真空炉循环冷却水系统设计
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摘要：介绍了真空中频感应熔炼炉（以下均简称为“真空炉”）循环冷却水系统。根据车间实际条件及水质情况设计循环冷却水的工艺流程、运行、控制方式，包括总体循环管路设计，水泵、冷却塔等相关设备的选型等，并采取相应的措施保证冷却水质。
关键词：真空炉 冷却水 循环水泵 管路
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0054-02
真空炉的水冷系统包括以下6部分的进、出口冷却系统：各种真空泵，感应线圈，集电系统和铜排，电容器组，炉体（炉盖、炉座），冷阱、捕集器。在真空炉的熔炼过程中，循环冷却水水质的好坏，温度的高低，压力的高低等，都对设备能否正常运行起着至关重要的作用。
某车间有4台真空炉：2台25 kg真空炉，1台50 kg真空炉，1台300kg真空炉。车间生产品种多，产量小，为非连续式生产。4台真空炉均用于正常生产，但4台设备同时运行的机率较小，主要运行300kg真空炉，25 kg及50kg真空炉用于生产小规格特种钢锭、电极棒以及实验研究。该文介绍的是该车间真空炉的循环冷却系统设计。
1.真空炉对冷却水质、流量、温度、压力的基本要求
冷却水水质、水温和水压要求，见表1，表2。
2.循环冷却水系统设计（见图1）
2.1冷却池及冷却塔
4台设备共用一个冷却池。该冷却池约60m3，设置了排水孔及低水位自动补水装置。当水位过高时，水自动从排水孔中排出。水位低于设定的水位值时，自动补水。冷却池分为冷水池和热水池两个区域。热水池的水经过冷却塔冷却后再回到冷水池，供生产使用。冷却池上方检修口上加盖板，防止杂物进入水池中。
冷却水通过水塔喷淋冷却后通过回水池进入炉内循环水路，故选用1 00 m3/h无填料喷雾式冷却塔，实际冷却总量可调至120 m3/h。冷却水进塔压力在0.08-0.15 MPao冷却塔湿球温度在28℃时，进水温度t≥45℃，出水温度t≤35℃，冷却温差≥10℃。
2.2水泵
循环冷却系统共有4台泵。进水泵两台，一用一备；回水泵一台；应急柴油泵1台。考虑到车间场地及嘈音等因素，在室外修建泵房，所有泵均安装在泵房内，方便管理和维护。
在熔炼过程中，如果泵出现故障或是突然断电等原因导致冷却水中断，无法对感应线圈、扩散泵及中频电源等重要部件进行冷却，会对设备造成严重的损害并可能发生安全事故，所以，循环水泵设计为一用两备，两台自吸式水泵和一台柴油泵。两台自吸式水泵可以随时切换，柴油泵则作为应急装置一并纳入循环系统中。
根据设备的冷却水需求量，循环水泵流量设计为100 m3/h。考虑到管损等因素，泵的扬程选择为32 m。冷却水池在地平面以下，循环水泵选择自吸泵，并增加底阀，作为双重保险。
熔炼过程中，如果突然断水，熔炼必须中止，应急水的主要作用是对感应线圈、扩散泵和中频电源等重要部件进行冷却，使其尽快冷却以保护设备，以细水长流为冷却原则。故柴油泵流量设计为30 m3/h，扬程30m。在断电后，柴油泵获取断电信号，马上自动启动，进行供水。柴油泵需严格按要求进行日常的维护保养，保证在出现特殊情况时柴油泵能正常工作。
从真空炉出来的冷却水为无压力回水，故需要在管路中设置1台泵，用于将回水泵入冷却塔中。
2.3管路设计
布置一根主进水管道DN150，统一分配给4台设置。
车间以运行300kg真空炉为主，且300kg真空炉用水量最大。当大、小设备同时运行时，为避免300kg真空炉回水倒流进其他小设备，在室内布置2根回水管道，其中一根DN150的回水管专用于300kg真空炉的回水，另一根DN150的回水管用于另外3台设备的回水，留有足够的坡度，使回水顺畅，并在回冷却塔之前汇总。进、回水管道刷不同颜色的油漆以示区别，方便检修。
4台设备同时运行的机率不大，故冷却水实际总需求量<100 m3/h。炉内冷却水的流速一般保证在1～1.5 m/S：水速过快，会使感应线圈表面温度过低，形成凝露，导致圈内短路；水速过慢，水温过高，会加速水中无机物的沉淀，使铜管内部结垢。所以在泵的出水管及设备的总进水管处均设置了调节阀及压力表，便于调节流量及进水压力，使冷却水保持一个适中的流速。
每台设备均设计了单独的水箱，水箱中有多路进水管道和回水管道，将冷却水分送至所需的各个冷却点位，再分不同的管道回到水箱，进入回水管道。由于是重力回水，操作人员可以很直观地通过观察回水流量，触摸回水温度等方法来判断设备内部的冷却水路是否畅通。尤其是真空炉的中频电源柜中有很多小管径的冷却管道，容易堵塞，造成某些部件的烧损，从而影响设备的正常运行，故在中频电源的外部也设置这样的水箱，并入总循环管路中。
3.保证水质的相关措施
冷却水太硬，会加速设备内部冷却管道的结垢，使铜管被腐蚀并短路；冷却水中含有杂质，会使管道堵塞，达不到冷却效果而导致电气元件被烧毁。系统中采用了以下措施来保证冷却水质。
（1）软水器的使用。
厂区所用的自来水，除硬度超标，其他指标均能满足冷却水质要求。系统中选择了一台全自动软水器对自来水进行处理。当含有硬度离子的原水通过交换器树脂层时，水中的钙、镁离子与树脂内的钠离子发生置换，树脂吸附了钙、镁离子而钠离子进入水中，从交换器内流出的水就是去掉了硬度离子的软化水。
软水器的进水压力为0.2-0.35 MPa。厂区供水压力不稳，故在软水器之前设置一个小型增压泵，保证水压始终能够满足软水器进水压力要求。
（2）为防止管道生锈而影响水质，所有循环水管道均采用304不锈钢材质。
（3）水泵入水口处设置过滤装置，并定期清理。
（4）冷却池内壁贴一层磁砖，不易生苔藓，避免其进入循环水路；冷却池上部的检修口处设置盖板，冷却塔下部有304不锈钢挡板及百叶窗，防止杂物进入水池。同时定期更换冷却水，并清理水池。
4.操作说明
（1）为保障真空炉安全使用，必须先开启循环水泵，运行一段时间后再启动真空炉。在熔炼任务结束后，必须待炉内坩埚完全冷却后才能停止供水。
（2）在突然断水后，柴油泵启动，以细水长流为冷却原则，通过阀来调节各设备的进水量。
5.结语
该方案实施后，在实际生产中运行良好，可控可调。尤其是在几次计划外的故障停电后，柴油泵马上启动进行供水，有效地保护了设备，避免安全事故的发生。
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