工艺冷却水PCW系统设计

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

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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 氮  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

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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

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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

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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

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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

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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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