CN204006906U - 节能防垢型化工工艺闭式冷却循环*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种闭式冷却循环***，具体涉及一种节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，包括冷却塔和冷却水泵，分别为两者设置变频器，换热盘管内壁采用螺纹结构，换热盘管、冷却水池、冷却水泵、膨胀阀和机组换热器通过管道顺次连接，换热器出通过回水管道与换热盘管相通，冷却水管道上设置冷却水过滤装置，对应冷却水泵设置水泵流量计，各管道分别内嵌永磁片，冷却水管道上分别设置冷却水温度、压力传感器，回水管道上分别设置回水温度、压力传感器，外界空气温度传感器固定在冷却塔附近，各传感器和变频器分别与控制器相连。本实用新型根据待冷却机组负荷动态调节***的运行状态，降低能耗，并设置防垢组件防止走水管道产生水垢。

Description

节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***

技术领域

本实用新型涉及一种化工工艺循环冷却***，具体涉及一种节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***。

背景技术

在化工企业中，工艺冷却水循环***是一项常见且很重要的生产配套***，其具有***复杂、用户多、水量大等特点。化工企业使用冷却水的设备90％为卧式换热器，相应的循环冷却水***的能耗也非常高，其用水量约占企业总用水量的85％～92％，用电负荷约占企业总用电量的20％～30％，故对化工企业中循环水***进行节能优化，其效果对企业的节能影响甚大。

目前，工艺冷却水循环***基本使用手动操作，而工艺要求相对严格，很多企业为了不影响工艺生产，在运行冷却水***时，按照最不利工艺需求运行，势必导致能耗的浪费以及工艺参数的保守运行，例如无论冬夏季保持冷却塔、冷却水泵全开，导致很多时候冷却水流量和温度不匹配而导致***运行不经济。

实用新型内容

为解决上述技术问题中的不足，本实用新型的目的在于：提供节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，能够根据外界环境及工艺需求动态调节冷却塔风机和冷却水泵的运行状态，保证冷却效果的同时降低能耗，并设置防垢组件防止走水管道产生水垢。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，包括冷却塔、冷却水泵、膨胀阀、换热器、控制器、变频器、温度传感器、压力传感器和水泵流量计，冷却水泵设有水泵变频器，冷却塔设有风机和换热盘管，对应风机设置风机变频器，冷却塔塔体上方设置百叶窗，换热盘管内壁采用螺纹结构，螺纹间距为4-5.5mm，螺纹深度为0.3-0.45mm，换热盘管出水口通过供水管道I与冷却水池相通，冷却水池通过供水管道II与冷却水泵入口相通，冷却水泵出水口、膨胀阀、换热器入水口顺次通过冷却水管道相通，换热器出水口通过回水管道与换热盘管入水口相通，冷却水管道上设置冷却水过滤装置，冷却水泵出水口设置水泵流量计，换热盘管、供水管道I、供水管道II、冷却水管道和回水管道分别内嵌永磁片，冷却水管道上设置冷却水温度传感器和冷却水压力传感器，回水管道上设置回水温度传感器和回水压力传感器，外界空气温度传感器固定在冷却塔外部的空气中，水泵流量计、冷却水温度传感器、冷却水压力传感器、回水温度传感器、回水压力传感器和外界空气温度传感器与控制器输入端相连，风机变频器和水泵变频器与控制器输出端相连。

本实用新型对化工工艺中产生的热量实现节能防型冷却的工作原理为：

冷却水首先通过冷却塔换热盘管出水口进入供水管道I，然后通过供水管道I进入冷却水池，冷却水泵入水口通过供水管道II抽取冷却水池内的冷却水，水泵流量计测量冷却水泵出水口的流量，与此同时，冷却水温度传感器测量冷却水管道水流温度，冷却水压力传感器测量冷却水管道供水压力，冷却水通过冷却水管道进入膨胀阀，膨胀阀使冷却水管道中的冷却水通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后湿蒸汽在换热器中吸收热量，强化制冷效果，为防止冷却水受热后产生水垢覆着在各管道内壁，在膨胀阀与冷却水泵出水口之间设置冷却水过滤装置，过滤掉冷却水中的杂质。另外，在供水管道I、II、冷却水管道、回水管道和换热盘管中内嵌永磁片，利用永磁片的磁性将水软化，防止管道内壁有水垢覆着；考虑到换热盘管极好的导热性能，在换热盘管内壁设置螺纹结构，因为热胀冷缩的作用，通过换热器进入换热盘管的高温水会使换热盘管快速膨胀，在冷却塔风机和喷淋管道的作用下，换热盘管又快速降温，发生收缩，螺纹结构收缩时即使管道上有少许水垢也会发生破裂掉落，并通过冷却水过滤装置暂时收集，然后定期清理，同理，换热器换热管道内壁也可以设置为螺旋式结构，由此彻底杜绝各管道内水垢的产生。

为实现***的动态调节，分别对冷却水泵和冷却塔风机设置变频器，通过变频器实现冷却水泵水流量和冷却塔风机转速的调节，冷却塔上方设置的百叶窗可以增加冷却塔内部与外接空气的交换速度，相对于没有百叶窗的冷却塔可以明显降低风机能耗，使用时，冷却水温度传感器测量冷却水管道水流温度，冷却水压力传感器测量冷却水管道供水压力，回水温度传感器测量回水管道水流温度，回水压力传感器测量回水管道回水压力，外界空气温度传感器测量冷却塔周边空气温度，水泵流量计通过冷却水泵运行电信号及冷却水泵固有性能曲线，输出冷却水泵实时流量和实时效率，上述数据分别传输至控制器，控制器优选PLC，根据冷却水和回水温度差以及水泵流量计算换热器换热量，然后通过PID调节冷却水泵变频器频率，进而改变冷却水泵流量，在调节过程中，保持冷却水泵实时效率处于最高值，同时维持冷却水管道内的冷却水压力能够满足换热需要即可，间接降低换热器内换热压力值，提高换热器使用寿命，并减少管路阻力损失，降低冷却水泵的能耗消耗，另外，冷却水泵出水口与换热器入水口之间设置膨胀阀，膨胀阀使冷却水管道中的冷却水通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后湿蒸汽在换热器中吸收热量，强化制冷效果。

***运行过程中，外界空气温度传感器检测外界空气温度，控制器根据外界空气温度，调节供水管道I上的供水温度，即换热盘管出水口水温，此温度值可以通过PID调节冷却塔风机变频器实现。

需要说明的是，控制器动态调节冷却塔风机变频器和冷却水泵变频器的过程中应用的PID控制方法属于本领域技术人员公知常识，在各大动态调节的***中已有应用，本实用新型应用过程中，并没有对其控制进行改进，因此，技术方案涉及的计算机程序属于现有技术，上述方案中所应用的各种传感器及水泵流量计与控制器之间的连线也属于本领域技术人员公知常识，例如RS-485通信电路等，在此不再赘述。

其中，优选方案为：

所述冷却塔设有2个，供水管道I分别通过供水支路与各个冷却塔换热盘管相通，冷却塔底部设有水槽，喷淋水泵入水口与水槽相通，喷淋水泵出水口通过管道与冷却塔顶部喷淋管道相通，换热盘管内的高温水一方面通过喷淋管道的喷淋水降温，另一方面通过风机将冷却塔内热量排至外界空气中，所述冷却水泵设有1-6个，控制器在动态调节过程中，根据冷却水管道和回水管道温差及冷却水泵流量调节冷却水泵需要开启的台数，节约冷却水泵运行的能耗；所述冷却水过滤装置将冷却水管道分隔为两段，冷却水过滤装置分别通过法兰与两段冷却水管道相接，冷却水过滤装置包括滤管和滤芯，滤芯设置在滤管内部，滤芯采用聚丙烯制成，设为圆柱形，两底面之间设有通孔，滤芯上设置通孔可以使冷却水快速流过冷却水过滤装置，滤管通过法兰与冷却水管道相连，一方面密封效果好，冷却水循环过程中不会发生漏液，另一方面，便于拆卸，可以定期清理更换滤芯；外界空气温度传感器固定在塑料网罩内部，塑料网罩一方面允许外界空气温度传感器测量外接空气的温度，另一方面对外界空气温度传感器起到保护作用，延长其使用寿命。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)在各个管道内设置永磁片，利用永磁片磁性软化水质，防止各管道内壁产生水垢；

(2)将冷却塔换热盘管内壁设置为螺旋式结构，利用铜管热胀冷缩的性能进一步防止换热盘管内壁水垢覆着；

(3)在冷却塔上方设置百叶窗，增加冷却塔内部与外接空气之间的热交换速度，降低风机能耗；

(4)在冷却水管道上通过法兰设置冷却水过滤装置，密封良好，拆卸方便，便于定期清理；

(5)通过控制器对冷却塔风机变频器和冷却水泵变频器进行实时调节，节省冷却水泵和冷却塔风机的电耗；

(6)控制冷却水管道供水压力值，使其保持能够满足冷却需要即可，间接降低换热器内换热压力值，提高换热器使用寿命，并减少管路阻力损失，降低冷却水泵的能耗消耗；

(7)采集外界空气温度值，依照该温度值调节冷却塔换热盘管出水口水流温度，控制精度高，提高工艺运行可靠性及稳定性；

(8)综合年节电率可达30～40％。

附图说明

图1本实用新型结构简图。

图中：1、风机变频器；2、风机；3、换热盘管；4、回水管道；5、供水管道I；6、电动百叶窗；7、回水压力传感器；8、回水温度传感器；9、控制器；10、换热器；11、膨胀阀；12、冷却水过滤装置；13、冷却水管道；14、冷却水温度传感器；15、冷却水压力传感器；16、水泵变频器；17、冷却水泵；18、水泵流量计；19、供水管道II；20、冷却水池；21、外界温度传感器；22、喷淋管道；23、冷却塔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例做进一步描述：

如图1所示，本实用新型所述节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，包括冷却塔23、冷却水泵17、膨胀阀11、换热器10、控制器9、变频器、温度传感器、压力传感器和水泵流量计18，冷却水泵17设有水泵变频器16，冷却塔23设有风机2和换热盘管3，对应风机2设置风机变频器1，冷却塔23塔体上方设置百叶窗6，换热盘管3内壁采用螺纹结构，螺纹间距为4-5.5mm，螺纹深度为0.3-0.45mm，换热盘管3出水口通过供水管道I5与冷却水池20相通，冷却水池20通过供水管道II19与冷却水泵17入口相通，冷却水泵17出水口、膨胀阀11、换热器10入水口顺次通过冷却水管道13相通，换热器10出水口通过回水管道4与换热盘管3入水口相通，冷却水管道13上设置冷却水过滤装置12，冷却水泵17出水口设置水泵流量计，换热盘管3、供水管道I5、供水管道II19、冷却水管道13和回水管道4分别内嵌永磁片，冷却水管道13上设置冷却水温度传感器14和冷却水压力传感器15，回水管道4上设置回水温度传感器8和回水压力传感器7，外界空气温度传感器21固定在冷却塔23外部的空气中，水泵流量计18、冷却水温度传感器14、冷却水压力传感器15、回水温度传感器8、回水压力传感器7和外界空气温度传感器21与控制器9输入端相连，风机变频器1和水泵变频器16与控制器9输出端相连。

其中，冷却塔23设有2个，供水管道I5分别通过供水支路与各个冷却塔换热盘管3相通，冷却塔23底部设有水槽，喷淋水泵入水口与水槽相通，喷淋水泵出水口通过管道与冷却塔23顶部喷淋管道22相通，换热盘管3内的高温水一方面通过喷淋管道22的喷淋水降温，另一方面通过风机2将冷却塔23内热量排至外界空气中，所述冷却水泵17设有1-6个，控制器9在动态调节过程中，根据冷却水管道13和回水管道4温差及冷却水泵17流量调节冷却水泵17需要开启的台数，节约冷却水泵17运行的能耗；所述冷却水过滤装置将冷却水管道13分隔为两段，冷却水过滤装置12分别通过法兰与两段冷却水管道13相接，冷却水过滤装置12包括滤管和滤芯，滤芯设置在滤管内部，滤芯采用聚丙烯制成，设为圆柱形，两底面之间设有通孔，滤芯上设置通孔可以使冷却水快速流过冷却水过滤装置，滤管通过法兰与冷却水管道相连，一方面密封效果好，冷却水循环过程中不会发生漏液，另一方面，便于拆卸，可以定期清理更换滤芯；外界空气温度传感器固定在塑料网罩内部，塑料网罩一方面允许外界空气温度传感器测量外接空气的温度，另一方面对外界空气温度传感器起到保护作用，延长其使用寿命。

本实用新型对化工工艺中产生的热量实现节能防型冷却的工作原理为：

冷却水首先通过冷却塔23换热盘管3出水口进入供水管道I5，然后通过供水管道I5进入冷却水池20，冷却水泵17入水口通过供水管道II19抽取冷却水池20内的冷却水，水泵流量计18测量冷却水泵17出水口的流量，与此同时，冷却水温度传感器14测量冷却水管道13水流温度，冷却水压力传感器15测量冷却水管13供水压力，冷却水通过冷却水管道13进入膨胀阀11，膨胀阀11使冷却水管道中的冷却水通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后湿蒸汽在换热器10中吸收热量，强化制冷效果，为防止冷却水受热后产生水垢覆着在各管道内壁，在膨胀阀11与冷却水泵17出水口之间设置冷却水过滤装置12，过滤掉冷却水中的杂质。另外，在供水管道I、II、冷却水管道13、回水管道4和换热盘管3中内嵌永磁片，利用永磁片的磁性将水软化，防止管道内壁有水垢覆着；考虑到换热盘管3极好的导热性能，在换热盘管3内壁设置螺纹结构，因为热胀冷缩的作用，通过换热器10进入换热盘管3的高温水会使换热盘管3快速膨胀，在冷却塔23风机2和喷淋管道22的作用下，换热盘管3又快速降温，发生收缩，螺纹结构收缩时即使管道上有少许水垢也会发生破裂掉落，并通过冷却水过滤装置暂时收集，然后定期清理，同理，换热器10换热管道内壁也可以设置为螺旋式结构，由此彻底杜绝各管道内水垢的产生。

为实现***的动态调节，分别对冷却水泵17和冷却塔23风机2设置变频器，通过变频器实现冷却水泵水流量和冷却塔风机转速的调节，冷却塔上方设置的百叶窗可以增加冷却塔内部与外接空气的交换速度，相对于没有百叶窗的冷却塔可以明显降低风机能耗，使用时，冷却水温度传感器14测量冷却水管道13水流温度，冷却水压力传感器15测量冷却水管道13供水压力，回水温度传感器8测量回水管道4水流温度，回水压力传感器7测量回水管道8回水压力，外界空气温度传感器21测量冷却塔23周边空气温度，水泵流量计18通过冷却水泵17运行电信号及冷却水泵17固有性能曲线，输出冷却水泵17实时流量和实时效率，上述数据分别传输至控制器9，控制器9优选PLC，根据冷却水和回水温度差以及水泵流量计算换热器10换热量，然后通过PID调节水泵变频器16频率，进而改变冷却水泵17流量，在调节过程中，保持冷却水泵17实时效率处于最高值，同时维持冷却水管道13内的冷却水压力能够满足换热需要即可，间接降低换热器10内换热压力值，提高换热器10使用寿命，并减少管路阻力损失，降低冷却水泵17的能耗消耗，另外，冷却水泵17出水口与换热器入水口10之间设置膨胀阀11，膨胀阀11使冷却水管道中13的冷却水通过其节流成为低温低压的湿蒸汽，然后湿蒸汽在换热器10中吸收热量，强化制冷效果。

***运行过程中，外界空气温度传感器21检测外界空气温度，控制器9根据外界空气温度，调节供水管道I5上的供水温度，即换热盘管3出水口水温，此温度值可以通过PID调节冷却塔23风机变频器1实现。

经验证，使用本实用新型后，相较于之前手动调节的闭式循环冷却***，综合年节电率可达30～40％。

需要说明的是，控制器9动态调节冷却塔风机变频器1和冷却水泵变频器16的过程中所应用的PID控制方法属于本领域技术人员公知常识，在各大动态调节的***中已有应用，本实用新型应用过程中，并没有对其控制方法进行改进，因此，技术方案涉及的计算机程序属于现有技术，上述方案中所应用的各种传感器及水泵流量计与控制器之间的连线也属于本领域技术人员公知常识，例如RS-485通信电路等，在此不再赘述。

Claims (6)

1.一种节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，包括冷却塔(23)、冷却水泵(17)、膨胀阀(11)、换热器(10)、控制器(9)、变频器、温度传感器、压力传感器和水泵流量计(18)，冷却水泵(17)设有水泵变频器(16)，冷却塔(23)设有风机(2)和换热盘管(3)，对应风机(2)设置风机变频器(1)，冷却塔(23)塔体上方设置百叶窗(6)，换热盘管(3)内壁采用螺纹结构，螺纹间距为4-5.5mm，螺纹深度为0.3-0.45mm，换热盘管(3)出水口通过供水管道I(5)与冷却水池(20)相通，冷却水池(20)通过供水管道II(19)与冷却水泵(17)入口相通，冷却水泵(17)出水口、膨胀阀(11)、换热器(10)入水口顺次通过冷却水管道(13)相通，换热器(10)出水口通过回水管道(4)与换热盘管(3)入水口相通，冷却水管道(13)上设置冷却水过滤装置(12)，冷却水泵(17)出水口设置水泵流量计(18)，换热盘管(3)、供水管道I(5)、供水管道II(19)、冷却水管道(13)和回水管道(4)分别内嵌永磁片，冷却水管道(13)上设置冷却水温度传感器(14)和冷却水压力传感器(15)，回水管道(4)上设置回水温度传感器(8)和回水压力传感器(7)，外界空气温度传感器(21)固定在冷却塔(23)外部的空气中，水泵流量计(18)、冷却水温度传感器(14)、冷却水压力传感器(15)、回水温度传感器(8)、回水压力传感器(7)和外界空气温度传感器(21)与控制器(9)输入端相连，风机变频器(1)和水泵变频器(16)与控制器(9)输出端相连。

2.根据权利要求1所述的节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，所述冷却塔(23)设有2个，供水管道I(5)分别通过供水支路与各个冷却塔(23)的换热盘管(3)相通。

3.根据权利要求1所述的节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，所述冷却水泵(17)设有1-6个。

4.根据权利要求1、2或3所述的节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，所述冷却水过滤装置(12)将冷却水管道(13)分隔为两段，冷却水过滤装置(12)分别通过法兰与两段冷却水管道(13)相接，冷却水过滤装置(12)包括滤管和滤芯，滤芯设置在滤管内部。

5.根据权利要求4所述的节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，所述滤芯采用聚丙烯制成，设为圆柱形，两底面之间设有通孔。

6.根据权利要求1所述的节能防垢型化工工艺闭式冷却循环***，其特征在于，所述外界空气温度传感器(21)固定在塑料网罩内部。