省水9.22%、降本8.93%！闭式海水冷却系统如何实现“看天调温”？

在沿海工厂里，工业冷却系统就像一台24小时运转的“散热机”——但传统冷却塔靠蒸发淡水降温，不仅每月要补大量淡水，设备还因水杂质腐蚀频繁“罢工”。有没有办法让冷却系统既省水又省钱，还能根据季节“智能调温”？我国中国石油大学（北京）联合杭州华电双冠能源科技有限公司的研究团队，在《Frontiers of Chemical Science and Engineering》期刊上给出了答案：通过多周期优化的闭式海水冷却系统，让工业冷却像“智能空调”一样，随季节动态调整，比传统冷却塔省水近10%，总成本降低近9%。

传统冷却的“老大难”：费水、费电、不抗变

工业冷却有多“耗水”？数据显示，循环冷却水占工业总用水量的70%。传统系统依赖冷却塔，水在蒸发散热时不断流失，每月得补大量淡水；同时，水与空气接触会吸收微生物和灰尘，设备腐蚀严重，维护成本高。沿海地区虽有丰富海水可用，但现有海水冷却技术多假设参数不变（比如固定海水温度），遇到夏季海水升温或冬季气温骤降，系统效率就会“打折扣”，甚至无法满足生产需求。

多周期优化：给冷却系统装“季节感知器”

研究团队的关键突破，是引入“多周期优化”——把环境温度、海水温度等参数的月度变化考虑进去，让系统能“看天行事”。他们构建了一套包含空冷器（用空气散热）、水冷器（用循环水散热）和板式换热器（用海水给循环水降温）的闭式系统，通过数学模型（混合整数非线性规划）和GAMS软件优化，找到不同月份下最经济的运行方案。

具体怎么做？
一是“空冷+水冷”协同。冬季气温低时，空冷器“挑大梁”，减少循环水用量；夏季气温高时，水冷器“接主力”，避免空冷器因温差小效率降低。二是闭式循环设计。循环水不与空气接触，减少蒸发损失，通过板式换热器用海水降温，省去冷却塔的淡水补充。三是动态匹配海水用量。根据每月海水温度变化，调整板式换热器的热交换量，确保循环水温度稳定，同时避免海水过度使用。

实验结果：省水又省钱，极端天气也稳

团队用某炼油厂的10股热流数据做了5种场景对比，结果令人眼前一亮：

• 仅用空冷器（场景1）：成本最高（383万美元/年），因为空冷器受气温影响大，极端天气需加大风量，电费飙升。
• 传统冷却塔+水冷（场景2）：成本219万美元/年，但每月要补大量淡水。
• 闭式海水冷却（场景3）：成本降至125万美元/年，省水效果初显。
• 闭式海水+空冷协同（场景5）：成本最低（94.7万美元/年），比传统冷却塔系统省8.93%，循环水用量直接减少65.16%！

更“聪明”的是，系统能随季节动态调整：冬季空冷器承担更多负荷（循环水用量少），夏季水冷器“接棒”（循环水用量增加），板式换热器的海水用量也随季节波动调整，极端高温或低温时仍能稳定运行。

未来：沿海工业的“绿色冷却”新标配

论文指出，这种闭式海水冷却系统特别适合沿海地区——既解决了淡水短缺问题，又通过动态优化降低了运行成本。虽然需要额外投资板式换热器等设备，但长期看节省的水费和电费能“回本”。未来，团队计划将模型拓展到数据中心、化工园区等更多工业场景，让“看天调温”的绿色冷却成为沿海工业的新标配。