电子工业厂房冷却塔系统设计探讨

电子工业厂房冷却塔系统设计探讨

郭海洋

世源科技工程有限公司上海分公司200433

摘要：本文以工程项目出现的实际问题为例，并结合电子工业厂房项目冷却塔系统的特点，对冷却塔分类，塔型的选择，系统形式的确定，工程实践中常见的问题等方面进行了分析和探讨，并提供了相应的解决方案，以期在今后的工作中，对冷却塔系统的设计进行优化和改进。

关键词：冷却塔；循环冷却水；电子厂房；

电子工业厂房对生产区域的环境温度、工艺设备的运行温度、压缩空气及工艺真空的稳定供应等都有着严格的要求，冷却塔是保证低温冷冻机、中温冷冻机及空压机正常运行的关键设备，如何保证冷却塔安全、稳定、高效的运行，对于节能节水和保障企业的安全生产都有着重要的意义。

1冷却塔的分类及选择

冷却塔的种类很多，按水和空气的接触方式来分，有干式（闭式）和湿式（开式），干式循环冷却水系统中，水是密闭循环的，水的冷却不与空气接触；湿式循环冷却水系统中，水的冷却需要与空气直接接触。按水和空气的流动方向来分，水和空气流动方向相反的为逆流式，流动方向垂直的为横流式。按通风方式来分，利用内外空气密度差实现空气流动的称为自然通风，利用抽风式或鼓风式的称为机械通风。按用途及单台处理水量来分，可分为空调用冷却塔、工业用冷却塔等等。

电子工业厂房的冷却循环水量一般都比较大，可达10000m3/h~40000m3/h，冷却设备通常采用机械通风开式冷却塔。根据动力站屋面的大小、业主的投资情况、结构荷载的要求等因素，可选择空调用冷却塔和工业用冷却塔。

空调用冷却塔单台处理水量较小，一般在1000m3/h以下，相同的水量下塔的数量较多，占地面积较大，运行费用较高，维护管理相对复杂；但是其单位面积荷载较低，一般为1.5吨/平米左右，由于塔的数量较多，故其中一台塔出现故障对整个系统的影响较小，初期投资也较低，并且土建基础施工完成后，可根据具体设备的采购在基础上设置型钢，来满足不同塔型的安装要求，扩大了业主对冷却塔供应商的选择范围。

工业用冷却塔单台处理水量较大，一般在1000m3/h~3000m3/h范围内，相同的水量下塔的数量较少，占地面积较小，运行费用较低，维护管理相对简单；但是其单位面积荷载较高，一般为3.5吨/平米左右，由于塔的数量较少，故其中一台塔出现故障对整个系统的影响较大，初期投资比较高。由于工业塔可供选择的型号偏少，各家供应商的产品略有差异，特殊情况还需要定制，故在土建基础施工之前就需要确定冷却塔供应商，对业主的招投标工作要求比较高。

具体选择空调用冷却塔还是工业用冷却塔要根据各方面的因素来综合确定，比如同样是30000m3/h的循环水量（进出水温度均为32~38℃），四川仁寿县信利项目采用的是空调用冷却塔，单塔水量750m3/h，共选择了40台；广东深圳华星光电t6项目采用的是工业用冷却塔，单塔水量3000m3/h，共选择了10台。

2冷却塔系统形式的选择

电子工业厂房冷却塔的服务对象主要为低温冷冻机、中温冷冻机及空压机，根据冷却塔与服务对象的对应关系可分为两种：第一种，低温冷冻机、中温冷冻机及空压机各自分别设置一套冷却塔系统；第二种，三者合用一套冷却塔系统。

这两种方式各有优缺点，第一种形式低温冷冻机、中温冷冻机及空压机与所配套的水泵、冷却塔、附件自成系统，各系统独立运行，互不干扰，操作方便，但是管路较多，占用空间较大，不能互为备用，初期投资较大；第二种形式三者合用冷却塔，水泵、冷却塔及管路互为备用，提高了系统运行的可靠性，管路占用空间较小，缺点是运行操作较复杂，对业主工程师的操作水平要求较高。

实际的工程项目中，这两种形式都有应用。比如合肥京东方b7项目采用的是第一种形式，低温冷冻机设置8台冷却塔，单塔水量700m3/h，进出水温度32~38℃；中温冷冻机设置12台冷却塔，单塔水量700m3/h，进出水温度32~38℃；空压机设置5台冷却塔，单塔水量700m3/h，进出水温度32~40℃。四川仁寿县信利项目采用的是第二种形式，低温、中温冷冻机和空压机总循环水量为30000m3/h，进出水温度统一为32~38℃，单塔水量750m3/h，共选择了40台。

在设计时应根据屋面空间的大小、业主运行维护水平、系统可靠性要求等因素综合考虑，合理选择系统形式。

3工程实践中常见问题与对策

3.1冷却塔消防措施

中国国家规范《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014对冷却塔的消防并没有太多的要求，一般会根据第7.4.3条（设置室内消火栓的建筑，包括设备层在内的各层均应设置消火栓）在冷却塔周围设置消火栓。美国规范NFPA以及业主保险商会要求冷却塔设置雨淋系统，喷水强度20L/min.m2，作用面积按相邻两台最大的冷却塔同时着火考虑。

但在实际操作中，以上措施还不够安全，据笔者目前掌握的情况，同类型电子工厂已发生了9次冷却塔火灾事故，导致生产中断，造成重大损失，比如厦门天马项目、合肥京东方、武汉华星光电t3项目、广东惠州信利项目等等。这些事故有的是在冷却塔施工安装的过程中发生的，有的是在冷却塔停产检修的时候发生的，这两种情况主要是因为工人施工不当、安全意识淡薄。还有的是因为冷却塔电机过载导致的。

根据多次事故的惨痛教训，除了规范现场的施工方式、加强工人的安全教育，还应该从技术上尽量避免此类事故的发生，以确保生产安全。下面以深圳华星光电t6项目冷却塔（工业用）消防系统为例，简要阐述所采取的措施。

（1）一般来说，工业用冷却塔为了降低造价及结构荷载，会尽量紧凑布置共用混凝土集水池。本项目为了防止火灾蔓延，将冷却塔分两排布置，各自设置集水池，两排塔之间的距离扩大至6米，同排塔之间的距离扩大至1.5米，如图1：

图1

（2）按国标规范设置消火栓保护冷却塔；按美国规范NFPA以及业主保险商的要求设置冷却塔雨淋系统，采用闭式喷头传动管+感温电缆（85℃报警），喷头及感温电缆设置在填料上方。闭式喷头破裂，可联动雨淋系统启动灭火；感温电缆能快速捕捉火警信号，电缆动作可联动雨淋阀启动喷水，双重报警提高系统可靠性。

（3）冷却塔主电源电缆桥架敷设在水塔外，避免电路短路出现火花掉落在塔内。

（4）冷却塔的电机增加喷头防护，当电机出现火灾时，喷头可喷水灭火，控制火灾蔓延、扩散。

（5）增加齿轮箱油温、油位、震动值及电机温度监测与联动，实时监测各项运行状态，设备有无异常磨损及发热情况，并联动关停设备。油温：86℃报警，90℃停机；油位：200mm报警，150mm停机；震动值：5mm/s报警，6.5mm/s停机；电机温度：76℃报警，80℃停机。

（6）消防报警与冷却塔风机联动，当出现火灾报警时，联动并关停冷却塔风机，减少填料与空气的接触，控制火灾蔓延。

（7）屋面冷却塔设置摄像头及门禁，实时监控每台冷却塔的运行状态，保证及时发现火灾，并禁止外来人员进出冷却塔区域。

3.2湿球温度的选择

湿球温度是指同等焓值空气状态下，空气中水蒸汽达到饱和时的空气温度，在空气焓湿图上是由空气状态点沿等焓线下降至100%相对湿度线上，对应点的干球温度。简言之，对于冷却塔来说，湿球温度就是冷却塔冷却的极限温度，实际上冷却塔出水达不到湿球温度那么低，一般相差3~5℃。

湿球温度作为冷却塔设计的一个重要参数，其合理的选择对系统的稳定至关重要。在实际设计中，应考虑因冷却塔排出的湿热空气回流和干扰对冷却效果的影响，以及现在极端高温天气频繁出现，极端气温越来越高，必要时应对湿球温度进行修正。

以武汉华星光电t3项目为例，根据《建筑给水排水设计手册第二版（上册）》表12.3-1，武汉市的湿球温度为28.2℃，当时是按照此温度设计的冷却塔（冷却塔进出水温度32~38℃），后来某年夏天武汉出现连续多日的极端高温天气，极端气温屡创新高，导致冷却塔出水温度偏高，无法满足冷冻机的需求，对生产造成了一定影响。后来再设计武汉的其他项目时，湿球温度取29℃，考虑一定的余量，目前冷却塔运行良好，没有出现不良工况。

3.3连通管的设置

《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009版）第3.10.10条第3款，不设集水池的多台冷却塔并联使用时，各塔的集水盘宜设连通管；当无法设置连通管时，回水横干管的管径应放大一级。在实际的工程项目中，有些项目因种种原因，没有设置连通管，只根据规范的要求对回水横干管的管径进行了放大。但在实际的运行中，由于电子工业厂房冷却塔系统的循环水量比较大，塔的数量较多，塔布置的长度较长，往往放大回水横干管的管径并不能保证各塔集水盘中的水位基本保持一致，导致空气进入循环水系统中，影响系统的稳定性。

对于电子工业厂房冷却塔系统，为了保证系统的正常运行，笔者在实际的设计中对于并联使用的冷却塔，各塔的集水盘均设连通管，将连通管的设置作为一项必要的措施，并将回水横干管的管径放大一级。据目前所知，采取以上措施的冷却塔系统，运行良好，各塔集水盘中的水位基本可保持一致。

另外，连通管、回水管与各塔出水管的连接应为管顶平接，这也是工程设计和施工中常遇到的问题，经常有项目在连通管设计时与各塔出水管采用管中连接，容易形成气塞，影响水流。

3.4冷却塔供回水总管道穿屋面

电子工业厂房冷却塔系统循环水量大，供回水总管管径通常在1米以上，管道穿屋面时开洞较大，故穿屋面的位置需设置狗屋，否则屋面防水不好处理。狗屋侧墙需预留洞口，供管道安装。特别需要注意，狗屋顶板须待管道安装后再施工，如果先施工狗屋顶板，供回水大管道无法顺利安装。

4结束语

本文结合多年实践经验，对冷却塔系统的部分问题进行了探讨。随着显示面板行业的飞速发展，电子工业厂房项目越来越多，规模越来越大，冷却塔系统循环水量也不断提高，合理的选择塔型、确定系统形式，并根据实际施工和运行中遇到的问题，不断的总结经验吸取教训，对冷却塔系统的优化设计及企业的安全生产十分重要。

参考文献：

[1]《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014

[2]《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）

[3]中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册（上册）.北京：中国建筑工业出版社，2008