PCW工艺冷却水系统

摘要：在许多产品或工艺生产环境都要求配备洁净厂房，车间全年要求温度和相对湿度保持在一定范围，其中一些生产过程发热量大，工艺设备需要低温水冷却降温，甚至在冬季仍然需要空调供冷，为了满足这些要求，必须建造工艺冷却水系统。

PCW（PROcess Cooling Water），工艺冷却水系统或制程冷却水系统。

在许多产品或工艺生产环境都要求配备洁净厂房，车间全年要求温度和相对湿度保持在一定范围，其中一些生产过程发热量大，工艺设备需要低温水冷却降温，甚至在冬季仍然需要空调供冷，为了满足这些要求，必须建造工艺冷却水系统。

PCW机理：通过水的流动实现热量在不同介质的热量交换。

工艺冷却水系统由以下几部分组成：水质处理，循环系统（管道，Y滤，水泵），冷却热交换设备，储水箱，过滤器；

配套还包括：末端（工艺机台设备）、冷源（冷冻水等）、电气控制系统、补水定压装置，加药系统等；

冷水机组：给冷却水系统提供冷源。

循环冷却水系统是指以水作为冷却介质并循环使用的一种冷却运行系统，由水泵、旁滤、换热设备（如换热器、冷凝器）、冷却设备（如冷却塔、空气冷却器）、加药设备、检测设备、管道和其他有关设备组成。

循环系统：PCW工艺循环水系统通过管道连接各个设备，形成一个闭环，循环水不断地从被冷却机台设备中吸收热量，并将热量由循环管路带至冷却塔，经冷却塔排出环境中，特别需要注意的是在北方冬季循环运行时需要考虑防冻。

PCW基本原理：PCW系统中有冷冻水（一次侧）和冷却水（二次侧）这两个相对独立的系统，冷冻水由冷冻机提供，冷冻水与冷却水进行热交换，通过水的流动实现热量在不同介质的热量交换；使冷却水降温从而降低设备的温度。

从生产线的冷却水回水经水泵加压后进入换热器，通过控制换热器中通过的冷冻水的量来保证PCW水温，再经过过滤器后送至生产线设备进行换热，再由回水管回到水泵。构成PCW闭式循环，冷冻水侧直接回冷冻机。

PCW系统作用：因机台在制造生产过程中会产生大量热，如不及时把热量除去，会造成机台不能精确动作或误动作，严重时会当机，严重影响制程良率。简单来说就是工艺设备的空调系统，是非常重要的动力供给源。

工艺冷却水系统模式的选择：

工艺冷却水系统的模式分为开式系统和闭式系统，在设计过程中如何选择开式系统和闭式系统，应根据以下几种情况进行选择：

①当工艺设备最高处距离水泵板换设备高差比较大时（高差超过10m），建议采用闭式系统，这样可以充分利用设备余压及静扬程；

②当工艺设备供水压力要求很高但设备压差不大时，建议采用闭式系统，这样可以利用管网余压减小水泵扬程，起到节能作用；

③当厂房工艺设备分期分批投产或设备更新调整比较平繁时，考虑到系统可调试性，建议采用开式系统，可以加快系统调试运行，同时系统由于增加了水箱，系统保有水量增加，冷源中断时，具备一定事故缓冲能力。

④从节能角度考虑，采用闭式系统，可以大大减小工艺冷却水供水循环泵的扬程，一方面可以节约初投资，另一方面可以节约能源，减小运行费用。

⑤当设备冷却水温度在最热天能用冷却塔直接降温或业主要求投资少时，可以采用开式系统。当设备冷却水进水温度采用开式冷却塔无法满足时采用闭式系统，利用冷冻水作为冷媒。

冷却水系统分为开式系统和闭式系统两种：

闭式系统主要由水泵、板换、工艺设备、管网和定压设备组成，开式系统主要由水箱、水泵、板换、工艺设备和管网组成。

开式系统和闭式系统相同点：

①均为间接传热；

②工艺设备对水质要求比较高，故系统补水均需软化水补水（可以采用纯水站二级反渗透水作为系统补水，不需要再增加水处理装置）；

③系统冷媒均为冷冻机冷却水。

开式系统和闭式系统不同点：

①开式系统冷却水在水箱处和大气局部有接触；

②开式系统无法利用系统回水压力，相对不节能。

同程式系统的优点：系统的水力稳定性好，各设备间的水量分配均衡，调节方便。

同程式系统的缺点：由于采用回程管，管道的长度增加，水阻力增大，使水泵的能耗增加，并且增加了初投资。。

PCW设备简介：

1、水泵：是输送液体并使之增压的机械，水泵按安装方式分为立式和卧式泵。

卧式泵：结构简单，方便维修；轴封不易损坏；流量大。

立式泵：扬程高(出水压力大)；直接安装在管道上，占地少。

比如，机台多，且需要稳定连续的冷却水供应，选用的是离心泵；受机房空间限制，选择立式泵更好。

2、热交换器：将系统负荷端产的热量通过热交换，传至冰水系统中；

按传热面的形状与结构来看，有管式和板式交换器。

采用板式热交换器：

冷冻水下进上出，PCW上进下出，使冷水尽量带走热量，充分进行热交换，并保证PCW出水温度稳定。

3、过滤器：过滤水中的固态微粒；选用的重点在于滤网滤径。

将PCW送至机台前进行过滤，减少污染物影响制程。

4、桶槽（膨胀水箱）：提供循环管路回水的暂存，或当补充水中断后暂时供系统提供用水；也是管路中空气排放重要场所。

安装在泵的进水口，保证进水的稳定；或制程机台相对低点；因制程机台的不同需求，需要水质较好的水源供给（RO，DI水等）。

5、背压阀：它的功能实现在阀门前形成一定的压力，压力一般可以调节。

背压安装每路支管路回水侧，以保证此支管路进机台的压力。

6、排气阀：PCW系统在主管道高点及每组支干管末端接支管处均增加排气阀。

工作原理：利用水的浮力阻塞放气口。当管道最高点存气时，水的浮力减少或没有了，放气口被打开，在有压水的作用下，空气从排气口排出，气排完时，水的浮力作用在简单机械装置上阻塞了放气口。不同于集气罐的排气，自动排气阀无需人工操作。

7、机台衔接：

管路采用不锈钢304材质，用丝牙连接，使用厌氧胶密封；完成机台衔接后，需做排水去除衔接时使用的胶水与铁屑；应进行保压测量检测有无泄漏。

8、加药设备成套加缓蚀剂、阻垢剂设备

加药系统主要由溶液箱、搅拌箱（带搅拌器）、计量泵、液位计、电控柜、管路、阀门、安全阀、止回阀、压力表、过滤器、底座、扶梯等组成（可根据用户实际要求配置）。加药系统根据所需药剂浓度，在搅拌箱内配制，经搅拌器搅拌均匀后投入溶液箱、用计量泵（加药泵）向投药点或指定的系统中输送所配制的溶液。

常用的溴类杀菌剂主要有以下几种：

①卤化海因：主要有溴氯二甲基海因（BCDMM）、二溴二甲基海因（DBDMH）、溴氯甲乙基海因（BCMEH）等。

②活性溴化物：为由NaBr，经氯源（HOCl）活化而制得的液体或固体产物。特点是可大幅度降低氯的用量，并相应降低总余氯量；

③氯化溴：是一种高度活泼的液体，需由加料系统加到水中，因其危险性较大，限制了其推广应用。

维修保养常见问题：

1、水泵

必需汽蚀余量NPSH：液体从泵吸入口流至叶片进口压力最低处的压力降；NPSHr越小泵抗气蚀能力越强。

汽蚀：离心泵运转中,液体压力沿着泵入口到叶轮入口而下降，在叶片入口附近压力Pk最低。此后由于叶轮对液体作功，液体压力很快上升。当压力pK小于液体输送温度下的饱和蒸汽压力pv时，液体就汽化。同时，使溶解在液体内的气体逸出。它们形成许多汽泡。当汽泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面的液体压力高于汽泡内的汽化压力，则汽泡又重新凝结溃灭形成空穴，瞬间内周围的液体以极高的速度向空穴冲来，造成液体互相撞击，对金属表面因冲击疲劳而剥裂。

气蚀产生振动和噪音：气泡的馈灭使液体打击金属表面，造成对金属表面剥裂；汽泡大量产生，会堵塞流道,使泵的流量、扬程、效率等均明显下降。