工藝冷卻水系統是用于半導體、微電子等行業(yè)中關(guān)鍵設備的 間接冷卻裝置。分為開(kāi)式系統和閉式系統,本篇就工藝冷卻水系統組成、工作原理、系統特點(diǎn)及系統模式選擇等內容進(jìn)行詳細介紹。

    工藝冷卻水的應用范圍非常廣泛，涉及到工業(yè)生產(chǎn)中的各方面，包括半導體、微電子、工業(yè)制冷機、火電廠(chǎng)中汽輪機排氣冷凝、大型中央空 調、煤化工、石化廠(chǎng)、天然氣管道降溫等場(chǎng)所均有大量的工藝冷卻水使用。在許多產(chǎn)品或工藝生產(chǎn)環(huán)境都要求配備潔凈廠(chǎng)房，車(chē)間全年要求溫度和相對濕度保持在一定范圍，其中一些生產(chǎn)過(guò)程發(fā)熱量大，工藝設 備需要低溫水冷卻降溫，甚至在冬季仍然需要空調供冷，為了滿(mǎn)足這些要求，必須建造工藝冷卻水系統，工藝冷卻水系統分為開(kāi)式系統和閉式 系統兩類(lèi)。

    1、工藝冷卻水系統組成及工作原理

    工藝冷卻水系統由以下幾部分組成：冷水機組、泵、熱交換器、水箱、過(guò)濾器、工藝設備。如圖1所示。

    冷水機組：給冷卻水系統提供冷源。

    水泵：對水加壓，保證其在冷卻系統中循環(huán)流動(dòng)。

    熱交換器：利用此設備使冷凍水系統與冷卻水系統產(chǎn)生熱交換，以將此系統負載端產(chǎn)生的熱量傳送給冷凍水系統。熱交換器種類(lèi)繁多，按其形式可分管殼式、板式、板翅式、熱管式等。相比較而言，板式熱交換 器具有占地面積小，傳熱面積大的優(yōu)點(diǎn)，考慮到半導體廠(chǎng)房空間面積造價(jià)特點(diǎn)，優(yōu)選占地面積小的設備，節約用地面積，節省了工程造價(jià)。

    水箱：開(kāi)式系統中水箱主要起到補充水源作用。閉式系統中水箱需要選擇膨脹水箱，膨脹水箱有三個(gè)作用，一是收容和補償系統中水的脹縮量；二是向密閉式循環(huán)水系統提 供穩定的壓力，起到系統穩壓的作用；三是作為系統補水泵的指示，通常由膨脹水箱發(fā)出信號啟動(dòng)或關(guān)閉系統補水泵。

    過(guò)濾器：過(guò)濾掉水中的固體顆粒雜質(zhì)，凈化水源。

    工藝冷卻水系統中有冷凍水和冷卻水這兩個(gè)相對獨立的系統，冷凍水由冷水機組提供，冷凍水與冷卻水進(jìn)行熱交換，使冷卻水降溫從而降低設備的溫度。從生產(chǎn)設備抽水經(jīng) 水泵至熱交換器通過(guò)控制冷凍水的量來(lái)保證工藝冷卻水的水溫，通過(guò)過(guò)濾器后送至生產(chǎn)線(xiàn)設備，再回到水泵。構成工藝冷卻水反復循環(huán)。冷凍水則直接回冷水機組。

    1.1風(fēng)冷與水冷冷水機組比較

    風(fēng)冷冷水機組是以空氣為冷（熱）介質(zhì)，作為冷（熱）源兼用型的一體化設備。如圖2所示。機組以其高效、低噪音、結構合理、操作簡(jiǎn)便、運行安全、安裝維護方便等優(yōu)點(diǎn)。

    風(fēng)冷模塊機組省去了冷凍水系統所必不可少的冷卻塔、水泵、鍋爐及相應的管道系統等許多輔件，系統結構簡(jiǎn)單，安裝空間省、維護管理方便且又節約能源。另外，冷凍水不暴露于空氣中，水的損耗很少，因此可以使用純水，避免了水質(zhì)過(guò)差的地區所造成 的冷凝器結垢，水管堵塞等現象，同時(shí)還節約了水資源。水冷冷水機組是靠水循環(huán)來(lái)達到冷凝效果，然后靠水循環(huán)來(lái)帶走一定的熱量 。

    工藝冷卻水的冷水設備；通常主要有“水冷螺桿機組”“水冷離心機組”兩種。如圖3所示。水的再冷卻是通過(guò)冷卻塔來(lái)進(jìn)行的，因此冷凍水在循環(huán)過(guò)程 中要與空氣接觸，部分水在通過(guò)冷卻塔時(shí)還會(huì )不斷被蒸發(fā)損失掉，因而水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增加。為了維持各種礦物質(zhì)和 離子含量穩定在某一個(gè)定值上，必須對系統補充一定量的冷卻水，通常稱(chēng)作補充水，并排出一定量的濃縮水，維持一定的電導率，一般通稱(chēng)冷卻塔排污。

    1.2冷水機組基本組成

    冷水機組主要構成部分有：壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、熱力膨脹閥四大部件。

    壓縮機：壓縮機是整個(gè)制冷系統中的核心部件，也是制冷劑壓縮的動(dòng)力之源。它的作用是將輸入的電能轉化為機械能，將制冷劑壓縮。

    蒸發(fā)器：蒸發(fā)器是依靠制冷劑液體的蒸發(fā)（實(shí)際上是沸騰）來(lái)吸收被冷卻介質(zhì)熱量的換熱設備。它在制冷系統中的功能是吸收熱量（或稱(chēng) 輸出冷量）。為了保證蒸發(fā)過(guò)程能穩定持久的進(jìn)行，必須不斷的用制冷壓縮機將蒸發(fā)的氣體抽走，以保持一定的蒸發(fā)壓力。

    冷凝器：在制冷過(guò)程中冷凝器起著(zhù)輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機排出的高壓過(guò)熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后，將其在工作過(guò)程吸收的全部熱量，其中包括從蒸發(fā)器和制冷壓縮機中以及在管道內所吸收的熱量都傳遞給周?chē)橘|(zhì)（水或空氣）帶走；制冷劑高壓過(guò)熱 蒸氣重新凝結成液體。（根據冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為三類(lèi)：水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。）

    熱力膨脹閥：熱力膨脹閥在制冷系統中既是流量的調節閥，又是制冷設備中的節流閥，它在制冷設備中安裝在干燥過(guò)濾器和蒸發(fā)器之間。如圖2所示。機組以其高效、低噪音、結構合理、操作簡(jiǎn)便、運行安全、安裝維護方便等優(yōu)點(diǎn)。

    風(fēng)冷模塊機組省去了冷凍水系統所必不可少的冷卻塔、水泵、鍋爐及相應的管道系統等許多輔件，系統結構簡(jiǎn)單，安裝空間省、維護管理方便且又節約能源。另外，冷凍水不暴露于空氣中，水的損耗很少，因此可以使用純水，避免了水質(zhì)過(guò)差的地區所造成的冷凝器結垢，水管堵塞等現象，同時(shí)還節約了水資源。

    水冷冷水機組是靠水循環(huán)來(lái)達到冷凝效果，然后靠水循環(huán)來(lái)帶走一定的熱量的冷水設備；通常有“水冷螺桿機組”“水冷渦旋機組”。如 圖3所示。水的再冷卻是通過(guò)冷卻塔來(lái)進(jìn)行的，因此冷凍水在循環(huán)過(guò)程中要與空氣接觸，部分水在通過(guò)冷卻塔時(shí)還會(huì )不斷被蒸發(fā)損失掉，因而 水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增加，最終導致結垢，為了維持各種礦物質(zhì)和離子含量穩定在某一個(gè)定值上，必須對系統補充一定量的冷卻水，通常稱(chēng)作補充水，并排出一定量的 濃縮水，通稱(chēng)排污水。

    1.2冷水機組基本組成

    冷水機組主要構成部分有：壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、熱力膨脹 閥

    壓縮機：壓縮機是整個(gè)制冷系統中的核心部件，也是制冷劑壓縮的動(dòng)力之源。它的作用是將輸入的電能轉化為機械能，將制冷劑壓縮。蒸發(fā)器：蒸發(fā)器是依靠制冷劑液體的 蒸發(fā)（實(shí)際上是沸騰）來(lái)吸收 被冷卻介質(zhì)熱量的換熱設備。它在制冷系統中的功能是吸收熱量（或稱(chēng)輸出冷量）。為了保證蒸發(fā)過(guò)程能穩定持久的進(jìn)行，必須不斷的用制冷壓縮機將蒸發(fā)的氣體抽走，以 保持一定的蒸發(fā)壓力。

    冷凝器：在制冷過(guò)程中冷凝器起著(zhù)輸出熱能并使制冷劑得以冷凝的作用。從制冷壓縮機排出的高壓過(guò)熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后，將其在工作過(guò)程吸收的全部熱量，其中包括從蒸 發(fā)器和制冷壓縮機中以及在管道內所吸收的熱量都傳遞給周?chē)橘|(zhì)（水或空氣）帶走；制冷劑高壓過(guò)熱蒸氣重新凝結成液體。（根據冷卻介質(zhì)和冷卻方式的不同，冷凝器可分為三類(lèi)：水冷式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器、蒸發(fā)式冷凝器。）

    熱力膨脹閥：熱力膨脹閥在制冷系統中既是流量的調節閥，又是制冷設備中的節流閥，它在制冷設備中安裝在干燥過(guò)濾器和蒸發(fā)器之間，它的感溫包是包扎在蒸發(fā)器的出口 處。其主要作用是使高壓常溫的制冷劑液體在流經(jīng)熱力膨脹閥時(shí)節流降壓，變?yōu)榈蜏氐蛪褐评鋭裾魵猓ù蟛糠质且后w，小部分是蒸汽）進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內汽化吸熱而達到制冷降溫的目的。

    2、開(kāi)式與閉式系統特點(diǎn)比較

    冷卻水系統分為開(kāi)式系統和閉式系統兩種，閉式系統主要由水泵、 板換、工藝設備、管網(wǎng)和定壓設備組成，開(kāi)式系統主要由水箱、水泵、板換、工藝設備和管網(wǎng)組成。

    開(kāi)式系統和閉式系統相同點(diǎn)：①均為間接傳熱；

    ②工藝設備對水質(zhì)要求比較高，故系統補水均需軟化水補水（可以采用純水站二級反滲透 水作為系統補水，不需要再增加水處理裝置）；

    ③系統冷媒均為冷凍機 冷卻水。

    開(kāi)式系統和閉式系統不同點(diǎn)：

    ①開(kāi)式系統冷卻水在水箱處和大氣局部有接觸；

    ② 開(kāi)式系統無(wú)法利用系統回水壓力，不節能。

    3、工藝冷卻水系統模式的選擇

    工藝冷卻水系統的模式分為開(kāi)式系統和閉式系統，在設計過(guò)程中如何選擇開(kāi)式系統和閉式系統，應根據以下幾種情況進(jìn)行選擇：

    ①當工藝設備最高處距離水泵板換設備高差比較大時(shí)（高差超過(guò)10m）， 建議采用閉式系統，這樣可以充分利用設備余壓及靜揚程；

    ②當工藝設備供水壓力要求很高但設備壓差不大時(shí)，建議采用閉式系統，這樣可以利用管網(wǎng)余壓減小水泵揚程，起到節能作用；

    ③當廠(chǎng)房工藝設備分期分批投產(chǎn)或設備更新調整比較頻繁時(shí)，考慮到系統可調試性，建議采用開(kāi)式系統，可以加快系統調試運行，同時(shí)系統由于增加了水箱，系統保有水量增加，冷源中斷時(shí)，具備一定事故緩沖能力。

    ④從節能角度考慮，采用閉式系統，可 以大大減小工藝冷卻水供水循環(huán)泵的揚程，一方面可以節約初投資，另一方面可以節約能源，減小運行費用。

    ⑤當設備冷卻水溫度在最熱天能用冷卻塔直接降溫或業(yè)主要求投資少時(shí)，可以采用開(kāi)式系統。當設備冷卻水進(jìn)水溫度采用開(kāi)式冷卻塔無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)采用閉式系統，利用冷凍水作為冷媒。

    4、建議

    工藝冷卻水系統在半導體、微電子等行業(yè)中應用非常廣泛，為了在提高系統工程的穩定性、降低工程成本以及節能等方面取得良好效益，在系統工程設計過(guò)程中根據實(shí)際使用情況選擇理想的運行模式顯得非常重要。本篇簡(jiǎn)單介紹了工藝冷卻水系統組成、工作原理、系統特點(diǎn)及系統模式選擇等內容，僅供各位廠(chǎng)務(wù)同仁在設計 工藝冷卻水系統時(shí)參考。 來(lái)源：商業(yè)新知