摘"要：隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)發(fā)展規(guī)模日益擴大，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中所扮演的角色也越來越重要。在絕大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)活動中，都需要冷卻循環(huán)水來保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。而在現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)活動中，普遍存在因冷卻循環(huán)水系統(tǒng)選用不合適而導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本過高、耗能過大等問題，直接影響了企業(yè)的生產(chǎn)效益。針對該問題，本文對工業(yè)常用的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)類型進行歸納總結(jié)，將不同種類系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行介紹，并從使用需求、經(jīng)濟性、環(huán)保性三方面介紹了選用不同系統(tǒng)的考慮因素，希望能為工廠設(shè)計時選用合適的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)提供參考依據(jù)，提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：冷卻循環(huán)水系統(tǒng)；敞開式；密閉式；混合式

中圖分類號：TE45""文獻標(biāo)識碼：A

Types"and"Characteristics"of"Cooling"Circulating"Water"Systems

Commonly"Used"in"Industry

Su"Dingbang"Xie"Ying"He"Meiyue

Research"Institute"of"Physical"and"Chemical"Engineering"of"Nuclear"Industry"Tianjin"300180

Abstract：With"the"rapid"development"of"China's"economy"and"the"increasing"scale"of"industrial"development，the"role"of"cooling"and"circulating"water"systems"in"industrial"production"becomes"more"and"more"important.In"most"industrial"production"activities，cooling"circulating"water"is"needed"to"ensure"the"normal"operation"of"production"equipment.In"existing"industrial"production"activities，there"are"common"problems"such"as"high"production"costs"and"excessive"energy"consumption"caused"by"inappropriate"selection"of"cooling"and"circulating"water"systems，which"directly"affect"the"production"efficiency"of"enterprises.In"response"to"this"issue，this"article"summarizes"the"commonly"used"types"of"cooling"and"circulating"water"systems"in"industry，introduces"the"advantages"and"disadvantages"of"different"types"of"systems，and"introduces"the"considerations"for"selecting"different"systems"from"three"aspects：usage"requirements，economy，and"environmental"protection.It"is"hoped"that"this"can"provide"a"reference"basis"for"selecting"appropriate"cooling"and"circulating"water"systems"in"factory"design，to"improve"the"production"efficiency"of"enterprises.

Keywords：Cooling"circulating"water"system；Open"type；Closed"type；Hybrid

近幾年，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)化程度越來越高，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用日益廣泛。在大多數(shù)工業(yè)化生產(chǎn)中，都需要冷卻循環(huán)水對工藝設(shè)備進行冷卻，維持設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，保證連續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)活動。因此，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)幾乎是絕大部分工業(yè)企業(yè)維持正常生產(chǎn)活動所必需的。而針對目前的工業(yè)企業(yè)來說，大部分的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)都存在效率不高、整體能耗較大等問題，導(dǎo)致企業(yè)的成本也在不斷提高，直接影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益［1］。因此，為保證工業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定高效運行，提高企業(yè)生產(chǎn)效益，根據(jù)不同類型冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的特點，選擇合適的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)顯得至關(guān)重要。下面本文將對工業(yè)常用的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)類型進行介紹，并對不同系統(tǒng)的特點進行歸納總結(jié)，希望能為相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)選擇適合自己的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)提供幫助。

1"工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)類型

冷卻循環(huán)水系統(tǒng)一般由制冷機、冷卻塔、冷卻水池、水泵、水處理裝置以及循環(huán)管道、監(jiān)測儀表等組成，主要分為密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)兩大類。另外，在部分應(yīng)用場景中存在兩者結(jié)合應(yīng)用的情形，本文稱之為混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)采用封閉式冷卻設(shè)備，冷卻水在密閉的管道中流動，在封閉式冷卻設(shè)備中通過不直接接觸式散熱，水損失小；敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)一般由冷卻池和開式冷卻塔等組成，水通過時會暴露在空氣中進行蒸發(fā)散熱；混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)由一次水和二次水系統(tǒng)組成，一般一次水系統(tǒng)為敞開式冷卻水系統(tǒng)，二次水系統(tǒng)為密閉式冷卻水系統(tǒng)，一、二次水系統(tǒng)之間通過換熱器進行換熱，再由二次水系統(tǒng)對工藝設(shè)備進行冷卻。

1.1"密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)主要由純水制備系統(tǒng)（大多數(shù)情況下存在）、冷卻水箱、封閉式冷卻器、水泵、管道等組成，常見的組成及工藝流程如圖1所示。該系統(tǒng)中，冷卻循環(huán)水由水箱經(jīng)水泵打入封閉式冷卻器，經(jīng)封閉式冷卻器對水進行降溫冷卻后，經(jīng)管道進入需要冷卻的工藝設(shè)備，經(jīng)過設(shè)備換熱后升溫的水流回水箱，再經(jīng)水泵打入冷卻器，周而復(fù)始，從而實現(xiàn)對工藝設(shè)備的持續(xù)冷卻。封閉式冷卻器作為系統(tǒng)中主要的冷卻設(shè)備，其主要冷卻原理為在密閉的管道上噴淋水，通過水滴蒸發(fā)散熱以及空氣流動傳熱等方式來降低密閉管道內(nèi)的水溫。為提高冷卻效果，密閉式冷卻器內(nèi)部通過填料等方式增大接觸面積，同時配置風(fēng)扇加強空氣流動來實現(xiàn)更好的冷卻效果。

在密閉式冷卻系統(tǒng)中，由于水在密閉的管道中流動，為避免冷卻水對管道進行腐蝕或在管道內(nèi)部結(jié)垢，一般采用純水作為冷卻介質(zhì)。而在封閉式冷卻器中，用于噴淋冷卻的水則無特殊水質(zhì)要求，一般采用生產(chǎn)用水即可。因為封閉式冷卻器的主要冷卻原理為蒸發(fā)散熱，所以封閉式冷卻器需定期補水以持續(xù)進行冷卻。在閉式系統(tǒng)中，雖然冷卻水在密閉的管道中流動，損失很小，但由于系統(tǒng)中可能存在滲漏等原因，因此也需要定期補充純水。為保證系統(tǒng)長期運行，一般在系統(tǒng)建造時即配備了專門的純水制備系統(tǒng)，用于一開始的冷卻水源以及后期損耗補充。

1.2"敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)由水池、水泵、敞開式冷卻塔以及管道等組成，其常見的組成及工藝流程如圖2所示。敞開式冷卻循環(huán)系統(tǒng)主要工作原理為：循環(huán)水經(jīng)過工藝設(shè)備進行加熱，熱的水經(jīng)過管道流入冷卻塔后自上向下噴灑，由于空氣對流，冷空氣自下而上與水接觸，使一部分水蒸發(fā)，剩下的水則得以冷卻變成冷水，冷水再經(jīng)水泵進入工藝設(shè)備，周而復(fù)始，從而實現(xiàn)冷卻的效果［2］。除以上形式外，在部分水資源豐富的地區(qū)，敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)也可采用直流冷卻的方式，將江河或湖泊中的水用水泵打入冷卻水系統(tǒng)中，經(jīng)過工藝設(shè)備換熱后又將水排入江河湖泊中，通過與江河湖泊中大量水混合達到降低水溫的目的。

1.3"混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)

將密閉式和敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)合起來，即為混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。一般敞開式冷卻循環(huán)系統(tǒng)作為一次水系統(tǒng)，密閉式冷卻水系統(tǒng)作為二次水系統(tǒng)，一次水系統(tǒng)通過水冷機或者板式換熱器等對二次水系統(tǒng)進行冷卻，而工藝設(shè)備則由二次水系統(tǒng)進行冷卻，其組成及工藝流程圖如圖3所示。

2"不同系統(tǒng)特點歸納

2.1"密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)特點

根據(jù)密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用場景，可歸納其具有以下特點。

（1）管道內(nèi)冷卻水不與外界接觸，可保證較好的水質(zhì)；幾乎不存在蒸發(fā)損耗問題，一般情況下僅需對冷卻器進行定期補水，水量消耗較少。適用于對冷卻水質(zhì)要求較高的工藝設(shè)備，如熔煉爐、單晶爐、激光設(shè)備等［3］。

（2）相較于敞開式冷卻塔，封閉式冷卻器結(jié)構(gòu)較為緊湊，系統(tǒng)整體占地面積較小，適合在空間有限的場所使用。

（3）一般采用不銹鋼管道及設(shè)備，所用冷卻器設(shè)備較貴，需配備純水制備系統(tǒng)等，系統(tǒng)建設(shè)所需費用較高，系統(tǒng)整體冷卻能力有限，一般應(yīng)用于散熱量較小、可靠度要求較高或有特殊要求的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，如高爐的風(fēng)口與冷卻壁、轉(zhuǎn)爐的氧倉與煙罩等［4］。

（4）需定期對純水制備系統(tǒng)、冷卻器等進行清潔維護，以保證系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)，會增加一定的運行成本。

2.2"敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)特點

根據(jù)敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用場景，可歸納其具有以下特點。

（1）主要冷卻方式為冷卻塔風(fēng)冷形式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，主要依靠水的自然蒸發(fā)以及空氣對流換熱等方式來降低水溫，可有效利用自然資源，運行成本低，適用于電廠、化工廠等散熱量較大、要求成本相對較低的應(yīng)用場合。

（2）由于主要散熱方式為蒸發(fā)散熱，需要消耗大量水，對水資源的浪費較為嚴(yán)重，因此只適用于水資源相對較為豐富的地區(qū)。

（3）水通過直接與空氣接觸進行熱交換，空氣中的粉塵、雜質(zhì)顆粒等易進入水中，并隨管道流入系統(tǒng)內(nèi)部，因此該系統(tǒng)中水質(zhì)較差，易造成管道或設(shè)備管路中結(jié)垢和腐蝕，不適用于較為精密或者內(nèi)部存在細(xì)小管道的設(shè)備冷卻。

（4）直流式冷卻水系統(tǒng)利用江河湖泊進行自然冷卻，雖然耗能少，但對自然環(huán)境條件要求較高，且易造成環(huán)境的污染，破壞自然生態(tài)平衡，因此近年來，直流式冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用越來越少。

2.3"混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)特點

根據(jù)混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，結(jié)合工業(yè)應(yīng)用場景，可歸納其具有以下特點。

（1）一次水系統(tǒng)與二次水系統(tǒng)各自獨立運行，二次水系統(tǒng)采用密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)可有效保證被冷卻設(shè)備所需的水質(zhì)，適用于較為精密或者對水質(zhì)要求較高的工藝設(shè)備冷卻。

（2）一次水與二次水之間通過換熱設(shè)備進行熱交換，當(dāng)選用的換熱設(shè)備為水冷機時，可實現(xiàn)較為精確的冷卻水進出口溫度控制，適用于對冷卻水溫要求較高的工藝設(shè)備冷卻，如激光器等。

（3）由于一次冷卻水系統(tǒng)耗能較少，建設(shè)成本較低，而二次水系統(tǒng)中冷卻設(shè)備較為昂貴，在混合式系統(tǒng)中通過選用板式換熱器等合適的換熱設(shè)備，既可實現(xiàn)二次冷卻水的冷卻功能，又可有效地降低系統(tǒng)建設(shè)和運行成本。

（4）由于一、二次水系統(tǒng)之間通過換熱器進行熱交換，因此該系統(tǒng)存在冷卻能力有限的問題，相較于敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)建設(shè)及運行成本較高，僅適用于散熱量較小、散熱要求較高的工藝設(shè)備冷卻。

3"循環(huán)水系統(tǒng)選用的考慮因素

在對工廠冷卻循環(huán)水系統(tǒng)進行選擇和設(shè)計時，根據(jù)不同系統(tǒng)的特點，建議從以下幾個方面進行考慮。

（1）使用需求。在對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)先考慮被冷卻設(shè)備的散熱量大小、水質(zhì)要求、水壓、流量大小等，在滿足使用需求的前提下，充分考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件，如夏季、冬季氣溫（影響系統(tǒng)散熱效果、是否結(jié)冰等）、水資源是否豐富等，以便選擇更合適的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。

（2）經(jīng)濟性。對于企業(yè)來說，在滿足生產(chǎn)需求的前提下，還需要考慮經(jīng)濟效益。因此，冷卻循環(huán)水系統(tǒng)選型和設(shè)計時，需充分考慮系統(tǒng)的建設(shè)成本、運行成本。建設(shè)成本與運行成本需綜合考慮，具體可結(jié)合工廠設(shè)計使用壽命進行核算，在運行年限內(nèi)選取費用更加低廉的方式。同時，在系統(tǒng)設(shè)計時，充分利用當(dāng)?shù)貧夂驐l件，也可有效降低運行成本。例如，在水資源豐富的地區(qū)，當(dāng)敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)和密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)均滿足要求時，可選用成本更低的敞開式系統(tǒng)。

（3）環(huán)保性。隨著水資源日益緊缺、環(huán)保要求日益提高，在企業(yè)生產(chǎn)運行過程中，對環(huán)境保護的要求也越來越高。因此，在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)選型和設(shè)計時，應(yīng)盡可能減少對水資源的浪費、污染，減少污水排放，降低噪聲污染等，同時應(yīng)遵守當(dāng)?shù)卣畬ζ髽I(yè)在環(huán)境保護等相關(guān)方面的要求。

結(jié)語

本文對工業(yè)常見的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)組成進行了介紹，并對不同系統(tǒng)主要的特點進行了歸納總結(jié)。其中，密閉式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)具有建設(shè)成本較高、節(jié)水、水質(zhì)較好、占地面積較小等特點，適用于中小型工廠對水質(zhì)要求較高的工藝設(shè)備冷卻；敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)具有建設(shè)成本較低、水量消耗大、水質(zhì)較差、占地面積較大等特點，適用于水資源較豐富、對水質(zhì)要求不高的大中型工廠工藝設(shè)備冷卻；混合式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)由密閉式和敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)組合而成，具有水質(zhì)較好、運行成本較低等特點，適用于對水質(zhì)要求較高、運行成本要求較低的中小型工廠精密工藝設(shè)備冷卻。在工廠設(shè)計時，根據(jù)不同系統(tǒng)的組成特點，從使用需求、經(jīng)濟性、環(huán)保性三方面綜合考慮，可確定更為合適的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，有利于提高企業(yè)的生產(chǎn)效益。

參考文獻：

［1］盧振剛.工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化改進［J/OL］.中國科技期刊數(shù)據(jù)庫"工業(yè)A，2021（07）：125，127（20210101）.https：//www.cqvip.com/doc/journal/2414930260.

［2］馮彪.閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化工藝及機理研究［D］.贛州：江西理工大學(xué)，2011：5.

［3］張力方.閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)不合格的原因分析及處理措施［J］.科學(xué)中國人，2016（35）：8.

［4］劉曼.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2005：67.

作者簡介：蘇定邦（1990—"），男，漢族，河北深州人，碩士研究生，研究方向：給水排水工程、冷卻循環(huán)水系統(tǒng)。