循环冷却水在汽车工厂的应用

关健词 循环冷却水 冷却塔 开式塔 闭式塔 软化水 加药处理

中图分类号：TF713.2 文献标识码： A

1概述

在工业高度发展的今天，节能减排是衡量一个工程优劣的重要指标。很多工厂在生产加工过程中，设备会产生大量热。为保护设备，需要及时把这些热量带走。热量不多时，设备可采用风冷。热量较多时，设备一般采用水冷却。为了节约水资源，冷却水一般经处理后循环使用。

汽车工厂中，一般需要用到循环冷却水的设备有焊接车间的焊机、冲压车间的压床、空调系统的制冷机、空压机、注塑机、发动机试验设备等。冷却水在系统内长期循环使用，水质逐渐下降，会结垢、生长藻类，会堵塞或腐蚀管道及设备。本文重点阐述从提高水质方面如何选择冷却塔、管材、水处理措施等，以保护管道及工艺设备。

2 系统组成及工艺流程

循环冷却水系统一般由冷却塔、循环水泵、循环水池（箱）、管网、水处理器（含过滤器、软水器等）。根据回水方式不同，一般分为重力回水和压力回水两种。回水方式是由工艺设备的特性决定的，不由我们在设计循环冷却水系统过程中决定。工艺流程大体如下：

图中，不同项目会随水处理措施（是否采用软化水补水，水处理器采用全过滤或旁虑）不同有略微变化。重力回水的系统，因回水采用重力流埋地敷设的管道，且需单独建设热水池，增加了土建投资，现已很少采用。

3 冷却塔选择

冷却塔是循环冷却水系统中最核心的部件。其基本原理主要有两点。一是水通过冷却塔内部的填料如下雨般流出，增大了水与大气的接触面积；二是水珠在下落过程中加大了液面空气流动速度（通常有风机抽风）。通过简单的物理作用把水晾凉。

冷却塔根据与大气接触形式分为开式冷却塔和闭式冷却塔。开式塔中，水与大气直接接触、换热。闭式塔中，冷却水或冷却液在密闭的管道中流动，被称为一次侧，通过盘管（原理等同于换热器）与二次侧循环水换热降温；二次侧循环水与开式塔的原理相同，与大气接触。

一般而言，开式塔系统的水质较差。循环水不断蒸发并补充新鲜水，盐分逐渐累积，增加了结垢的可能。因为直接与大气接触，开式塔的循环水更易滋生藻类和带入杂质。例如，在种植较多杨树、柳树的地区，春天到处飘散的柳絮（杨絮）很容易进入循环水系统。这些柳絮很难被一般的机械过滤器去除，对某些精细的工艺设备危害很大，如堵塞焊机的循环水末端毛细管。闭式塔系统中，与工艺设备接触的为一次侧循环水，在密闭管道中流动，水质好。但闭式塔造价较高，通常是同等处理能力开式塔的5倍以上。且闭式塔因为增加了一级换热，降温效率比开式塔低。因此闭式塔并不常用，多用于对水质要求较高的工艺设备，如发动机试验设备、焊机等。另外闭式塔在应用过程中应注意防冻，北方地区慎用。闭式塔二次侧循环水可通过在集水盘设电加热的措施防冻；一次侧循环水，在冷却塔盘管内很难放空，停产歇班时静态的水在冬季很容易冻坏盘管。实际应用中，可在一次侧添加防冻液。但对于管网庞大的焊装车间循环水系统而言，添加防冻液不太现实，若采用闭式系统，可通过开式冷却塔配合换热器的方式实现。

4 循环冷却水系统的缓蚀、防垢

冷却水长期在系统管道中循环，盐分累积、硬度升高，不断析出结晶而形成水垢。时间长了一来会堵塞工艺设备，二来管径不断缩小，增加了系统能耗，降低了系统流量。另外，开式系统的循环水因充分接触大气而充氧，对金属管道腐蚀性很大。常用的处理措施有补水采用软化水或往系统中加药，其他的还有各种电子水处理仪。

软化水方案是采用全自动软水器，将补充水中的钙、镁等硬度一次性去除，从而去除了结垢的源头。但采用软化水仅能防垢，不能防腐蚀，且比一般的自来水对金属管道腐蚀性更大。因此采用软化水的循环水系统，管道应采用塑料管或钢塑复合管，增加了管网投资。全自动软水器主要由树脂罐及盐罐组成，需定期维护、树脂再生，运行费用略高。

采用加药的方案是向循环冷却水系统内投加阻垢剂、缓蚀剂、除藻剂等药品(一般投在循环水池内或水泵吸水管，系统补水采用自来水即可）。钙、镁等硬度虽然没有去处，但在阻垢剂的作用下，不析出结晶，不产生结垢。缓蚀剂可以在金属管道内壁形成一层致密的膜结构，防止水对金属管道腐蚀。尤其是其防腐性能，降低了系统管网造价，仅采用焊接钢管或镀锌钢管即可。实际应用时可设自动溶药、投药设备，循环水池中设电导率仪监视水质；简单的话甚至可以定期向循环水池内直接投加药剂。焊机、空压机、制冷机、压床、发动机试验设备等均可采用此方式处理循环水。此种投药处理措施源自锅炉水处理，既能防垢又能防腐蚀，处理成本低廉，维护操作简单，设备及管网初期投资低，运行稳定可靠，近年来被广泛应用于各类新建、改造项目。如一汽解放、一汽轿车、一汽大连道依茨发动机等工厂已成熟运用加药法多年。

值得一提的是，一汽大柴某老厂的循环冷却水系统，管网采用焊接钢管，运行多年后，管道内壁腐蚀严重，且积累了很厚的结垢层，系统循环流量严重下降，无法满足生产要求。若全系统更换管道，是一个很大的工程，造价高，停产时间长，这是生产不能允许的。后来，工厂采用了加药方案处理。先将系统管道进行酸洗，清除了所有水垢及铁锈，再加入缓蚀剂、阻垢剂。结果系统管道焕然一新，又连续运行了多年。这样既节省了改造费用，又保证了连续生产。

采用各种水处理仪是近年来新兴的水处理措施。这些水处理仪多采用广谱感应或电磁感应，改变各种离子在水中的排布形式，使其不结晶，从而防垢。一种电子水处理仪为罐式结构，具备缓蚀、防垢、除藻、过滤等功能，其实也是自动反冲洗过滤器的升级。一种为线圈结构的水处理仪，导电的线圈像弹簧一样一圈一圈缠在管道外壁，对管道内水进行感应。目前还有一种磁能感应的能量环水处理仪，甚至无需通电，直接套在管道外。后两种因直接安装在管道上，大大节省了设备占地，但价格偏高。

感应式的水处理仪有一个共同缺点，就是被处理过的水随输送距离增加、时间增长，防垢的效果会逐渐下降。因此，此类水处理仪用在管网简单、距离短的系统较为合适，如空压站、制冷站的循环水系统。像焊装车间的循环水系统，管网很复杂，管道很长，处理效果就不够理想了。

5 循环冷却水系统的过滤

关于水质的另一大处理措施就是过滤，这里主要是针对开式系统。因与大气接触，开式系统常被带入各种杂质，如树枝、树叶、沙尘、柳絮等，甚至是成块的垃圾。这些杂质会堵塞管道、设备及阀门，对系统危害很大，需要过滤去除。

过滤一般分为全滤和旁滤两种。顾名思义，全滤就是系统的全部循环流量都经过滤器处理，旁滤是指只有部分流量被过滤。循环流量很大时，又想采用精密的小流量过滤器，可采用旁滤。

可用的过滤器有自动反冲洗过滤器、石英砂过滤器、纤维束/球过滤器。

自动反冲洗过滤器有碟片式、筛网式等，可通过进出水的压力差自动感知截污量并反洗。此类过滤器处理能力范围宽，单台每小时处理水量从几十吨至几千吨都有，对于汽车工厂各种工艺设备所需的循环水系统都能实现全滤。以色列进口的过滤器相对效果较好。缺点是反冲洗水量大，且处理效果一般（尤其是柳絮等细微杂质不能去除），对水质要求高的系统（如焊机、发动机实验设备）慎用。

石英砂过滤器过滤效果好，但处理水量很低，体积非常庞大，汽车工厂通常只用在中水回用上，在循环冷却水系统中应用很少。

纤维束/球过滤器的过滤效果也非常不错，单台处理能力通常在100m3/h内，体积相比石英砂过滤器小的多。通常用于水质要求高的系统，如用在焊机、发动机试验的循环水系统效果较好。当系统流量不大时，可采用一台或几台过滤器实现全滤。当系统流量超过1000m3/h时，可采用旁滤。

6 总结

循环冷却水虽为给排水专业大学基本课程内容，但在工厂实际应用中还应注意很多细节问题，尤其是水质处理。不同的项目要结合工艺性质、当地气候、地理条件、工程投资预算、工厂管理维护习惯等多方面因素确定水质处理措施，为用户提供最优质的方案。