成

密闭式纯水冷却系统由电气控制回路、主循环冷却回路和副循环去离子回路组成。

电气控制回路:对各种电机包括水泵、风机的运行状态进行监控;对上述电机的运行起保护作用。

主循环冷却回路:主循环冷却介质在主循环泵动力作用下,通过循环电动三通阀、水风换热器、主过滤器、晶闸管阀组、气水分离器、高位水箱流回主循环泵入口。阀体的热量通过水风换热器与外界进行热交换。高位水箱的作用非常重要,利用高度差稳定整个系统的压力,同时可以使系统内多余的水流入高位水箱,起到缓冲的作用。

副循环去离子回路:去离子水回路分为两个支路,一是并联于主循环回路的支路,主要由循环离子交换器及相关附件组成,对主循环冷却回路中的部分介质进行纯化。通过对冷却水中离子的不断脱除,达到长期维持极低电导率的目的[3]。另一支路是补水回路,主要由补水罐、补水泵、制水离子交换器和精密过滤器组成。当系统缺水时,补水泵会自动启动把补水箱中的纯净水泵入水冷系统回路中,在这个过程中要经过制水离子交换器,降低纯水的电导率。离子交换树脂采用非再生树脂,吸附容量大、耐高温、高流速,专用于微量离子的去除。

2.2 主要部件的功能

2.2.1 水风换热器

采用带翅片的铝管串联或并联起来作为水的通路,翅片管为不锈钢管与复合铝翅管整体轧制而成。空气动力采用低噪音轴流风机进行强迫风冷。循环水在管内密闭式流动,其热量通过管壁外的风带走。此时,管内水温将永远高于外部环境的空气温度,其温差取决于散热器面积大小和结构。为了在散热效果和经济性之间取得一个平衡,一般设计时,循环水温与环境温度之差可在5～15℃之间选择。水风换热器布局图如图2所示。

2.2.2 主循环泵

主循环泵为纯水冷却装置的动力源。本设计采用立式多级离心不锈钢水泵,泵体采用机械密封,与液体连接处材质为316不锈钢。主循环泵为两台,互为备用,冗余容量为100%,设过流和过热保护[4]。如果运行泵故障或不能提供额定压力或流量,马上切换至备用泵,并发出报警信号。运行泵连续运行168 h后将自动切换,切换时系统流量和压力将保持稳定。

2.2.3 主过滤器

为防止循环冷却水在快速流动中可能冲刷脱落的刚性颗粒进入被冷却器件,在室外冷却器出口至被冷却器件进口管路设置精度为100目机械过滤器,采用网孔标准,水阻较小的不锈钢滤芯,滤芯进水端为半球型,可避免进水压力过大而造成滤芯扭转。

2.2.4 电动三通阀

置于主循环冷却水回路中水风换热器进水侧,可调节流经室外水风换热器的冷却水流量与不经过室外水风换热器的冷却水流量的比例[5]。用于冬天温度低及被冷却器件低负荷运行时的冷却水温度调节,避免冷却水温度过低,室内外温差过大,造成晶闸管阀组表面形成凝露。

2.2.5 高位水箱

当系统中冷却介质因某些因素减少时,水箱即以高位差把冷却介质压入循环管路系统,以保持管路的压力恒定和冷却介质的充满。当系统中介质因温升等引起体积增加时,水箱吸纳增加部分的体积。整个回路中的气体,通过气水分离器集中于高位水箱,由进排气阀排出系统外。

高位水箱外侧装有管式液位计及液位传感器,可显示箱中液位,并进行液位报警、启动或停运补水泵。水箱箱体材质为304不锈钢。

3 纯水冷却系统出厂试验

纯水冷却系统在生产完成之后要对其做严格的测试,保证水冷系统的质量和在工程中的顺利运行。主要的试验项目包括:水冷系统综合检验、压力试验、水质性能试验、供水特性试验、控制及保护试验、连续运行6 h试验。

水冷系统综合检验:进行设备的外观检查;检查泵、测量仪表等组件的安装情况;检查电气部分的电气配线、标识和编号等是否符合设计文件要求及有关标准的规定。

压力试验:对阀内纯水冷却装置所有设备和管路施加设计压力的1.2～1.5倍进行水压试验,保持合适的时间后,再降低到设计压力保持一段合适的时间,各设备和管路应无破裂或漏水现象。

水质性能试验:接通去离子水管路,并将电导率变送器接入其中;开启离子交换器,稳定后记录参数,符合不大于0.5μS/cm的要求数值则认为合格。

供水特性试验:做流量-压力曲线,测试工作点,与水泵特性曲线比较是否一致。

控制及保护试验:包括所有模拟量和开关量,人工制造故障点,检测控制系统是否符合设计要求。

连续运行6 h试验:试验时开启整机运行,调整管路各阀门,使主水流量、压力、电导率等达到并维持在额定值,观察电机、水泵等主要部件,在试验期间应无异常现象发生,无泄漏。

4 在实际工程中的应用

在某钢厂35 k V静止无功补偿装置中采用了LSF-125Z型纯水冷却系统。这套纯水冷却系统水泵的工作点为流量15 m3/h,扬程59 m。运行时进阀流量满足额定流量,进阀压力保持在0.5 MPa左右。电导率一直保持在0.35μS/cm左右,说明离子交换树脂的性能非常稳定且耐受性达到了很高的标准。其中最主要的参数为进阀温度,一直保持在要求的47℃以下,说明水风换热器的选择合理,能够满足水冷系统的冷却要求,进而证明此套水冷系统的冷却容量大于晶闸管阀组的发热功率,能够保证此套静止无功补偿装置正常并且顺利地运行。此工程从2010年投运以来,一直正常运行,实践证明此套装置完全可以满足长期稳定运行的要求,表明国内水冷技术已经达到一定的水平,为今后生产具有独立知识产权的高压大功率电力电子装置奠定了坚实的基础。

在四川某融冰工程中,采用了LSF-200Z型的纯水冷却系统。投运后运行,证明此套水冷系统可以使阀组中晶闸管温度控制在要求的范围内。在水冷系统保证晶闸管阀组良好散热的基础上,该融冰装置成功地融化了输电线路上的覆冰,为国家减小了损失,保证了电力系统安全稳定地运行。

综上所述,通过LSF-Z型纯水冷却系统在实际工程中安全稳定地运行,证明了上述冷却系统能够满足高压大功率电力电子装置的冷却要求。

5 结语

恒定压力和流速的冷却介质源源不断流经空气散热器,经室外水风换热器与空气进行热交换后,流入被冷却器件,换热后流回主循环泵进口。如此往复循环,组成密闭式水冷却回路。

密闭式纯水冷却系统由主循环冷却回路和副循环去离子回路组成。主循环冷却介质在主泵动力作用下,通过循环电动三通阀、水风换热器、主过滤器等部件后流回主循环泵入口。副循环去离子回路包括冷却循环水去离子支路和补水去离子支路。

纯水冷却系统在出厂前进行的主要试验项目包括:水冷系统综合检验、压力试验、水质性能试验、供水特性试验、控制及保护试验、连续运行6h试验。

通过两个工程实例,说明LSF-Z型纯水冷却系统在实际工程中的应用非常成功,证明了上述冷却系统能够满足高压大功率电力电子装置的冷却要求。对于我国这样一个严重缺水的国家,这种效率高、体积小、无污染、节约水资源的密闭式水冷却系统的应用前景非常广阔。

参考文献

[1]陈建业.大功率电力电子装置冷却系统的原理与应用[J].国际电力,2002,6(4):48-52.

[2]陈建业,沈英魁,陈希正.大功率变流器纯水冷却系统的研制与应用[J].电力系统自动化,2000,24(23):39-42.

[3]刘军祥,夏俊利.高压大功率变频器的两种冷却方式比较[J].变频器世界,2008(5):56-58.

[4]方鹏,郭林娜.纯水冷却装置在可控硅整流系统中的应用与改进[J].化工自动化及仪表,2009,36(2):95-96.

闭式循环冷却系统 篇4

关键词：斯特林发动机,闭式循环,仿真

引言

斯特林发动机是一种热能到机械能的动力装置, 其主要组成与内燃机等热机是类似的, 即由热的发生系统、热-机械能转换系统、动力传递系统以及其他的保证发动机正常运转的一些辅助系统。斯特林发动机和普通内燃机根本区别是外部供热 (燃烧) 系统和闭式循环系统。外部供热系统的作用是给闭式循环系统提供能源, 甚至家用发热燃料都可以成为斯特林发动机的外部热源[1]。但是要推广应用斯特林发动机目前在技术上还有许多问题有待解决。首先斯特林发动机闭式循环的内部气体流动是比较复杂的流动, 运行过程中能量发生、传导、气体流动等过程互相交替, 是一种往复式的交流换热过程。加强斯特林发动机内的热量传递与能量转化过程可以提高斯特林发动机的热效率, 也是斯特林发动机研发工作的重要方向。其次准确预测斯特林循环系统在各种工作条件下的性能指标参数, 并发展相应的控制规律。目前常规测试手段受到很多局限, 因此发展仿真计算对斯特林发动机的研究来说十分必要。目前国外已有很多针对斯特林发动机工作过程的仿真计算, 有很多分析模型[2]可以作为参考。

1 闭式循环仿真建模

无论任何流体计算都首先需要得到发动机的几何模型, 在仿真中应用的模型必须经过三维建模软件来实现, 实现的过程主要包括三个步骤, 分别为建模、规范单位和导入。建模是指利用点线面的构造方法将现实物体数字化建立的过程, 实现过程如下: (1) 获取斯特林发动机数据。根据斯特林发动机设计手册获得各种斯特林发动机的典型代表设计数据, 按1:1比例建立斯特林发动机边界封闭线。封闭线可直接存为矢量图, 在任何三维软件中均可调用。 (2) 规范三维软件和虚拟现实接口的单位, 各种软件的自定义单位:1个单位=1厘米;但在虚拟引擎中一般显示单位比例:1个单位=1米"。以便模型数据能以正确比例导入。 (3) 三维软件建模:导入新建单个封闭线, 通过LOFT命令放样得到NURBS模型, 为保证虚拟现实场景中的正确性, 通常都转换为POLYGON导出。将斯特林发动机的大小严格按矢量图的标注, 高度和位置严格参照竣工平面图中斯特林发动机的真实高度。个别不规则设备如活塞曲轴等在可以参照已知数据的比例来做, 模型最后通过网格自适应网格细分等待计算。

2 闭式循环仿真

导入模型后, 通过软件实现斯特林闭式循环的安装及动作过程。主要部件有:冷却器, 燃烧室, 加热管, 活塞, 回热器, 轴传动, 扭矩输出轴, 其中气缸由两个或多个活塞构成, 在活塞间有一个回热器。回热器上下各有活塞和气缸组成的膨胀腔 (又叫热腔) 和压缩腔 (又叫冷腔) 。这两个腔室的气体变化分别由活塞控制。回热器在一个闭式循环中不停地从气体吸收热能和向气体释放热能, 整个过程中热腔的气体温度永远处于最高, 而冷腔, 即压缩腔的气体温度始终为最低气体温度, 因而回热器的两端具有温差。大多数情况下对气体的各种变化忽略不计, 一般假设活塞移动时无摩擦损失, 无气体无泄漏, 模拟的结果按照斯特林闭式循环就有四个过程组成[3]。 (1) 等温压缩过程:当冷腔活塞位于最低点时闭式循环开始, 此时压缩腔气体最大;当膨胀腔气体为零, 膨胀腔活塞处于最高点并靠近回热器, 此时气体全部集中在压缩腔, 气体温度为最低气体温度, 气体压力也最低。气体在闭式循环始的压缩过程中, 膨胀腔活塞在其最高点保持不动, 而压缩腔活塞从最低点向外移动。随着压缩活塞的移动, 气体在压缩腔中受到压缩, 系统闭式循环气体逐渐缩小, 当压缩活塞移动到其最高的固定点后, 等温压缩过程结束。 (2) 等容加热过程:等容加热过成的模拟是主要表现压缩活塞, 当其到达最高点时过程结束。膨胀活塞开始由最高点向最低点移动。整个过程中两个活塞作相反运动, 压缩腔气体的缩小值等于膨胀腔气体的增大量, 系统闭式循环总气体体积不变, 过程是等容的。在整个过程中, 压缩腔的气体变为零, 而膨胀腔气体开始由零逐渐增大, 结果是压缩腔中的气体全部被压到膨胀腔。气体从冷腔到热腔前, 必须流经回热器并获得回热器的热能量, 热量使气体温度从最低上升到最高 (从回热器传给气体) , 最后流入膨胀腔。 (3) 等温膨胀过程:压缩活塞在最高点保持不动, 膨胀活塞继续向其最低点移动, 结果系统闭式循环总气体体积增大, 压力下降, 待膨胀活塞移动到最低点时过程结束。此时, 系统闭式循环总气体已从最小体积变成最大体积。 (4) 等容冷却过程:压缩活塞从其最高点移动到最低点, 同时膨胀活塞从其最低点移动到最高点, 结果将膨胀腔中的气体全部压至压缩腔, 在流经回热器时, 回热器从气体吸走热能, 使气体温度从最高温度下降到最低温度后流入压缩腔。当以上四个部分仿真完成后, 就可以通过公式来计算闭式循环中的各种气体质量、动量和能量守恒方程。

3 闭式循环仿真结果

计算发现为了实现等温膨胀, 热源必须通过气缸向气体供给热能。同时系统向外界做功带动活塞作相反的运动, 使气体在高压下得到冷却, 对气体假设为理想气体状态下, 气体传给回热器的热能, 以及回热器的气体温度变化和回热器的闭式循环的理论效率都会而影响闭式循环效率。其主要因素是流阻损失和热损失的大小。这两部分效率都与整个闭式循环的结构参数和气缸体积有关。影响回热器损失的主要因素有回热器的温差、回热器的热交换面积、回热器中的气体种类、回热器体积、单积流量等;影响活塞损失的主要因素有双活塞行程、气体的种类、气缸直径、气缸体积、活塞的长度、热腔的温度与冷腔的温度差;影响泵气损失的主要因素包括气缸直径、气缸体积与长度、热腔的温度与冷腔的温度差、气体的压差、等;而导热率又包括气体、气缸和活塞等的导热率, 活塞的材料类型和气体类型对整体的导热率影响都很大, 温差主要由这些部件的材质导热情况决定的, 另外导热面积与部件的形状和结构尺寸有关。通过计算得知闭式循环气体温度在模拟中回热器过程中与实验真实数据相差较小, 而加热器的是一个非常复杂的装置, 气体温度在模拟中加热器过程中与实验真实数据相差较大。总体效果好坏直接影响发动机的特性, 提高加热器的仿真精确度还有很长的路要走。

4 结束语

通过计算得知类似卡诺闭式循环效率和斯特林闭式循环的热效率相等, 只与气体的最高温与最低温的差有关, 气体温度差越大, 热效率也就越大。但是通过系统控制模型, 对斯特林闭式循环系统建立了数学分析模型。分析了其闭式循环的热力学性能、斯特林发动机机构动力学等。通过该模型对斯特林系统的稳态和动态性能进行了仿真分析, 计算得知在气体恒定的条件下, 发动机的功率是随着气体的温差和能量损耗变化而变化。本文所建立的系统模型不仅可用于分析系统性能, 对斯特林发动机推广也具有一定的意义。

参考文献

[1]邹隆清, 等.斯特林发动机[M].武昌:华中工学院出版社, 1985

[2]Walker G, Reader G, Fauvel O R, et al.The Stirling alternative:power systems, refrigerants and heat pumps[M].New York:Gordon and Breach, 1994.

闭式循环冷却系统 篇5

1 封闭式循环系统养殖原理

循环水养殖是一种将同一养殖体系中的水资源经过养殖系统内部净化处理后循环利用的养殖模式, 属设施渔业范畴。循环水系统的结构和功能应当是养殖池培育养殖品种、生物滤池去除氨氮、过滤装置去悬浮颗粒、臭氧发生装置消毒和去除有机物、曝气装置去除二氧化碳;其关键技术是水质的净化处理, 核心是快速去除水溶性有害物质和增氧技术。该养殖方式融入了生物学、工程学、信息学等学科知识, 含有较强的科技力量, 具有自动化程度高、成活率高、养殖效果好、污水排放量少、对环境无污染等优点。

用循环水进行水产养殖的研究开始于20世纪70年代, 当时主要是搬用生活污水和工业废水的处理方法和设备, 并稍加改在进行水质净化, 之后的一点时间对循环水系统的水处理特性有了进一步理解, 逐渐发展了一些列专门应用于养殖废水处理技术和设备。

2 环水养殖中水处理技术的研究

养殖废水的处理是相对较新的研究领域, 与工业废水和生活污水相比, 养殖废水具有低含量的潜在污染物和高水流速率2个明显特征, 因此采用工业废水或生活污水的处理方法并不能使其完全净化。目前, 循环水养殖中的水处理主要有物理、化学、生物学以及综合净化方法, 各养殖水体可根据自身的理化特征及养殖品种的不同进行适当选择。

2.1 物理净化

物理净化包括沉淀、曝气、吸附、过滤、紫外线照射以及泡末分离等方法。其主要是消除循环水中的悬浮物、有害气体和固体颗粒, 其中紫外线照射起到了杀死水体中致病微生物的作用。目前在循环水养殖水处理中常用的物理过滤方式有沙滤系统、网袋式过滤系统、转鼓式过滤系统。生物滤器在悬浮物的去除中也起着重要作用, 有研究表明双层浮球生物滤器对循环水中悬浮物的最大去除效率达90%, 悬浮物最大残留颗粒为19~300m。

2.2 综合净化处理技术

在循环水养殖中综合利用物理、化学和生物学的方法对水体进行净化处理正日益受到人们的重视, 并成为养殖水处理技术的主要发展方向。人工湿地是目前比较典型的养殖水综合处理体系。在湿地生态环境中所发生的物理、化学和生物学作用的综合效应包括沉淀、吸附、过滤、固定、分解、离子交换、硝化和反硝化作用、营养元素的摄取、生命代谢活动的转化和细菌、真菌的异化作用。湿地中水生植物的光合作用为水体净化提供了能量来源, 植物根系不仅能够吸收水体中的营养物质、吸附和富积重金属元素, 也为不同类型微生物的生长提供了多样性生境。

3 养殖海区的选择标准

3.1 流速

对鱼环境进行选择, 水的深度一般情况下在18m左右, 要有很好的水流交换系统, 水面不能有过于频繁的风浪, 流速规定在0.6S左右。潮流的流向必须要有一定的规律性, 最大程度上避免使用没有规律性的水面。

3.2 底质

在进行打撅时要选择相对较为平坦的硬泥, 对筏架进行必要的固定, 以保证整个系统的稳定。尽量不要选择其他地质进行打撅, 因为其他地质很容易使打撅不牢固, 甚至不能打撅, 遇到一些风浪, 很容易把筏架连根拔起, 造成损失。

3.3 水质

对于水质的选择, 最主要的是水的透明度, 一般情况下透明度要保持在2m, 以保证鱼更好地适应。还要保证水中盐度的稳定性, 禁止选择盐度浮动变化较大的水质。

3.4 其他条件

养殖区域的选择还需要满足各种交通便利条件, 要有最为基本的交通保障, 这样做的好处是便于输送必要的资料和一些供给品等;还需要有充足的电力, 最大程度上满足鱼的各种需求。

4 鱼种的放养

4.1 苗种规格

由于三文鱼的养殖环境比较特殊, 所以, 对鱼苗的选择也会有非常严格的控制, 不能过大或者过小, 很多情况下应选择长度在25cm左右的鱼苗, 体质量大约在250g左右、不同鱼之间的大小要均匀, 并且选择无损伤鱼苗。

4.2 苗种运愉

鱼苗的运输是非常重要的一个环节, 此环节如果操作不当很容易使鱼苗死亡, 在对其进行运输时需要进行氧气的供给, 在整个的运输中, 负责人需要进行定期检查, 200km进行1次检查, 检查的主要内容有鱼的活动情况、氧气情况和水温情况, 运输时间保证在13h左右, 运输水温保证在1℃。

4.3 驯化

在对鱼苗进行驯化的过程中, 很多情况下都会有死亡, 所以, 要进行规范驯化, 计算成活率。

鱼苗入池前的准备工作也比较重要, 把驯化池进行全面的消毒, 检查供水和供气等系统是否正常工作, 注入盐度为5º的海水, 池内水温应在12℃以下, 这些准备工作做完之后可以把鱼苗放到驯化池中。

鱼苗运达以后需要对其进行消毒, 15min左右, 把鱼苗放到驯化池, 要掌握好鱼苗的放置密度, 一般情况下密度为30尾/M3。等到第3天, 要把盐度每天升高3º, 7~10d左右升高到和自然海水盐度一样, 利用自然海水对池水进行循环;3d内温度要升高到自然温度, 一般情况下在17℃。鱼苗入池2d后开始进行食物的投喂, 每天3次, 饵料的配制要采用专用的饲料, 1次的投喂量需要根据鱼苗体质量的10%来确定, 如果看到鱼苗没有抢食, 停止投喂。经过一段时间, 鱼苗就完成了水温和盐度的驯化。

5 养成管理

5.1 投饵

目前市场上出售的投饵的种类有很多, 但是还没有三文鱼专用饲料, 对三文鱼的喂养饲料会随着季节的不同相对的差异, 比如, 东海湾的三文鱼养殖投喂的是升索虹缚专用配合, 在胶南灵山投喂冰冻饵料。饲料的投喂要根据季节不同做适时的改变。投饵率在5%~10%之间, 鲜饵、冻饵系数是6。投饵原则:等到鱼放样3d对水环境适应了以后再进行投饵。需要注意的是水出现急流时不投, 缓流和水温适宜时多投。

5.2 养位管理

l月中旬, 选定的水面区域温度会从20℃左右下降到4℃左右, 此段时间是三文鱼的生长期, 不但要按时投喂, 并且投喂量要适量大, 这在很大程度上有助于鱼的快速生长。1~2月之间, 水温会下降到鱼生存的下限, 鱼的活动频率逐渐减少, 食料的投喂次数也要减少或者停食。这就需要养殖者对鱼的进食量和活动量进行认真的观察, 根据观察结果来针对性的进行食料的调解。2~6月之间, 水温会逐渐上升, 这个时候鱼的体质有所下降, 很容易生病, 所以, 投喂的食物一定要新鲜、适口, 促进鱼的快速生长。

5.3 生长检查

对鱼的生长情况进行密切观察, 投喂时仔细观察鱼的活动情况进行安全检查, 还可以从鱼的摄食量来判断是不是出现了疾病, 以便有针对性地进行预防。从鱼的生长状况来分析, 并及时调整投喂量和投喂次数。还要定期对鱼进行查验, 防止逃鱼或者被盗等情况。鱼的生长速度在适宜的季节生长速度非常快, 一般情况下, 10d检查1次鱼的生长情况, 以此来调整投喂量, 如若不, 很容造成食物的浪费或者造成鱼的营养不良等问题。

5.4 安全检查

安全检查中的一项是防逃检查, 养殖者需要每周进行1次防逃检查, 对设备各个环节的密封性进行必要的安全检查, 如果出现大风浪等一些天气时需要采取一定的积极措施, 对容易被天气摧毁的环节进行必要的加固, 防止系统的破坏使鱼逃亡。有必要对锚索拉力进行调整, 加强固定绳的拉力, 对造成系统压力的外附着物进行清理。这个时候也是偷盗比较严重的时候, 需要有专人对其进行看管, 防止偷盗情况。还需要安装标识灯, 以便在极短的时间内确定鱼的位置。

6 结语

可以看出, 三文鱼的生存方式和其他鱼类有不同程度上的差别, 在对三文鱼进行养殖时应选择适合该鱼类生长的养殖环境, 采用封闭式循环系统养殖技术比较合适。很多省市在三文鱼的养殖技术上采用了封闭式循环养殖系统, 能够提高鱼类的安全性和低死亡率, 并且可以总结封闭式养殖经验, 为以后的鱼类养殖提供了比较全面的经验并可以广泛推广, 也填补了我国封闭式养殖技术匮乏的空白, 建立适合我国国情的封闭式循环养殖技术, 更大程度上提高我国的经济效益。

参考文献

[1]胡佳平, 李奇, 李晓捷.封闭式循环系统三文鱼合理养殖密度试验[J].河北渔业, 2013 (5) :19-21;59.

[2]徐继松.日本鳗鲡和美洲鳗鲡循环水养殖技术的研究[D].厦门:集美大学, 2012.

[3]王怀明, 李德军, 李平伦.深水网箱养殖三文鱼试验技术研究[J].齐鲁渔业, 2008 (11) :7-8.

[4]宋协法, 李强, 彭磊, 等.半滑舌鳎封闭式循环水养殖系统的设计与应用[J].中国海洋大学学报 (自然科学版) , 2012 (10) :26-32.

[5]朱耕.三文鱼挪威制造的细节[J].农产品市场周刊, 2011 (38) :26-29.

真空炉循环冷却水系统设计 篇6

某车间有4台真空炉:2台25 kg真空炉,1台50 kg真空炉,1台300 kg真空炉。车间生产品种多,产量小,为非连续式生产。4台真空炉均用于正常生产,但4台设备同时运行的机率较小,主要运行300 kg真空炉,25 kg及50 kg真空炉用于生产小规格特种钢锭、电极棒以及实验研究。该文介绍的是该车间真空炉的循环冷却系统设计。

1 真空炉对冷却水质、流量、温度、压力的基本要求

冷却水水质、水温和水压要求,见表1,表2。

2 循环冷却水系统设计(见图1)

2.1 冷却池及冷却塔

4台设备共用一个冷却池。该冷却池约60 m3,设置了排水孔及低水位自动补水装置。当水位过高时,水自动从排水孔中排出。水位低于设定的水位值时,自动补水。冷却池分为冷水池和热水池两个区域。热水池的水经过冷却塔冷却后再回到冷水池,供生产使用。冷却池上方检修口上加盖板,防止杂物进入水池中。

冷却水通过水塔喷淋冷却后通过回水池进入炉内循环水路,故选用100 m3/h无填料喷雾式冷却塔,实际冷却总量可调至120 m3/h。冷却水进塔压力在0.08~0.15 MPa。冷却塔湿球温度在28℃时,进水温度t1≥45℃,出水温度t2≤35℃,冷却温差≥10℃。

2.2 水泵

循环冷却系统共有4台泵。进水泵两台,一用一备;回水泵一台;应急柴油泵1台。考虑到车间场地及嘈音等因素,在室外修建泵房,所有泵均安装在泵房内,方便管理和维护。

在熔炼过程中,如果泵出现故障或是突然断电等原因导致冷却水中断,无法对感应线圈、扩散泵及中频电源等重要部件进行冷却,会对设备造成严重的损害并可能发生安全事故,所以,循环水泵设计为一用两备,两台自吸式水泵和一台柴油泵。两台自吸式水泵可以随时切换,柴油泵则作为应急装置一并纳入循环系统中。

根据设备的冷却水需求量,循环水泵流量设计为100 m3/h。考虑到管损等因素,泵的扬程选择为32 m。冷却水池在地平面以下,循环水泵选择自吸泵,并增加底阀,作为双重保险。

熔炼过程中,如果突然断水,熔炼必须中止,应急水的主要作用是对感应线圈、扩散泵和中频电源等重要部件进行冷却,使其尽快冷却以保护设备,以细水长流为冷却原则。故柴油泵流量设计为30 m3/h,扬程30 m。在断电后,柴油泵获取断电信号,马上自动启动,进行供水。柴油泵需严格按要求进行日常的维护保养,保证在出现特殊情况时柴油泵能正常工作。

从真空炉出来的冷却水为无压力回水,故需要在管路中设置1台泵,用于将回水泵入冷却塔中。

2.3 管路设计

布置一根主进水管道DN150,统一分配给4台设置。

车间以运行300 kg真空炉为主,且300 kg真空炉用水量最大。当大、小设备同时运行时,为避免300 kg真空炉回水倒流进其他小设备,在室内布置2根回水管道,其中一根DN150的回水管专用于300 kg真空炉的回水,另一根DN150的回水管用于另外3台设备的回水,留有足够的坡度,使回水顺畅,并在回冷却塔之前汇总。进、回水管道刷不同颜色的油漆以示区别,方便检修。

4台设备同时运行的机率不大,故冷却水实际总需求量<100 m3/h。炉内冷却水的流速一般保证在1~1.5 m/s:水速过快,会使感应线圈表面温度过低,形成凝露,导致圈内短路;水速过慢,水温过高,会加速水中无机物的沉淀,使铜管内部结垢。所以在泵的出水管及设备的总进水管处均设置了调节阀及压力表,便于调节流量及进水压力,使冷却水保持一个适中的流速。

每台设备均设计了单独的水箱,水箱中有多路进水管道和回水管道,将冷却水分送至所需的各个冷却点位,再分不同的管道回到水箱,进入回水管道。由于是重力回水,操作人员可以很直观地通过观察回水流量,触摸回水温度等方法来判断设备内部的冷却水路是否畅通。尤其是真空炉的中频电源柜中有很多小管径的冷却管道,容易堵塞,造成某些部件的烧损,从而影响设备的正常运行,故在中频电源的外部也设置这样的水箱,并入总循环管路中。

3 保证水质的相关措施

冷却水太硬,会加速设备内部冷却管道的结垢,使铜管被腐蚀并短路;冷却水中含有杂质,会使管道堵塞,达不到冷却效果而导致电气元件被烧毁。系统中采用了以下措施来保证冷却水质。

(1)软水器的使用。

厂区所用的自来水,除硬度超标,其他指标均能满足冷却水质要求。系统中选择了一台全自动软水器对自来水进行处理。当含有硬度离子的原水通过交换器树脂层时,水中的钙、镁离子与树脂内的钠离子发生置换,树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中,从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。

软水器的进水压力为0.2~0.35 MPa。厂区供水压力不稳,故在软水器之前设置一个小型增压泵,保证水压始终能够满足软水器进水压力要求。

(2)为防止管道生锈而影响水质,所有循环水管道均采用304不锈钢材质。

(3)水泵入水口处设置过滤装置,并定期清理。

(4)冷却池内壁贴一层磁砖,不易生苔藓,避免其进入循环水路;冷却池上部的检修口处设置盖板,冷却塔下部有304不锈钢挡板及百叶窗,防止杂物进入水池。同时定期更换冷却水,并清理水池。

4 操作说明

(1)为保障真空炉安全使用,必须先开启循环水泵,运行一段时间后再启动真空炉。在熔炼任务结束后,必须待炉内坩埚完全冷却后才能停止供水。

(2)在突然断水后,柴油泵启动,以细水长流为冷却原则,通过阀来调节各设备的进水量。

5 结语

该方案实施后,在实际生产中运行良好,可控可调。尤其是在几次计划外的故障停电后,柴油泵马上启动进行供水,有效地保护了设备,避免安全事故的发生。

摘要：介绍了真空中频感应熔炼炉(以下均简称为“真空炉”)循环冷却水系统。根据车间实际条件及水质情况设计循环冷却水的工艺流程、运行、控制方式,包括总体循环管路设计,水泵、冷却塔等相关设备的选型等,并采取相应的措施保证冷却水质。

关键词：真空炉,冷却水,循环水泵,管路

参考文献

[1]给排水设计手册[M].2版.中国建筑工业出版社,2002.

[2]全国化工设备设计技术中心站.工业泵选用手册[M].2版.化学工业出版社,2011.

强制循环冷却水系统的注意事项 篇7

1 冷却水系统的作用

冷却水由位于水泵房的锅炉辅机冷却水泵将冷却塔水抽至强制循环泵一侧, 在冷却腔体最低位置布置冷却给水管路, 最高位置布置冷却水排水管路, 并在给水管路和排水管路上安装进出口控制阀门, 便于冷却水的投入和退出。其主要作用:

1) 冷却润滑油。轴承的润滑油采用的是ISO VG46透平油, 油温的高低直接影响轴承的润滑和冷却。冷却水经过调节阀从润滑油的偏下侧进入, 对面偏上侧出, 经过流动指示器回到冷却水主管道。

2) 冷却泵体。冷却水经调节阀进入泵下面, 对泵本体进行冷却, 经上偏侧面, 经流动指示器回至排水管道。

3) 冷却换热器。换热器是将高温炉水与冷却水换热冷却后, 对机械密封内部进行冷却。冷却水经调节阀从换热器侧面进入, 用于冷却换热器中的炉水管, 回水从上面经流动指示器回至排水管道。

4) 冷却机械密封。冷却水经调节阀对机械密封冲洗, 冲洗后的水流入底座收液槽中, 经泄漏液收集管排入地沟。

2 注意事项

冷却水可以根据设备温度高低进行调节控制, 特别是受天气、地域等环境温度影响, 轴承温度随季节变化比较大, 应及时调整冷却水调节阀, 保证其温升和最大温度允许值在规定范围内。一旦该强制循环水泵因检修或者备用时, 可以关闭该泵冷却水进出口阀门, 节约用水。

平时应检查冷却水是否畅通, 流量大小是否合适。

闭式循环冷却系统 篇8

由于循环水系统启动失败或因水锤造成管道、膨胀节损伤事故在国内屡屡发生, 而该机组循环冷却水管线长且管道为分段连接的玻璃钢管道, 虽然该玻璃钢管道耐海水腐蚀但是其材质决定了其耐受变形的能力较差, 由于现场管道填埋在沙地下, 管道周围全是沙粒, 一旦发生泄漏循环水管道周围将发生沙粒流失产生空洞, 循环水管道周围产生空洞后由于其管径大在充满水的情况下质量更大, 将使循环水管道加快破裂或断裂, 同时由于管道泄漏导致的水土流失可能会危急周围的部分固定建筑基础, 而且海水的涌入也会导致附近区域地下水成分变化, 影响相关区域的植被生长。尽管循环水管道的施工过程受到了严格的质量监督与监控, 管道填埋后也进行了全面的内部检查和地表的沉降监测, 尽管循环水管道与凝汽器接口设置了膨胀节、管道沿程设置了排空气阀, 但是出于安全性与环保性考虑同时为保证调试和商业运行期间循环水系统能安全启动和稳定运行, 特设计两种投运方案并对其进行优缺点分析论证而后投入实际应用, 两种方案分别如下。

方案一:适当注水或不注水直接启动循环水泵, 通过适当开启循环水泵出口蝶阀的方式向系统注水 (此方式为常规采用的启动方式) , 操作步序详见图1。

优点是启动过程简单、节省启动时间。

缺点是初次启动时出口蝶阀开度暂无法确定, 启动过程中如果蝶阀中停开度过大将对系统造成较大冲击可能造成膨胀节或循环水管道的损伤, 如果蝶阀开度过小可能导致该立式斜流循环水泵启动过电流跳闸导致启动失败。

方案二:先注水形成虹吸后启动循环水泵, 操作步序详见图2。

优点是注水并预先形成虹吸的情况下启动循环水泵对循环水管道及系统冲击小, 循环水泵的损伤小、启动过程安全;采用预先建立虹吸的目的在于该循环水泵为斜流泵扬程17 m, 且循环水泵的安装高度在海平面以下同时凝汽器位置又较高且凝汽器循环水排水侧设置有虹吸井, 如果不预先建立虹吸可能会导致凝汽器水侧的空气无法及时排出, 导致发生气塞现象, 可能导致启动时循环水系统不过水或过水量很小导致启动失败。

缺点是启动前凝汽器循环水进、出水管道和虹吸井以及凝汽器水侧需充满水并建立虹吸, 这导致系统注水时间长, 启动过程操作略显复杂, 操作步序较多。