工艺冷却水PCW系统设计
愤怒的麻辣香锅
2024年12月20日 09:48:08
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来源:晨曦暖通学院

工艺冷却水系统(Process Cooling Water,简称PCW) (1)是工业生产中用于为设备和机械提供冷却的关键水循环系统,可以形象地比喻为机器的“空调”。该系统通过循环水来降低设备温度,确保其在适宜的温度下稳定运行。 (2)PCW系统的可靠性对设备的正常运作至关重要。 如果PCW系统发生故障,可能会导致设备过热报警、停机,甚至在极端情况下,可能会损坏机器,从而带来重大的经济损失。


工艺冷却水系统(Process Cooling Water,简称PCW)

(1)是工业生产中用于为设备和机械提供冷却的关键水循环系统,可以形象地比喻为机器的“空调”。该系统通过循环水来降低设备温度,确保其在适宜的温度下稳定运行。

(2)PCW系统的可靠性对设备的正常运作至关重要。 如果PCW系统发生故障,可能会导致设备过热报警、停机,甚至在极端情况下,可能会损坏机器,从而带来重大的经济损失。 因此,PCW系统的设计和施工质量显得尤为重要。

本文结合设计和运行中的实际案例,探讨一些关于PCW系统设计和维护的观点。特别地,重点介绍闭式PCW系统,旨在与读者分享知识,共同提高对这一重要系统的理解。

一、组成部件及设计

PCW系统,全称为工艺制程冷却水系统(Process Cooling Water),是一种闭式循环系统,主要由以下几个核心部件组成:

1、水箱


用于储存冷却水,确保系统在运行过程中有充足的水源供应。

(1)设置  封装置   针对闭式系统,避免水质污染和 减少水的蒸发损失

(2)补水、排水系统的设计 :PCW因工艺要求水质补水常用的为一级RO水或二级RO水。RO水从纯水站的RO水箱经RO水输送泵输送到PCW膨胀补水箱。膨胀水箱设计有RO水补水电动阀,以及应急自来水补水阀,和液位计。

补水逻辑:

(a)日常:根据膨胀水箱液位实现自动补水,当液位传感器监测到膨胀水箱液位低(L)液位时,开启RO水补水阀。当高(H)液位时,停止RO补水。如此循环。

(b)应急:当系统水量大量缺失(漏水情况),触发低低(LL)液位时,开启应急自来水进行补水,以防止水系统压力波动。同时输出检查漏水检查液位计报警。

排水逻辑:

(1)膨胀水箱宜设置溢流管,以防止高液位溢水情况。

(2)监测水箱内电导率,电导率数值可设定。当电导率高于某个数值时,自动排水至低(L)液位停止。

(3)将各个液位实时回传值班室进行远程监控。

针对补水、排水 电动阀 前端宜设置 手动阀门 以便于检修更换电动阀等

2. 水泵


负责将冷却水从水箱中抽出,并通过供水管道输送到需要冷却的设备;回水管道回水至水箱,实现供回水循环。

(1)控制逻辑 :通过在供回水管道差压取样,经过变送器准换为标准电流信号后经过PLC处理后  PID控制  水泵的运行。同时回传至中控室监测压力及水泵的运行状况监控。

(2)加载逻辑 :保证1台运行,若运行中的1台水泵频率达到某个设定值,维持一定时间后,仍然无法达到设定的压力值,加载1台水泵。若任然无法满足设定压力,继续加载1台水泵。

(3)减载逻辑 若运行中的1台水泵频率低到某个设定值,维持一定时间后,压力仍然高于设定的压力值,减载1台水泵。若现场压力仍然高于设定值,继续减载1台水泵,直到保留1台水泵的运行。

(4)备用水泵 :系统监测到运行水泵发生故障时,输出报警,同时启用备用水泵。

(注: 水系统供水 压力、水泵频率、加减载时间均可设定)

3、压力、温度传感器


1.传感器故障

如果压力传感器TT1出现故障(采样值已经超出量程范围),PLC立即停止PID运算,锁定输出值,阀门开度保持在压力传感器PT01发生故障前最后一刻的开度,立刻向中控室发出报警讯号。

2.温度控制逻辑

PLC采集工艺冷却水侧的温度传感器TT1信号,经过PID运算输出4—20mA信号给冷冻水侧的阀门V1,控制一次侧回水管道上V1的开度,保证工艺冷却水二次侧的出水温度恒定。(用二次侧的出水温度PID控制一次侧冰水阀的开度。从而实现二次侧的温度控制,该值可设定。)

3.故障保护
    a.传感器故障:如果温度传感器TT1出现故障(采样值已经超出量程范围),PLC立即停止PID运算,锁定输出值,阀门开度应保持在温度传感器TT1发生故障前最后一刻的开度,立刻中控室发出报警讯号。
     b.PLC故障:

    (1)主CPU故障,应立即自动切换至备用CPU运行,切换过程中,阀门输出值和PID的参数保持不变,立刻向中控室发出报警讯号。

    (2)AI模块故障,PLC立即停止PID运算,锁定阀门输出值,立刻向中控室发出报警讯号。
    (3)AO模块故障,AO模块设置成保持最后值,保证阀门的开度保持在故障前一刻的位置不动。
      c.气动阀门故障:气源丢失或  定位器  故障,阀门应保持故障前一刻的开度。采集阀门反馈信号,当控制信号和反馈信号相差大于10%,立刻向中控室发出报警讯号。

4.压力控制

PCW供水主管道的压力 传感器将检测到的压力传输到PLC控制器,通过与PLC控制器程序中的压力设定值作比对,从而去调节运行水泵的频率 ,以确保系统供水压力的稳定。为了避免压力传感器故障导致系统波动,通常配置双压力传感器,取平均值。

PLC采集工艺冷却水供水侧的压力传感器PT01,PT03,PT04的信号,经过PID运算输出4—20mA信号给变频器和供回水之间的  压差旁通阀  V5,保证工艺冷却水侧的出水压力恒定。

  a.PLC采集末端主管压力PT03和PT04的信号计算平均值后,经过PID运算输出信号给变频器的频率输入点,控制运行的变频器的频率。

 b.PLC采集主管压力PT01的信号,经过PID运算输出信号给压差旁通阀V3。

4、过滤器


用于清除水中的杂质和颗粒,保证水质清洁,防止设备堵塞和腐蚀。

(1)根据工艺,选择合适的滤芯,。将回水收集过滤后输送现场使用。

(2)根据过滤桶差压情况及更换计划周期,定期更换滤芯。

(3)过滤桶的设置及管道的布置,需要充分考虑到定期更换滤芯的情况,做到一用一备用的效果。 可以 有效降低 发生非计划停机的 概率。

(4)不锈钢过滤桶上设置排气阀,底部设置排水阀,以便于更换滤芯

(5)针对水系统管路最高点,设置  自动排气阀  ;实时排气。

5、 换热器


热交换装置,一次侧冰水与二次侧制程冷却水的热量交换。

 

PCW水循环系统分为两个主要部分:一次侧循环和二次侧循环。

一次侧循环流程:

1. 冷水机组生产出7℃的低温冷冻水或13℃的中温冷冻水。

2. 这些冷冻水通过冷冻水泵被输送到PCW板式换热器的一次侧进口。

3. 在板换内,冷冻水释放冷量后,从一次侧出口返回到冷冻水集水器。

4. 然后,冷冻水通过管道再次流入冷水机组,完成制冷循环。

5. 为了调节冷冻水的流量,通常在板换的一次侧出口处安装有电动调节阀。(该阀门的开度由二次侧冷却水出水温度PID控制,冷却水出水温度可设定。当冷却水出水温度高于设定值时,阀门开度变大; 当冷却水出水温度低于设定值时,阀门开度变小。

二次侧循环流程:

1. 车间机台内的冷却出水通过回水管道回流。

2. 这些冷却水经过循环水泵加压,以增加水流动力。

3. 加压后的冷却水通过过滤器,以去除可能存在的杂质。

4. 清洁的冷却水随后进入PCW板式换热器的二次侧进水端。

5. 在板换内,冷却水与来自冷水机组的低温或中温冷冻水进行热交换,吸收冷量。

6. 换热后的冷却水从二次侧出水口流出,并通过管道输送回车间机台。

7. 最终,这些冷却水进入车间机台的工艺冷却水循环系统,为机台提供所需的冷却。

通过这样的设计,PCW水循环系统能够高效地为车间机台提供持续且温度适宜的冷却水,确保生产过程的稳定运行。

节能设置:

可以使用冬季的低温自来水,增加一组热板换,将冷却水回水进行提前预冷。从而减少冷冻水的使用量而达到节能的目的,同时还可以将自来水预热后进行其他系统使用(比如空调系统),一举两得。

6、加药系统


加药系统的设计

智能在线加药系统是一种专为中央空调循环水处理设计的集成设备,它由智能控制箱、精确计量泵、药剂储存桶以及可选的在线监测仪器组成。该系统通过时控开关来控制计量泵,定期向循环水系统中注入杀菌剂和防藻剂,以防止细菌和藻类的生长。这种自动化的加药方式不仅能有效抑制细菌和藻类的繁殖,还能防止水垢的形成,从而维护循环水系统的清洁和效率。

缓蚀剂可以钝化铁和铜的表面,提高管道抗腐蚀的能力,,也可以调整水系统的PH值,中和RO水中的酸度,从而抑制腐蚀;

非氧化性杀菌剂可以有效控制PCW系统中的细菌、真菌、藻类、产粘泥菌、硫酸盐还原菌等的生长,保障水质。

注: 针对实际的需求针对性地进行调整,以上数据只做参考。

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