真空爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳新艷

摘要：介紹了真空中頻感應(yīng)熔煉爐（以下均簡(jiǎn)稱為“真空爐”）循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)車間實(shí)際條件及水質(zhì)情況設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水的工藝流程、運(yùn)行、控制方式，包括總體循環(huán)管路設(shè)計(jì)，水泵、冷卻塔等相關(guān)設(shè)備的選型等，并采取相應(yīng)的措施保證冷卻水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：真空爐 冷卻水 循環(huán)水泵 管路

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）04（a）-0054-02

真空爐的水冷系統(tǒng)包括以下6部分的進(jìn)、出口冷卻系統(tǒng)：各種真空泵，感應(yīng)線圈，集電系統(tǒng)和銅排，電容器組，爐體（爐蓋、爐座），冷阱、捕集器。在真空爐的熔煉過程中，循環(huán)冷卻水水質(zhì)的好壞，溫度的高低，壓力的高低等，都對(duì)設(shè)備能否正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

某車間有4臺(tái)真空爐：2臺(tái)25 kg真空爐，1臺(tái)50 kg真空爐，1臺(tái)300kg真空爐。車間生產(chǎn)品種多，產(chǎn)量小，為非連續(xù)式生產(chǎn)。4臺(tái)真空爐均用于正常生產(chǎn)，但4臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的機(jī)率較小，主要運(yùn)行300kg真空爐，25 kg及50kg真空爐用于生產(chǎn)小規(guī)格特種鋼錠、電極棒以及實(shí)驗(yàn)研究。該文介紹的是該車間真空爐的循環(huán)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1.真空爐對(duì)冷卻水質(zhì)、流量、溫度、壓力的基本要求

冷卻水水質(zhì)、水溫和水壓要求，見表1，表2。

2.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)（見圖1）

2.1冷卻池及冷卻塔

4臺(tái)設(shè)備共用一個(gè)冷卻池。該冷卻池約60m³，設(shè)置了排水孔及低水位自動(dòng)補(bǔ)水裝置。當(dāng)水位過高時(shí)，水自動(dòng)從排水孔中排出。水位低于設(shè)定的水位值時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)水。冷卻池分為冷水池和熱水池兩個(gè)區(qū)域。熱水池的水經(jīng)過冷卻塔冷卻后再回到冷水池，供生產(chǎn)使用。冷卻池上方檢修口上加蓋板，防止雜物進(jìn)入水池中。

冷卻水通過水塔噴淋冷卻后通過回水池進(jìn)入爐內(nèi)循環(huán)水路，故選用1 00 m³/h無填料噴霧式冷卻塔，實(shí)際冷卻總量可調(diào)至120 m³/h。冷卻水進(jìn)塔壓力在0.08-0.15 MPao冷卻塔濕球溫度在28℃時(shí)，進(jìn)水溫度t≥45℃，出水溫度t≤35℃，冷卻溫差≥10℃。

2.2水泵

循環(huán)冷卻系統(tǒng)共有4臺(tái)泵。進(jìn)水泵兩臺(tái)，一用一備；回水泵一臺(tái)；應(yīng)急柴油泵1臺(tái)?？紤]到車間場(chǎng)地及嘈音等因素，在室外修建泵房，所有泵均安裝在泵房?jī)?nèi)，方便管理和維護(hù)。

在熔煉過程中，如果泵出現(xiàn)故障或是突然斷電等原因?qū)е吕鋮s水中斷，無法對(duì)感應(yīng)線圈、擴(kuò)散泵及中頻電源等重要部件進(jìn)行冷卻，會(huì)對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的損害并可能發(fā)生安全事故，所以，循環(huán)水泵設(shè)計(jì)為一用兩備，兩臺(tái)自吸式水泵和一臺(tái)柴油泵。兩臺(tái)自吸式水泵可以隨時(shí)切換，柴油泵則作為應(yīng)急裝置一并納入循環(huán)系統(tǒng)中。

根據(jù)設(shè)備的冷卻水需求量，循環(huán)水泵流量設(shè)計(jì)為100 m³/h?？紤]到管損等因素，泵的揚(yáng)程選擇為32 m。冷卻水池在地平面以下，循環(huán)水泵選擇自吸泵，并增加底閥，作為雙重保險(xiǎn)。

熔煉過程中，如果突然斷水，熔煉必須中止，應(yīng)急水的主要作用是對(duì)感應(yīng)線圈、擴(kuò)散泵和中頻電源等重要部件進(jìn)行冷卻，使其盡快冷卻以保護(hù)設(shè)備，以細(xì)水長(zhǎng)流為冷卻原則。故柴油泵流量設(shè)計(jì)為30 m³/h，揚(yáng)程30m。在斷電后，柴油泵獲取斷電信號(hào)，馬上自動(dòng)啟動(dòng)，進(jìn)行供水。柴油泵需嚴(yán)格按要求進(jìn)行日常的維護(hù)保養(yǎng)，保證在出現(xiàn)特殊情況時(shí)柴油泵能正常工作。

從真空爐出來的冷卻水為無壓力回水，故需要在管路中設(shè)置1臺(tái)泵，用于將回水泵入冷卻塔中。

2.3管路設(shè)計(jì)

布置一根主進(jìn)水管道DN150，統(tǒng)一分配給4臺(tái)設(shè)置。

車間以運(yùn)行300kg真空爐為主，且300kg真空爐用水量最大。當(dāng)大、小設(shè)備同時(shí)運(yùn)行時(shí)，為避免300kg真空爐回水倒流進(jìn)其他小設(shè)備，在室內(nèi)布置2根回水管道，其中一根DN150的回水管專用于300kg真空爐的回水，另一根DN150的回水管用于另外3臺(tái)設(shè)備的回水，留有足夠的坡度，使回水順暢，并在回冷卻塔之前匯總。進(jìn)、回水管道刷不同顏色的油漆以示區(qū)別，方便檢修。

4臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)行的機(jī)率不大，故冷卻水實(shí)際總需求量<100 m³/h。爐內(nèi)冷卻水的流速一般保證在1～1.5 m/S：水速過快，會(huì)使感應(yīng)線圈表面溫度過低，形成凝露，導(dǎo)致圈內(nèi)短路；水速過慢，水溫過高，會(huì)加速水中無機(jī)物的沉淀，使銅管內(nèi)部結(jié)垢。所以在泵的出水管及設(shè)備的總進(jìn)水管處均設(shè)置了調(diào)節(jié)閥及壓力表，便于調(diào)節(jié)流量及進(jìn)水壓力，使冷卻水保持一個(gè)適中的流速。

每臺(tái)設(shè)備均設(shè)計(jì)了單獨(dú)的水箱，水箱中有多路進(jìn)水管道和回水管道，將冷卻水分送至所需的各個(gè)冷卻點(diǎn)位，再分不同的管道回到水箱，進(jìn)入回水管道。由于是重力回水，操作人員可以很直觀地通過觀察回水流量，觸摸回水溫度等方法來判斷設(shè)備內(nèi)部的冷卻水路是否暢通。尤其是真空爐的中頻電源柜中有很多小管徑的冷卻管道，容易堵塞，造成某些部件的燒損，從而影響設(shè)備的正常運(yùn)行，故在中頻電源的外部也設(shè)置這樣的水箱，并入總循環(huán)管路中。

3.保證水質(zhì)的相關(guān)措施

冷卻水太硬，會(huì)加速設(shè)備內(nèi)部冷卻管道的結(jié)垢，使銅管被腐蝕并短路；冷卻水中含有雜質(zhì)，會(huì)使管道堵塞，達(dá)不到冷卻效果而導(dǎo)致電氣元件被燒毀。系統(tǒng)中采用了以下措施來保證冷卻水質(zhì)。

（1）軟水器的使用。

廠區(qū)所用的自來水，除硬度超標(biāo)，其他指標(biāo)均能滿足冷卻水質(zhì)要求。系統(tǒng)中選擇了一臺(tái)全自動(dòng)軟水器對(duì)自來水進(jìn)行處理。當(dāng)含有硬度離子的原水通過交換器樹脂層時(shí)，水中的鈣、鎂離子與樹脂內(nèi)的鈉離子發(fā)生置換，樹脂吸附了鈣、鎂離子而鈉離子進(jìn)入水中，從交換器內(nèi)流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水。

軟水器的進(jìn)水壓力為0.2-0.35 MPa。廠區(qū)供水壓力不穩(wěn)，故在軟水器之前設(shè)置一個(gè)小型增壓泵，保證水壓始終能夠滿足軟水器進(jìn)水壓力要求。

（2）為防止管道生銹而影響水質(zhì)，所有循環(huán)水管道均采用304不銹鋼材質(zhì)。

（3）水泵入水口處設(shè)置過濾裝置，并定期清理。

（4）冷卻池內(nèi)壁貼一層磁磚，不易生苔蘚，避免其進(jìn)入循環(huán)水路；冷卻池上部的檢修口處設(shè)置蓋板，冷卻塔下部有304不銹鋼擋板及百葉窗，防止雜物進(jìn)入水池。同時(shí)定期更換冷卻水，并清理水池。

4.操作說明

（1）為保障真空爐安全使用，必須先開啟循環(huán)水泵，運(yùn)行一段時(shí)間后再啟動(dòng)真空爐。在熔煉任務(wù)結(jié)束后，必須待爐內(nèi)坩堝完全冷卻后才能停止供水。

（2）在突然斷水后，柴油泵啟動(dòng)，以細(xì)水長(zhǎng)流為冷卻原則，通過閥來調(diào)節(jié)各設(shè)備的進(jìn)水量。

5.結(jié)語

該方案實(shí)施后，在實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)行良好，可控可調(diào)。尤其是在幾次計(jì)劃外的故障停電后，柴油泵馬上啟動(dòng)進(jìn)行供水，有效地保護(hù)了設(shè)備，避免安全事故的發(fā)生。