CN108120314B - 闭式冷却塔防冻设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷却设备技术领域，提供一种闭式冷却塔防冻设备。本发明所述的闭式冷却塔防冻设备包括相耦合的温度传感器、处理器以及蒸汽喷射装置，其中：所述温度传感器，被配置成检测闭式冷却塔的盘管的温度；所述处理器，被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵未工作且所述盘管的温度小于或等于第一预设值时，触发所述蒸汽喷射装置向所述盘管喷射蒸汽。通过温度传感器获取冷却塔的盘管的温度并以此作为蒸汽喷射装置的喷射条件，能够在闭式冷却塔的盘管具有上冻风险时有效提高盘管的温度，防止盘管上冻。

Description

闭式冷却塔防冻设备

技术领域

本发明涉及冷却设备技术领域，特别涉及一种闭式冷却塔防冻设备。

背景技术

闭式冷却塔(也叫蒸发式空冷器或密闭式冷却塔)是将管式换热器置于塔内，通过流通的空气、喷淋水与循环水的热交换保证降温效果。由于是闭式循环，其能够保证水质不受污染，很好的保护了主设备的高效运行，提高了使用寿命。外界气温较低时，可以停掉喷淋水系统，起到节水效果。随着国家节能减排政策的实施和水资源的日益匮乏，近几年密闭式冷却塔在钢铁冶金、试验设备冷却、电力电子、机械加工、空调系统等行业得到了广泛的应用。

北方地区冬季气温通常在零度以下，喷淋基本不用，可将喷淋水全部排空。但是换热器内的循环水必须使用，防冻问题日益突出，如果解决不好，可能冻坏换热管或冷却塔其他部件。虽然冷却塔有不同的工艺特点，但都需要考虑防冻问题。针对换热器防冻问题，目前主要有以下三种方式：

①将换热器内部循环水全部排空，冬季不使用；

②采用对换热器内部循环水添加防冻液的方式，但添加防冻液后循环水的冰点温度必须在当地最低温度以下。

③对换热器盘管用伴热带进行加热防冻。

因冷却塔为公用设备，一般开启后无专人对设备状态进行全程实时监控，一旦发生循环泵损坏停机、室外温度过低、断电等异常，相关人员往往无法在第一时间得到消息，从而错过最佳处理时机，造成损失。

将换热器内的水全部排空，冬季不使用的缺点：

1)严重影响生产，造成经济损失；

2)而且盘管内部长时间无水，空气进入将导致腐蚀速度加快，降低设备使用寿命；

采用添加防冻液方式的缺点：

1)如果系统大，循环水多，需要大量防冻液，价格昂贵；

2)由于环境温度具有一定的不可预测性，所以对于冬季最低温度的估算也不一定准确，无法把握冷却液的具体添加量；

3)醇类防冻液对钢铁类和镀锌材料有一定腐蚀，乙二醇只对镀锌材料有腐蚀；

4)添加防冻液后，不仅影响其余换热器内壁的对流换热系数，而且由于比热变化影响其携热能力，导致闭式冷却塔的传热系数下降；

采用伴热带对换热器进行加热防冻的缺点：

1)伴热带需要耗费大量电力，造成能源消耗；

2)如果伴热带有个别地方失效，可能会造成换热器盘管冻裂；

3)一旦停电，伴热带将无法起到防冻作用。

针对上述问题现有技术中尚无良好解决方案。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种闭式冷却塔防冻设备，以使闭式冷却塔有效防冻。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种闭式冷却塔防冻设备，所述闭式冷却塔防冻设备包括相耦合的温度传感器、处理器以及蒸汽喷射装置，其中：

所述温度传感器，被配置成检测闭式冷却塔的盘管的温度；

所述处理器，被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵未工作且所述盘管的温度小于或等于第一预设值时，触发所述蒸汽喷射装置向所述盘管喷射蒸汽。

进一步的，所述处理器还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵开始工作或所述盘管的温度大于或等于第二预设值时，触发蒸汽喷射装置停止向所述盘管喷射蒸汽。

进一步的，所述蒸汽喷射装置包括管路、喷口以及阀体，其中所述处理器能够触发所述阀体开启或关闭，以在所述阀体开启时使所述管路中的蒸汽从所述喷口喷出喷向所述盘管。

进一步的，所述蒸汽喷射装置还包括蒸汽发生器，被配置成生成蒸汽并输出至所述管路。

进一步的，所述管路下部具有一个或多个排水孔。

进一步的，所述闭式冷却塔防冻设备还包括信息发送装置，以及所述处理器还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵未工作且所述盘管的温度小于或等于所述第一预设值时，触发所述信息发送装置传送第一通告信息。

进一步的，所述闭式冷却塔防冻设备还包括信息发送装置，以及所述处理器还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵工作或所述盘管的温度大于或等于所述第二预设值时，触发所述信息发送装置传送第二通告信息。

进一步的，所述闭式冷却塔防冻设备还包括不间断电源UPS，被配置成向以下中的至少一者供电：所述处理器、所述温度传感器、以及所述信息发送装置。

进一步的，所述温度传感器为铂热电阻。

进一步的，所述蒸汽为饱和蒸汽。

相对于现有技术，本发明所述的闭式冷却塔防冻设备具有以下优势：

(1)本发明所述的闭式冷却塔防冻设备通过温度传感器获取冷却塔的盘管的温度并以此作为蒸汽喷射装置的喷射条件，能够在闭式冷却塔的盘管具有上冻风险时有效提高盘管的温度，防止盘管上冻。

(2)本发明所述的闭式冷却塔防冻设备，在闭式冷却塔的循环泵开始工作或盘管的温度大于第二预设值时触发蒸汽喷射装置停止向盘管喷射蒸汽，能够在盘管温度上升使得上冻风险消除后及时停止对盘管加热，从而能够有效节约设备能耗。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施方式的闭式冷却塔防冻设备组成示意图；

图2为本发明示例实施方式的闭式冷却塔防冻设备组成示意图；

图3为能够在本发明实施方式的闭式冷却塔防冻设备实施的动作流程图；

图4为示例的闭式冷却塔防冻设备处理器接线示意图；

图5为示例的闭式冷却塔防冻设备使用场景示意图；

图6为本发明实施方式所述的闭式冷却塔防冻设备使用环境示意图。

附图标记说明：

1-传感器，2-处理器，3-蒸汽喷射装置，31-蒸汽发生器，32-管路，33-阀体，34-喷嘴，4-信息发送装置，5-UPS，6-盘管，7-循环泵，8-报警器，9-手机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明实施方式的闭式冷却塔防冻设备组成示意图。如图1所示，本发明实施方式提供的闭式冷却塔防冻设备可以包括相耦合的温度传感器1、处理器2以及蒸汽喷射装置3，其中：温度传感器1，被配置成检测闭式冷却塔的盘管6的温度；处理器2，被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵7未工作且所述盘管6的温度小于或等于诸如4℃的第一预设值时，触发所述蒸汽喷射装置3向所述盘管6喷射蒸汽。

上述技术方案，通过温度传感器获取冷却塔的盘管的温度并以此作为蒸汽喷射装置的喷射条件，能够在闭式冷却塔的盘管具有上冻风险时有效提高盘管的温度，防止盘管上冻。

在实施方式中，所述处理器2还可以被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵7开始工作或所述盘管6的温度大于或等于诸如7℃的第二预设值时，触发蒸汽喷射装置3停止向所述盘管6喷射蒸汽。

在闭式冷却塔的循环泵开始工作或盘管的温度大于第二预设值时触发蒸汽喷射装置停止向盘管喷射蒸汽，能够在盘管温度上升使得上冻风险消除后及时停止对盘管加热，从而能够有效节约设备能耗。

图2为本发明示例实施方式的闭式冷却塔防冻设备组成示意图。如图2所示，本发明实施方式提供的闭式冷却塔防冻设备中的所述蒸汽喷射装置3可以包括管路32、喷口34以及阀体33，其中所述处理器2能够触发所述阀体33开启或关闭，以在所述阀体33开启时使所述管路32中的蒸汽从所述喷口34喷出喷向所述盘管6。在实施方式中，上述蒸汽喷射装置3还可以包括蒸汽发生器31，被配置成生成蒸汽并输出至所述管路。在实施方式中，蒸汽发生器可以生成饱和蒸汽并将饱和蒸汽输送至管路32。在实施方式中，为了防止管路32中积水，可以在管路32下部开设一个或多个排水口或排水孔，例如，一排或多排排水孔，或者一个长条状开口等。

本发明的实施方式中提供的闭式冷却塔防冻设备除了能够在盘管温度降低到预定值时开启蒸汽加热，还能够同时对温度降低情况进行报警。在实施方式中，报警的方式可以是通过报警器8的声光报警。在可替换的实施方式中，报警的方式可以是通过无线网络实现的信息报警。在后者的实施方式中，闭式冷却塔防冻设备还可以包括信息发送装置4，以及所述处理器2还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵7未工作且所述盘管6的温度小于或等于所述第一预设值时，触发所述信息发送装置4传送第一通告信息，例如，信息内容可以是：盘管存在上冻风险、盘管存在上冻风险蒸汽电磁阀已打开、盘管存在上冻风险蒸汽电磁阀未打开需要手动开启等。

在相似的实施方式中，可以同样针对上冻风险解除的情况进行报警或报告。在这样的实施方式中，处理器2还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵7工作或所述盘管6的温度大于或等于所述第二预设值时，触发所述信息发送装置4传送第二通告信息，例如，信息的内容可以是：盘管上冻风险解除、电磁阀关闭停止蒸汽喷射等。

在实施方式中，声光报警器和信息发送装置可以同时设置以实现更好的警示效果。在实施方式中，报警器或信息发送装置可以设置在闭式冷却塔的控制电箱中，或者可以设置在远程操作室中通过电缆与处理器2连接。

在实施方式中，所述闭式冷却塔防冻设备还可以包括不间断电源UPS 5，被配置成向以下中的至少一者供电：所述处理器2、所述温度传感器1、以及所述信息发送装置4。

图3为能够在本发明实施方式的闭式冷却塔防冻设备实施的动作流程图，其中示出了闭式冷却塔防冻设备从上电初始化到上冻风险消除的整个动作过程。结合图2所示的设备组成示意图和图5所示的闭式冷却塔防冻设备使用场景示意图，可以清楚理解本发明实施方式提供的闭式冷却塔防冻设备的工作原理。其中，程序可以是设置在处理器2中，或者存储在存储器里能够由处理器2执行的程序代码。

图4为示例的闭式冷却塔防冻设备处理器接线示意图。在图4所示的实施方式中，处理器2可以集成信息发送装置4的功能。处理器2可以通过单片机实施，例如，可以通过端口B1、B2、C1、C2接收循环泵的工作信号，例如可以连接循环泵接触器辅助触点；通过端口A1作为盘管温度输入端口，从温度传感器1接收温度数据，其中温度传感器例如铂热电阻可以通过温度变送器将温度信号转换成例如4-20mA的电信号；通过端口Q1-Q4作为蒸汽喷射电磁阀的控制端口。其中，本发明实施方式提供的闭式冷却塔防冻设备可以具有多个电磁阀，从而控制多条管路或喷嘴。管路可以以分级方式设置在多层盘管的每一层的下部。此外，电磁阀可以具有手动开启能力，以在系统失电或故障时能够手工开启。图6为本发明实施方式所述的闭式冷却塔防冻设备使用环境示意图。

本发明上述实施方式提供的设备可以用于闭式冷却塔的冬季防冻，例如，在盘管温度低于4℃并且循环泵停止工作时能够第一时间以短信形式通知相关人员，以便使相关人员第一时间获取异常信息，并且在发送短信同时自动打开诸如电磁阀的阀体，向冷却塔盘管喷射蒸汽，以达到防止盘管冻坏的目的。该方案中通过温度传感器、变送器实现将温度信号转换成4-20mA的标准模拟量信号，循环泵的启停信号可以转换为0/1的数字量信号后传送至处理器(如图4所示)。通过上位机进行软件编程设定报警条件、短信模板、发送目标(可设定多个)等内容后下载至处理器，在满足条件时向设定手机号码发送短信。

在示例的实施方式中，在盘管温度低于4℃且循环泵停止工作时不仅能够发送短信通知相关人员，并能够自动启动电动蝶阀，向盘管喷射饱和蒸汽，以防冻裂问题发生。为了节能环保，降低能源消耗，在盘管温度高于7℃时，停止喷射蒸汽。在断电情况下，可以手动启动蝶阀，进行蒸汽喷射。

以下对防冻所需蒸汽量进行示例性计算。例如，以每组冷却塔盘管内有4吨循环水计算如下：

4吨水从4℃加热到7℃所需热量：(7-4)*4000＝12000Kcal；

0.4MPa每公斤蒸汽的热焓为：656.3Kcal，则其放出的热量为656.3-7＝649.3(KCal)；

以蒸汽释放热量的50％被吸收计算，则需要蒸汽量为：12000/649.3/0.50≈36.96kg

根据饱和蒸汽流速为25m/s时，若用DN25的管道进行运输，蒸汽流量为115kg/h，则蒸汽喷射20min左右就能够使循环水由4℃升高至7℃。届时诸如电磁阀的阀体将可以自动关闭，待循环水温度再次降低至4℃以下时再次喷射蒸汽，如此循环，以达到保护换热器、防止冻裂的作用。

在优选的实施方式中，为达到更好的热量吸收率，可以用DN20钢管打喷射孔后将蒸汽由两侧盘管底部向上设置为多段喷射。并且，为防夏季喷淋水由喷射孔进入蒸汽管，可以将每根DN20管路底部打一个直径5mm的排水孔，进行排水。

本方案采用处理器采集并传输信号，可实时查看设备状态数据，并能够在异常发生第一时间以短信形式告知相关人员。本方案设定条件低于4℃开始喷射，高于7℃停止喷射，不仅达到了节能环保的目的，而且能够节约成本。

本方案能够在存在冻裂风险时自动喷射蒸汽，达到保护换热器的目的。本方案能够按照生产要求和环境情况自主设定短信报警和蒸汽喷射的条件，能够节约成本，而且节能环保。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述闭式冷却塔防冻设备包括信息发送装置和相耦合的温度传感器、处理器以及蒸汽喷射装置，所述蒸汽喷射装置包括喷口、管路以及阀体，所述管路以分级方式设置在所述闭式冷却塔的多层盘管的每一层盘管的下部，其中：

所述温度传感器，被配置成检测所述多层盘管的温度；

所述处理器，被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵未工作且所述多层盘管的温度小于或等于第一预设值时，触发所述阀体开启，以在所述阀体开启时使所述管路中的蒸汽从所述喷口喷出喷向所述盘管，并触发所述信息发送装置传送第一通告信息，在所述阀体成功开启时，所述第一通告信息通告所述盘管存在上冻风险且所述阀体已打开，在所述阀体未成功开启时，所述第一通告信息通告所述盘管存在上冻风险且所述阀体未打开。

2.根据权利要求1所述的闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述处理器还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵开始工作或所述盘管的温度大于或等于第二预设值时，触发蒸汽喷射装置停止向所述盘管喷射蒸汽。

3.根据权利要求1所述的闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述蒸汽喷射装置还包括蒸汽发生器，被配置成生成蒸汽并输出至所述管路。

4.根据权利要求1所述的闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述管路下部具有一个或多个排水孔。

5.根据权利要求2所述的闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述处理器还被配置成在所述闭式冷却塔的循环泵工作或所述盘管的温度大于或等于所述第二预设值时，触发所述信息发送装置传送第二通告信息。

6.根据权利要求1或5所述的闭式冷却塔防冻设备，其特征在于，所述闭式冷却塔防冻设备还包括不间断电源UPS，被配置成向以下中的至少一者供电：所述处理器、所述温度传感器、以及所述信息发送装置。

7.根据权利要求1或2所述的闭式冷却塔防冻设备，所述温度传感器为铂热电阻。

8.根据权利要求1或2所述的闭式冷却塔防冻设备，所述蒸汽为饱和蒸汽。

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