CN110398116A - 一种工艺设备冷却水循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工艺设备冷却循环技术领域，公开了一种工艺设备冷却水循环系统。该系统包括高位定压水箱以及循环管路装置，高位定压水箱的底部高于循环管路装置的最高点，且高位定压水箱内的最高液位高于循环管路装置最高点3‑5m；循环管路装置包括补水装置以及依次连通的回水总管、循环泵组、供水总管；回水总管的入水端与高位定压水箱的底部连通，供水总管与所述回水总管通过至少一组水冷管道组件连通；补水装置的出水端与回水总管连通；循环泵组与供水总管之间设置有过滤器组和换热器组，换热器组件的进水端连接冷冻水回水管，出水端连接冷冻水进水管。该系统能够防止出现溢流问题，保证循环泵组运行正常，系统安全性更高且更节能。

Description

一种工艺设备冷却水循环系统

技术领域

本发明涉及工艺设备冷却循环技术领域，特别涉及一种工艺设备冷却水循环系统。

背景技术

工艺设备冷却循环水广泛应用于电子、化工等领域。工艺生产过程中，某些工艺设备需要大量使用冷却水，而且，这些冷却水的温度、压力、流量和水质均受到控制，一旦这些控制指标不符合要求，将导致用水设备停机，甚至可能使整条生产线瘫痪，造成极大的损失。提供一种既能保证工艺设备冷却水的温度、压力、流量和水质，又能确保系统稳定、高效、节能运行的冷却水循环系统的解决方案就显得尤为必要。

目前的工艺设备冷却水循环系统中的水箱一般位于整个系统海拔较低的位置，水箱内的最低水位应高于水泵叶轮的最高点，且水箱水位以上部分开放以与大气相通。若系统电力突然中断或因其他原因导致系统宕机，运行中的给水泵会突然停止运转，水箱正常水面以上回水管中的水会全部进入水箱，水箱液位会迅速上升，若水箱正常水位以上的容积小于进入水箱的回水管的容积，水箱液位会上升至溢流液位，此时，出现水箱溢流，下次运行系统时需要补充相同溢流量的水量，不节水。溢流管的出水能力应大于系统的供水能力，否则水箱可能出现“冒顶”进而承压。

大量回水溢流至站房，一方面可能造成站房被淹的事故，需要配置排水能力不小于系统供水能力的排水管道或排水泵；另一方面，回水通过溢流管道排出后，将造成系统缺水。

系统回水在水箱入口处以柱状水冲击水箱液面，并夹带大量气体(当水箱无水封时夹带为空气，当水箱有氮气保护时夹带氮气)进入水中，导致水箱中的冷却水富含大量气体。卷入水中的气体会慢慢释放出来，当卷入水中的是空气时，空气中的CO₂等气体将溶入水中加剧水质恶化趋势。

溶入大量气体的水同时也会慢慢聚集在水泵吸水母管顶部，最终导致吸水母管内的流场变成类似于“明渠”一样(吸水母管顶部为气体，下部为水)，其结果是，吸水母管上连接的相同性能的各泵，吸水量并不相等，甚至有些水泵可能吸不到水，出现“泵抢水”现象。吸水母管顶部聚集的气体，有可能随水泵吸水口进入水泵叶轮并形成“气蚀”，并产生噪声、振动等，破坏叶轮使水泵性能下降。

可见，目前水箱设置于低于系统管路的方案至少存在以下缺陷：工艺设备冷却水出水的余压被释放，没有充分利用该余压，没有得到节能效果；管网系统排气能力差；当回水立管与水箱入口的高度超过一定数值时，回水管可能出现负压，非常容易导致负压水锤的产生。

发明内容

本发明公开了一种工艺设备冷却水循环系统，用于防止出现系统溢流问题，保证循环泵组的正常运转，在提高系统的安全性和稳定性的同时实现节能。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种工艺设备冷却水循环系统，包括：高位定压水箱以及循环管路装置，所述高位定压水箱的底部高于所述循环管路装置的最高点，且所述高位定压水箱内的最高液位高于所述循环管路装置最高点3-5m；

所述循环管路装置包括补水装置以及依次连通的回水总管、循环泵组、供水总管；

所述回水总管的入水端与所述高位定压水箱的底部连通，所述供水总管与所述回水总管通过至少一组水冷管道组件连通；

所述补水装置的出水端与所述回水总管连通；

所述循环泵组与所述供水总管之间设置有过滤器组和换热器组，所述换热器组件的进水端连接冷冻水回水管，所述换热器组件的出水端连接冷冻水进水管。

可选地，所述补水装置包括并联设置的正常补水管和应急补水管；

所述正常补水管的进水端与超纯水源连通，所述正常补水管的出水端与所述回水总管连通，且所述正常补水管上设置有补水阀；

所述应急补水管与应急水源连通，所述应急补水管的出水端与所述回水总管连通，且所述应急补水管上设置有应急补水阀。

可选地，所述高位定压水箱在最高液位之上设置有带水封的溢流管；

所述溢流管还与所述正常补水管的进水端连通，且所述水封的高度为300-500mm。

可选地，所述高位定压水箱的底部设置有排空阀和排水阀；

所述高位定压水箱还设置有液位开关、液位变送器以及就地显示液位计，所述液位变送器与所述补水阀信号连接。

可选地，所述回水总管与所述供水总管之间设置有泄压管和电导率测试管；

所述泄压管上设置有压力调节阀；

所述电导率测试管上设置有在线电导仪，所述在线电导仪与所述排水阀信号连接。

可选地，所述高位定压水箱的顶部设置有氮气保护装置，且所述氮气保护装置的压力为0.01～0.03MPa。

可选地，所述循环泵组包括一个加压循环泵或多个并联的加压循环泵；

各所述加压循环泵对应设置有变频器。

可选地，所述供水总管上设置有压力传感器，所述压力传感器与所述变频器信号连接。

可选地，所述过滤器组包括一个过滤器或多个并联设置的过滤器；

所述过滤器组的进水端与出水端之间设置有过滤器差压变送器；

各所述过滤器的进水口和出水口之间设置有过滤器差压计。

可选地，所述换热器组包括至少一个换热器或多个并联设置的换热器；

各所述换热器的出水端和/或进水端设置有冷冻水温度调节阀。

可选地，所述供水总管上还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述冷冻水温度调节阀信号连接。

可选地，所述换热器为板式换热器或卷式换热器。

可选地，所述水冷管道组件包括与所述回水总管连通的回水支管、与所述供水总管连通的供水支管以及设置于所述回水支管和所述供水支管之间的至少一个工艺装置水冷器。

可选地，所述回水支管上设置有第一压力指示器；所述供水支管上设置有第二压力指示器和流量变送器。

上述工艺设备冷却水循环系统，通过将高位定压水箱设置于循环管路装置的上方，且高位定压水箱内的最高液位高于循环管路装置的最高点3-5m，至少具有以下技术优势：

1、循环管路装置中各工艺设备的进出水口压差基本相同，极大改善了不同水平面、相同管径工艺设备的流路变化，为整个循环管路装置调试及水压、水量平衡提供了极大便利；

2、系统中的浮油等悬浮物很容易上浮至高位定压水箱液位的顶面借助补水装置的强制补水能够很方便地排出；

3、在循环管路装置中的循环泵组停止运行时，不会出现回水管路中的水进入高位定压水箱导致水箱溢流淹没站房的现象，整个循环管路装置安全性得到提高；

4、不存在回水落入高位定压水箱卷入空气的问题，也不存在回水连续接触空气的问题，提高了系统水质，并减少了气泡串入待运行的循环泵组的概率，有利于克服循环泵组循环产生气蚀，且整个系统的排气能力也得到加强；

5、可以充分利用工艺循环冷却水回水结构的余压，系统更节能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种工艺设备冷却水循环系统的结构示意图。

1-高位定压水箱；11-溢流管；12-排空阀；13-排水阀；14-液位开关；15-液位变送器；16-就地显示液位计；17-氮气保护装置；21-正常补水管；211-补水阀；22-应急补水管；221-应急补水阀；31-回水总管；32-供水总管；321-压力传感器；322-温度传感器；41-加压循环泵；42-变频器；51-过滤器；511-过滤器差压计；52-过滤器差压变送器；6-换热器；61-冷冻水温度调节阀；81-回水支管；811-第一压力指示器；82-供水支管；821-第二压力指示器；822-流量变送器；83-工艺装置水冷器；91-泄压管；911-压力调节阀；92-电导率测试管921-在线电导仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种工艺设备冷却水循环系统，包括：高位定压水箱1以及循环管路装置，位于整个系统的最高处的高位定压水箱1具备供水定压的作用，其底部高于循环管路装置的最高点，且高位定压水箱1内的最高液位高于循环管路装置最高点，且高位定压水箱1内的最高液位高于循环管路装置最高点3-5m。这样的高压定位水箱设置，使得循环管路装置中各工艺设备的进出水口压差基本相同，极大改善了不同水平面、相同管径工艺设备的流路变化，为整个循环管路装置调试及水压、水量平衡提供了极大便利。

并且，此处的高位定压水箱1的容积只需保证系统膨胀量和补水量即可，无需考虑现有系统水箱正常水面以上回水总管31中的水的容积，相较于现有技术中的水箱，本申请中的高位定压水箱1容积大大减少，仅为现有技术水箱的1/5～1/10。

其中，循环管路装置包括补水装置以及依次连通的回水总管31、循环泵组、供水总管32；回水总管31的入水端与高位定压水箱1的底部连通，供水总管32与回水总管31通过至少一组水冷管道组件连通；循环泵组与供水总管32之间设置有过滤器组和换热器组，且换热器组件的进水端连接冷冻水回水管，换热器组件的出水端连接冷冻水进水管。在整个循环工艺中，高位定压水箱1的水自回水总管31进入循环泵组，由循环泵组加压后到达过滤器组件进行过滤和换热器组件水冷换热后经供水总管32到达水冷管道组件，经过水冷管道组件后回到回水总管31；补水装置用于向整个系统补水。

在上述高位定压水箱1的设置方式前提下，若循环管路装置中的循环泵组停止运行，不会出现回水管路中的水进入高位定压水箱1导致水箱溢流淹没站房的现象，整个循环管路装置安全性得到提高；并且，不存在回水落入高位定压水箱1卷入空气的问题，也不存在回水连续接触空气的问题，提高了系统水质，并减少了气泡串入待运行的循环泵组的概率，有利于克服循环泵组循环产生气蚀，且整个系统的排气能力也得到加强；此外，还可以充分利用工艺循环冷却水回水结构的余压，系统更节能，在使用要求相同的条件下，采用本申请提供的工艺设备冷却水循环系统与现有系统相比，节约电耗约在20％左右。

需要说明的是，本申请中的过滤器组和换热器组的位置可以互换，即可以是循环泵组的出水端与过滤器组的进水端连通、过滤器组的出水端与换热器组的进水端连通、换热器组的出水端与供水总管32连通这样的连接方式，也可以是循环泵组的出水端与换热器组的进水端连通、换热器组的出水端与过滤器组的进水端连通、过滤器组的出水端与供水总管32连通这样的连接方式。

由于高位定压水箱1处于整个系统最高处，系统中的浮油等悬浮物很容易上浮至高位定压水箱1液位的顶面，通过补水装置向系统强制补水，使高位定压水箱1内的液位上升，有利于漂浮在水箱顶部的悬浮杂质排除。

具体地，高位定压水箱1在最高液位之上设置有带水封的溢流管11，如图1所示，溢流管11具有U型管道结构，其中U型管道内存滞有用于封阻空气的水以形成水封，防止空气进入高位定压水箱1，减少了空气中的氧气、二氧化碳、一氧化碳等气体与高位定压水箱1内的冷却水接触，避免这些气体溶入水中，使水质恶化，保证冷却水水质。优选地，水封高度控制在300～500mm。当高位定压水箱1内的液位升高，漂浮在液面顶部的悬浮杂质可以经溢流管11排出。

补水装置包括并联设置的正常补水管21和应急补水管22，正常补水管21的进水端与超纯水源连通，正常补水管21的出水端一方面与回水总管31连通用于为系统补水，正常补水管21的出水端另一方面还与溢流管11连通用于保持溢流管11内的水封高度；此外，正常补水管21上设置有补水阀211，方便正常补水作业。

应急补水管22的进水端与应急水源连通，出水端则与回水总管31连通，用于在非常态下为系统补水，相较于超纯水源，此处的应急水源只是普通水；相应地，应急补水管22上设置有应急补水阀221。

上述高位定压水箱1的底部设置有排空阀12方便高位定压水箱1的排空操作，且高位定压水箱1的底部还设置排水阀13用于将水箱内的水排至回用系统；并且，高位定压水箱1还设置有液位开关14、液位变送器15以及就地显示液位计16以实时检测水箱内水的液位变化。其中，液位变送器15与补水阀211信号连接，当系统需要补水，液位变送器15发出信号到补水阀211以启动正常补水管21向系统补水。此处的排水阀13可以是电动阀、电磁阀或气动阀。

需要说明的是，此处的补水阀211可以是电动阀、电磁阀或气动阀，当然，应急补水阀221也可以是电动阀、电磁阀或气动阀。

如图1所示，回水总管31与供水总管32之间设置有泄压管91和电导率测试管92；泄压管91上设置有压力调节阀911，电导率测试管92上设置有在线电导仪921，且在线电导仪921与排水阀13信号连接。

当系统由于各种原因超压时，设置在泄压管91上的压力调节阀911开启，达到泄压目的，当系统恢复正常时，该泄压阀关闭。

电导率测试管92上的在线电导仪921能够实时监控系统内冷却水的电导率，当系统运行一段时间后，系统内水的电导率会增加，当在线电导仪921检测到水的电导率到达排水阈值，向排水阀13发送信号开启排水阀13，系统开始排水，高位定压水箱1的液位将降低，液位变送器15检测到液位变化，当液位值显示需要补水，液位变送器15发出信号到补水阀211，正常补水管21向系统开始补水；直到在线电导仪921显示的检测到的系统水质合格，在线电导仪921向排水阀13发送信号关闭排水阀13，至高位定压水箱1内液位到达正常值，液位变送器15发出信号到补水阀211关闭补水阀211。这样的设置与现有技术相比，不但更安全，还简化了系统结构，同时避免了现有技术中多余结构异常所导致的系统溢流或缺水；此外，系统内各点均为正压，只要系统不缺水，循环泵组就不会吸入空气，避免了循环泵组件“气蚀”现象的产生，同时避免了回水总管31产生“负压水锤”的可能。

此外，高位定压水箱1的顶部设置有氮气保护装置17，且所述氮气保护装置17的压力控制在0.01～0.03MPa，避免高位定压水箱1承受过高的压力；同时确保带水封的溢流装置的水封不被破坏。

如图1所示，本申请中的循环泵组包括一个加压循环泵41或多个并联的加压循环泵41，各加压循环泵41对应设置有变频器42。

进一步地，在供水总管32上设置有与上述变频器42信号连接的压力传感器321，通过压力传感器321来控制加压循环泵41上设置的变频器42，进而实现系统恒压要求并使系统更加节能。此处，压力传感器321的数量可以为1-3只。

而本申请中的过滤器组包括一个过滤器51或多个并联设置的过滤器51；为了实现远程监控过滤器组滤芯的污堵状况，本申请中的过滤器组的进水端与出水端之间设置有过滤器差压计52；并且，在各过滤器51的进水口和出水口之间设置有过滤器差压计511，方便工作人员现场了解过了长期的污堵情况。

此外，本申请中换热器组包括至少一个换热器6或多个并联设置的换热器6，各换热器6的出水端和/或进水端设置有冷冻水温度调节阀61，用以根据需要调节冷冻水的温度。

进一步地，在供水总管32上还设置有于上述冷冻水温度调节阀61信号连接的温度传感器322，以根据温度传感器322检测到的温度值精确调节冷冻水的温度。此处，温度传感器322的数量可以为1-3只。

需要说明的是，此处的换热器6可以是板式换热器，也可以是卷式换热器。

如上文所述，在供水总管32和回水总管31之间设置有至少一组水冷管道组件，具体地，该水冷管道组件包括与回水总管31连通的回水支管81、与供水总管32连通的供水支管82以及设置于回水支管81和供水支管82之间的至少一个工艺装置水冷器83。

如图1所示，在一组水冷管道组件中，供水支管82和回水支管81之间设置有多台并列的工艺装置水冷器83，供水总管32内的冷却水经供水支管82进入工艺装置水冷器83冷热交换后经回水支管81进入回水总管31。

需要说明的是，此处的工艺装置水冷器83可以在同一高度的平面，也可以在不同高度的平面。

优选地，在回水支管81上设置有第一压力指示器811，实时监控工艺装置水冷器83出水侧的压力；在供水支管82上设置有第二压力指示器821和流量变送器822，用于实时监控工艺装置的供水量和供水压力，确保整个系统水量、水压平衡。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，包括：高位定压水箱以及循环管路装置，所述高位定压水箱的底部高于所述循环管路装置的最高点，且所述高位定压水箱内的最高液位高于所述循环管路装置最高点3-5m；

所述循环管路装置包括补水装置以及依次连通的回水总管、循环泵组、供水总管；

所述回水总管的入水端与所述高位定压水箱的底部连通，所述供水总管与所述回水总管通过至少一组水冷管道组件连通；

所述补水装置的出水端与所述回水总管连通；

所述循环泵组与所述供水总管之间设置有过滤器组和换热器组，所述换热器组件的进水端连接冷冻水回水管，所述换热器组件的出水端连接冷冻水进水管。

2.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述补水装置包括并联设置的正常补水管和应急补水管；

所述正常补水管的进水端与超纯水源连通，所述正常补水管的出水端与所述回水总管连通，且所述正常补水管上设置有补水阀；

所述应急补水管与应急水源连通，所述应急补水管的出水端与所述回水总管连通，且所述应急补水管上设置有应急补水阀。

3.根据权利要求2所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述高位定压水箱在最高液位之上设置有带水封的溢流管；

所述溢流管还与所述正常补水管的进水端连通，且所述水封的高度为300-500mm。

4.根据权利要求3所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述高位定压水箱的底部设置有排空阀和排水阀；

所述高位定压水箱还设置有液位开关、液位变送器以及就地显示液位计，所述液位变送器与所述补水阀信号连接。

5.根据权利要求4所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述回水总管与所述供水总管之间设置有泄压管和电导率测试管；

所述泄压管上设置有压力调节阀；

所述电导率测试管上设置有在线电导仪，所述在线电导仪与所述排水阀信号连接。

6.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述高位定压水箱的顶部设置有氮气保护装置，且所述氮气保护装置的压力为0.01～0.03MPa。

7.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述循环泵组包括一个加压循环泵或多个并联的加压循环泵；

各所述加压循环泵对应设置有变频器。

8.根据权利要求7所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述供水总管上设置有压力传感器，所述压力传感器与所述变频器信号连接。

9.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述过滤器组包括一个过滤器或多个并联设置的过滤器；

所述过滤器组的进水端与出水端之间设置有过滤器差压变送器；

各所述过滤器的进水口和出水口之间设置有过滤器差压计。

10.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述换热器组包括至少一个换热器或多个并联设置的换热器；

各所述换热器的出水端和/或进水端设置有冷冻水温度调节阀。

11.根据权利要求10所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述供水总管上还设置有温度传感器，所述温度传感器与所述冷冻水温度调节阀信号连接。

12.根据权利要求10所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述换热器为板式换热器或卷式换热器。

13.根据权利要求1所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述水冷管道组件包括与所述回水总管连通的回水支管、与所述供水总管连通的供水支管以及设置于所述回水支管和所述供水支管之间的至少一个工艺装置水冷器。

14.根据权利要求13所述的工艺设备冷却水循环系统，其特征在于，所述回水支管上设置有第一压力指示器；所述供水支管上设置有第二压力指示器和流量变送器。