為一大型鍛造公司PAG淬火液冷卻閉式冷卻塔選型計算過程熱量計算過程和設備選型依據(jù)
工況要求
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基礎參數(shù) |
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PAG介質(zhì)槽用途 |
主要用于42CrMo材料鍛件淬火 |
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槽體使用尺寸 |
5000mm×2200mm×3400mm |
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PAG成分 |
聚烷撐二醇聚合物 |
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PAG濃度 |
12% |
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淬火前工件溫度 |
845℃ |
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淬火前槽液溫度要求 |
20℃～35℃（30℃-35℃即可） |
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淬火工件板次 |
兩板次，每板淬火時間15min，兩板間隔15min |
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工件淬火時間 |
15min。第一板淬火浸入時間為15min，在第二板工件入槽前，仍要求槽液溫度控制在20℃～35℃。 |
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單板重量 |
12件+裝料板共計2000kg。 |
熱量計算過程
一、熱量來源
1. 工件42Crmo為含碳量為0.42%的合金鋼，淬火液（PAG）溫度升高的熱量來源是工件加熱后所釋放出來的熱量。
2. 工件42Crmo的比熱為C=0.167 kcal/kg·℃。在900℃時熱容為cΔt=0.167 kcal/kg·℃×900℃=150 kcal /kg。即1kg42Crmo在900℃時的熱量是150kcal，也可以認為1kg42Crmo在900℃時可以釋放的熱量是150kcal。
3. 42Crmo工件總質(zhì)量為2000kg。
4. 總熱量為Q總=c·m·Δt=0.167kcal/kg·℃×2000kg×900℃=300000kcal。
二、時間
1. 第一板淬火時間為15min，即第一板工件淬火浸入時間為15min后出淬火槽。第一板工件入淬火槽15min要把845℃的42Crmo工件溫度降至40-50℃，淬火槽中的淬火液要在15min內(nèi)吸收2000kg工件釋放的熱量。
2. 第一板工件出淬火槽后間隔15min為淬火槽迅速冷卻時間。
3. 第一板淬火工件浸入時間和間隔15min后第二板工件入淬火槽，相當于15min+15min=30min時間為第一板入淬火槽后淬火液冷卻時間。
三、淬火液（PAG）溫度
淬火槽容積V=長×寬×高=5m×2.2m×3.4m=37.4m³
考慮到如果滿液后淬火工件入淬火槽會溢出，實際淬火槽中的淬火液V≈36m³。
PAG成分為聚烷撐二醇聚合物，濃度為12%，可以按水的吸熱能力計算：
C水=1kcal/kg·℃。假設36m³的淬火液把第一板的2000kg42Crmo工件熱量在30min內(nèi)全部吸收，在不進行淬火液冷卻的情況下，淬火槽的溫度要升高的溫度Δt如下：
C水 ·m 1kcal/kg·℃ ×36000kg
假設第一板工件浸入淬火液時的溫度在20℃時，淬完第一板后淬火液溫度為20℃+8.3℃=28.3℃＜35℃，可以不用對淬火液進行冷卻就可以進行第二板工件淬火。
第一板工件淬火前淬火液溫度在多少度時，第二板入淬火槽時需開啟冷卻裝置對淬火液進行冷卻：35℃-8.3℃=26.7℃≈27℃。即第一板淬火前淬火溫度≥27℃時要開啟冷卻裝置進行循環(huán)冷卻。
在濕球溫度28℃和夏季酷熱溫度時，閉式冷卻系統(tǒng)散熱溫度可控制在32℃，不能低于32℃，如果低于32℃那就需要用壓縮機來輔助制冷。所以設計該項目時淬火前槽液溫度要求32-35℃設計。在能滿足32℃-35℃條件下，其它季節(jié)（春秋冬）就可以少開或不開冷卻系統(tǒng)。其可以通過溫控裝置設置來控制閉式冷卻系統(tǒng)的運行。
另注：通常碳鋼淬火溫度控制在20-45℃區(qū)間為較合理經(jīng)驗值區(qū)間。
四、閉式冷卻塔選型依據(jù)
閉式冷卻塔選型其中一項是按每小時散熱能力衡量，30min（0.5小時）要散熱300000kcal的熱量，相當于300000÷0.5=600000kcal的換熱能力的閉式冷卻。
1kw=860kcal
600000÷860=698kw
閉式冷卻塔冷卻能力要＞698kw，江蘇華塔冷卻技術(shù)有限公司的閉式冷卻塔HBY-22E冷卻能力為726kw＞698kw，故選型為HBY-22E。
閉式冷卻塔的冷卻余量
一、698kw的發(fā)熱量為理論Max發(fā)熱量，實際發(fā)熱量是要小于698kw的。具體有以下幾個方面：
1. 42Crmo工件從845℃淬火后工件溫度不是降到0℃，而是在40-50℃的區(qū)間上，以50℃時，此時工件含熱量：
Q1= c·m·Δt=0.167kcal/ kg·℃×2000kg×50℃=16700kcal，即約為20kw.
二、 42Crmo工件在845℃時，熱容=0.167kcal/ kg·℃×845=141kcal/kg
與900℃時150kcal/kg熱量相差：
Q2=（150-141）kcal/kg·2000kg≈20000kcal，即約為23kw。
Q1+ Q2=20kw+23kw=43kw
726kw÷（698kw-43kw）≈1.11，即有11%的富余量。
三、假設第二板淬火液溫度控制在33℃時，33℃-32℃=1℃的熱量要被36m³的淬火液吸收，那么：
Q3=cmΔt=1 kcal/ kg·℃×36000kg×1℃=36000kcal，即（÷860）≈42kw。
Q1+ Q2+ Q3=85kw
726kw÷（698kw-85kw）≈1.18，即有18%的富余量。
四、假設第二板淬火前淬火液溫度控制在34℃時，34℃-32℃=2℃的熱量要被36m³的淬火液吸收，那么：
Q4=cmΔt=1 kcal/ kg·℃×36000kg×2℃=72000kcal，即（÷860）≈84kw。
Q1+ Q2+ Q4=127kw
726kw÷（698kw-127kw）≈1.27，即有27%的富余量。
五、假設第二板淬火前淬火液溫度控制在35℃時，35℃-32℃=3℃的熱量要被36m³的淬火液吸收，那么：
Q5=cmΔt=1 kcal/ kg·℃×36000kg×3℃=108000kcal，即（÷860）≈126kw。
Q1+ Q2+ Q5=169kw
726kw÷（698kw-169kw）≈1.37，即有37%的富余量。
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