循环冷却水系统范文

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Abstract: in this paper, the modern civil air conditioning cooling water circulating system cooling tower of the selection, and handling of circulating water piping layout of the cooling water system in more detailed analysis, and the paper tries to solve the problems existing in the design, so the system can achieve rational, the economy, the purpose of saving energy.

Key word: cooling water circulating system selection treatment of cooling water piping layout

中图分类号： U664.81+4文献标识码：A文章编号：

引言

随着国民经济的发展，使用集中式空调系统的建筑越来越多，能耗也随之增大。作为空调系统中循环冷却水系统，虽然水量较小，设备为定型产品，水质要求较低，季节性运转等，但设计中对一些具体的细节问题，关注不够，造成冷却水系统水温降不下来，系统能耗过大，运转操作不便等问题，甚至由于空调冷却水系统的结垢、腐蚀和藻类滋生造成循环水系统管道的堵塞和腐蚀。为有效解决上述问题，下面从冷却塔选型，循环水的处理，系统管道的布置几个方面进行分析。

1循环冷却水系统设备的合理选型

1.1注重设计基础资料

为保证冷却塔的冷却效果，必须注重气象参数的收集， 气象参数应包括空气干球温度θ（℃），空气湿球温度τ（℃），大气压力P(Pa)，夏季主导风向，风速或风压，冬季最低气温等。

根据《采暖通风与空气调节设计规范》和《建筑给水排水设计规范》，冷却塔设计计算所选用的空气干球温度和湿球温度，应与所服务的空调等系统的设计空气干球温度和湿球温度相吻合，应采用历年平均不保证50小时的干球温度和湿球温度。

1.2循环冷却水量确定

确定冷却循环水量时，首先要清楚准确地了解空调负荷及空调设备要求的冷却循环水量，同时还要关注空调机的选型，一般可根据制冷量（美RT），估算冷却循环水量Q（m3/h），对于机械式制冷：离心式、螺杆式、往复式制冷机，Q=0.8RT。对于热力式制冷：单、双效溴化锂吸收式制冷机，Q=(1.0-1.1)RT 。

1.3冷却塔选型

民用建筑冷却塔选型一般选超低噪音逆流冷却塔，逆流塔冷却水与空气逆流接触，热交换率高，当循环水量容积散质系数βxv相同，填料容积比横流式要少约20%-30%，对于大流量的循环系统，可以采用横流塔，横流塔高度比逆流塔低，结构稳定性好，有利于建筑物立面布置和外观要求。

冷却塔选型时应考虑一定余地，我们在工程设计时，一般按制冷机样本所提供的冷却循环水量的110%-115%进行选型。防止由于环境，管道结垢等原因影响冷却水系统的效率。

2循环冷却水处理

冷却水的处理方法可分为化学法和物理法。

2.1化学法。目前，大型冷却水系统多采用化学方法，为此必须在冷却水中加入阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂及其配套的清洗剂等，从而形成了冷却水的全套水处理技术。可供设计大型空调冷却水处理的参考。由于阻垢可保证传热效果（节能），级蚀剂、杀菌灭藻剂可减少设备腐蚀，延长设备寿命均属正效益，所以被世人所关注。

2.2物理方法：是近几年开始普遍广泛使用的一种方法，该方法运行费用低、使用方便、易于控制、无污染是一种比较理想的水处理方法，实际上国外早在60年代便把注意力由化学方法转移到物理方的开发上来。目前，应用的物理方法有磁力法、电解法、超声法、静电法等。

电解法能抑制水垢的附着，但是除垢不彻底，且具有电解孔蚀的危险 ；早期应用的磁力法稳定性比较差，长时间使用不能控制积垢，必须定期清扫积聚在控制器中的氧化铁；而静电法则克服了上述诸方法的缺点，并且，除了防垢和溶垢外，还有显著的杀菌灭藻的效能。但是静电法和电子水处理法缓蚀作用较专用的化学缓蚀略低，在一般空调冷却水系统内可不考虑采用其它缓蚀方法。而在一些对缓蚀要求较高的系统最好同时适量添加一些缓蚀剂，可获得更好效果。

3冷却水系统的管道布置

冷却水系统的管道布置虽然比较简单，但如果考虑不周，也会出现一些问题。由于循环冷却水系统是开式系统，如果冷却塔集水盘容积小或冷却塔距水泵距离太远及并联运行的冷却塔出水管阻力平衡严重失调，就会使空气混入水中，进入水泵并压入管道中，引起严重的水锤致使水泵出水管及其管件损坏。所以，冷却水系统应注意下列几个问题：

3.1冷却塔并联使用时管道阻力平衡，冷却塔与泵的距离不能太远；泵应布置在冷水机组的前边（即将冷却水压入冷水机组中）；并且，泵应作成自灌式；避免泵的吸水管上下翻弯。另外，冷却泵、冷水机组、冷却塔宜做成一一对应，以便于调节和流量平衡，如果不能实现上述控制时，应采用自动控制系统，冷却塔的进出口处均应设电磁阀，且应同步开、关。或在每台冷却塔的进、出水管上设置平衡阀以保证每台冷却塔的进水量满足其额定流量。为提高吸水管的集水量，设计吸水管时可适当加大吸水管的管径。

3.2选择冷却塔时首先应注意产品样本给出的性能参数与该产品实际性能的差距。其中包括产品样本的不实及工程建设地点的气象条件与产品标定性能的测试条件不同等因素。要按照工程地点的气象条件进行校核。并应根据该产品的工程应用经验采取相应的调整措施。有时不得不采用较大的裕量系数。

3.3冷却塔一般安装在高层建筑的裙房屋面。因距离主楼较近，所以尚应考虑冷却塔的吸风距离、防火、噪声、漂雾等问题。

3.4选择冷却水泵时要根据冷却水系统的循环阻力，输水高差及自由水头决定，不宜富裕过多。水泵的流量应按校核后的冷水温差决定。多台泵并联工作时要按并联曲线进行计算和校核。不能盲目地按台数进行水量叠加。

3.5关于冷却水系统的集水池，以往在设计冷却水设备时，其集水池的容积大多按冷却水量的10%设置（见空调制冷手册）。这一要求在选用集水型冷却塔时已不适用。集水型冷却塔带有自身的集水箱，其容量较小，但实际证明亦能满足冷却水泵工作的需要。目前的空调冷却水系统，白于受建筑条件的限制，多数无法设置大型、符合10%冷却水要求的集水他。所以，依靠冷却塔本身的集水箱并做好水位保持及补水即可。有关资料推荐，集水箱的容积一般为冷却水量的2%一3%，建筑条件许可增设水池，其容量也不宜过大，不需要按冷却水量的10%设置。只要能容纳冷却水系统的水量，能够保证冷却水泵正常起动和工作即可。

4结束语

透过分析我们知道，冷却循环水系统运行使用的关键在于正确选择设计参数，必要的水处理措施以及系统管道布置的是否合理，使之节能，高效地行，满足现代建筑功能的需求。

参考文献：建筑学生联盟&Z8\ T e f3g Z

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0 引言

在钢铁行业中，为了保证炼铁、炼钢、轧钢各种设备的正常运行，工业循环冷却水系统中的供水温度就需有效的控制，其中各种形式冷却塔是通常采用的冷却设备之一。通常冷却塔的冷却效果主要由气水比来决定，同等质量流量的热水用同等质量流量的空气进行热交换实现冷却塔的降温目的，一般常用电机驱动风机获取空气。但随着钢铁行业节能降耗需求的日益突出及环保要求，冷却塔的技术改造就慢慢凸现出来，如果冷却塔改用水轮机来驱动，那么水轮机的轴功率与电机功率相同即可实现。水动风机冷却塔是利用水轮机代替传统风机电机作为冷却塔风机的动力源，使风机由电力驱动变为水力驱动，达到节能环保的目的，而水动风机冷却塔的结构、外形、尺寸、冷却原理基本都不需改变。

1 水动风机冷却塔工作原理

通常普遍使用的电机驱动风机冷却塔原理是：用电动机通过联轴器、传动轴、减速器来驱动冷却塔的风机，风机的抽风使进入冷却塔的水流快速散热冷却，然后又由水泵加压将水流输送到需要用水冷却的设备使用后再引入冷却塔冷却，达到冷却水循环使用。而水动风机冷却塔是需要用水冷却的设备使用后先引入水轮机，水轮机驱动冷却塔的风机抽风使循环冷却水快速散热，水轮机利用冷却塔上塔水流的富余的综合能量进行工作。通常工业循环冷却水在热交换设备和冷却塔之间的循环是通过水泵来驱动的，各循环水系统中的工艺需求水量很难被精确的计算出来，在计算系统水流量时，考虑安全生产及各个方面的因素，都会在满足系统需求水量的基础上增加10%-20%的余量来确定水泵的流量；同时在整个循环水系统中，每段管道、弯头都有一定的阻力，冷却塔的位置高低、换热部件的阻力及压力都会在系统中产生阻力，这些阻力也不能很精确的计算出来，一般计算的阻力值只是一个大概的数据，根据这个数值在选择水泵的扬程时，就在克服所计算出的阻力数值的基础上一般增加10%-20%的余量来选型。因此，整个工业循环冷却水系统中水泵的水量、扬程是富裕的。水动风机冷却塔水轮机就是充分利用这些富余的综合能量来驱动风机的转动。

2 水动风机冷却塔结构

2.1 水动风机冷却塔大体结构

水动风机冷却塔与传统的电机驱动风机冷却塔相比，两者冷却塔结构大体相似，水动风机冷却塔上部为风筒下部为塔体玻璃钢挡水板，内部结构从下到上依次是：填料、布水管、收水器、水轮机基座、水轮机进出水管、水轮机、风机等。

2.2 水轮机的结构及特点

水轮机是由蜗壳、座环、转轮、轴、轴承、尾水管、注油管路、刹车装置、监控装置等构成。蜗壳形如蜗牛的外壳，具有减缩的断面，可以保证水流均匀地进入水轮机，座环除了支撑水轮机的有关部件外还起到调节水流方向的作用，水轮机的转轮是水能转变为旋转机械能的主要部件，做功后的水流经尾水管进入布水器。水轮机具有以下的特点：（1）刹车装置（1000T以上选配用）。水动风机冷却塔在停运时，外界空气密度高而塔内湿热空气密度低，塔内、塔外产生压力差，使风机叶片在压力差作用下继续旋转给进塔检修带来安全隐患，故设计有叶片停转的刹车装置。（2）独特的注油装置。具有两个独立的轴承室和独立的注油管路保证水轮机的稳定运行。（3）全方位的监控装置（选配用）。具有叶片转速监控、震动监控、水温监控及压力监控保证循环水系统的工艺需求。（4）独有的尾水管设计。保证水轮机发挥最大效率。

3 工业循环冷却水系统水动风机冷却塔应用改造

3.1 改造工程概况

新疆八钢冷轧彩涂循环冷却水系统冷却塔为方型逆流式冷却塔，公司本着节能降耗、降低生产成本的原则，拟对原有的彩涂净环水冷却塔进行节电改造，原先彩涂净环水系统设施参数：

3.1.1 冷却塔部分（表1）

3.1.2 水泵部分（表2）

彩涂净循环冷却水系统冷却塔风机可进行改造，经研究决定在原来基础上用水轮机替代电机和减速机，只需在原有管路上引出一条旁路接到水轮机，再将水轮机的尾水管连接布水器的原有管路即可，无需改动填料和布水系统，改造工作量较小（图1），易实施。

图1 冷却塔改造前后对比图

3.2 改造后水动风机冷却塔的运行情况

通过对八钢冷轧彩涂循环冷却水系统冷却塔改造后的运行状况来看，改造后的水动风机冷却塔经过与原先传统冷却塔对比基本原先进水管是在上升至布水器高度后与布水器接通实现布水的，而改造后进水管将上升至原电机所处高度位置经风筒进入冷却塔与水轮机接通，此与布水器将有2～4m的落差距离，其势能所形成的压力将进一步增强了布水器喷头布水的效果，使彩涂循环冷却水降温效果提高；改造后的风机的转速是随着循环水量的变化而变化的，减少了因水量减小而风量过大造成的飘水损失，极大的减少了工业新水的补水量；根据新疆的气候情况，冬天的冷却塔风机有时是需要停转的，依靠寒冷的空气实现自然温降，如果风机开，则会产生很严重的结冰现象，改造后的水动风机冷却塔，通过上水管路所设的旁路及控制阀门的开度来调整实现防冻保温：（1）水轮机不供水，水轮机依靠风机旋转的惯性完全可以把水轮机内的水分排干，通过旁路直接供水到布水器布水；（2）水轮机供一点水，维持风机能够旋转即可，主要通过旁路供水到布水器，冬季防冻保温措施简单便捷，节约了较多的保温防冻材料。

4 结语

水动风机冷却塔的应用前景较好，在节能降耗、降低生产成本的大环境下，不论是改造也好，新建工程也好，冷却塔节电改造的优势在于：（1）节能节水：无电机和电控设备，节电显著；飘水损失大为降低，减少补水；（2）环保：无电机和减速箱，大大降低冷却塔震动和噪声，减少对环境的污染；（3）经济：取消电机、减速箱、传动装置及配电装置等，免除日常维护保养费用；（4）安全稳定：无任何电气设备，杜绝了漏电现象，事故源减少，故障率大为降低；（5）冷效：风量随水量增减，保持冷却塔的气水比在最佳状态，冷却效果好；（6）通用：凡是使用传统冷却塔的场合，均可采用水轮机冷却塔，进行节电改造。

【参考文献】

[1]张飞狂.冷却塔水轮机[P].中国专利：专利ZL02216-112.X，2003-01-08.

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大型空分设备用户是能源消耗大户，蕴藏着巨大的节能潜力，其主要关键设备的节能技术已不断取得发展，而循环冷却水系统的节能优化，空分行业对此研究较少。近年来，杭氧对空分项目的循环冷却水系统的节能从理论到实践进行了全面、系统的研究，认为空分项目的循环冷却水泵的扬程余量太大（大部分扬程为45～60m，而实际只需30～35m），余量达到29%～71%，因此仅合理配置水泵扬程，平均就有30%左右的节能空间；同时，由于冷却水流量安全系数重复考虑，造成确定的水泵流量不合理，虽然换热设备冷却水供、回水温差设计值为8～10℃，但实际运行时温差大多为4～6℃，有的更小。尽管有些企业已经实施了一些节能改造，但大多从表象出发，没有抓住本质，盲目性大，因而节能不彻底，效果欠佳。空分项目的循环冷却水系统庞大，其节能空间相当可观。循环冷却水系统的节能工作，需要创新设计，只有在正确、系统的理论指导下，从设计源头入手，才能少走弯路。

1传统循环冷却水系统设计和运行中存在的问题

1.1盲目选择水泵扬程。长期以来，空分行业以产品技术附件中的“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”等内容为依据来确定循环冷却水泵的扬程，大部分选45～60m。理论上，这个做法是一大误区，水泵扬程的确定应根据流体力学基本原理对具体的工程进行详细水力分析计算后确定。实际上，这样确定的水泵扬程余量太大，表现为：如果所配电机功率比较小，则管路上的阀门就不能完全打开（一般只能开30%），需要人为增加阻力损失才能安全运行；如果所配电机功率比较大，水泵就会在超大流量工况下运行，不仅水泵效率低，而且易产生叶轮汽蚀、噪声大、振动大等不利安全运行的问题，同时，如果超额的流量对传热影响不大，本身就是浪费。总之，盲目确定水泵扬程，既浪费投资又使运行能耗增高。1.2缺少必要的水力分析计算。除了水泵扬程的选择缺少必要的水力分析计算外，各换热设备支路也没有经过水力平衡分析设计，阻力损失小的支路实际流量大大超过设计流量，造成流量浪费；阻力损失大的支路实际流量小于设计流量，造成冷却效果不理想，这时只能通过关小阻力损失小的支路上的阀门，提高整个系统的阻力，来调节流量平衡。如果某个支路的阻力损失特别大，这种做法就更不合理。而且，如果没有经过必要的水力分析计算，循环冷却水供水干管在空冷塔位置的压力就没有数据，空冷塔常温水泵和冷却水泵的扬程确定必然盲目，要么过高，要么过低。如果循环冷却水系统变流量运行，更会出现这种情况。1.3不恰当地应用变频调速技术。先盲目增加水泵扬程或流量的余量，再增设变频调速装置，将扬程或流量降下来。这种做法不可取：不仅要增加一大笔投资，而且水泵不可能在高效区工作，变频系统本身也有一定的能量损失，附属装置增加，故障率和维修量均增大。应用变频调速技术的目的是在变工况时调节流量。一台工频泵和一台变频泵联合工作，当变频泵改变流量时，工频泵的流量朝与其相反的方向改变，不能充分发挥变频调速的作用。同时变频泵不可能频率降得很低，否则，变频泵提供的压力比工频泵的低得多，变频泵就泵送不了水。1.4对变频调速系统盲目采用压力自动控制。在市政供水和采暖空调供水系统中，当流量改变时常采用压力自动控制方式，有其具体原因。而盲目地将这种压力自动控制方式应用到空分项目，就会人为增加系统阻力，不利节能。1.5为达到运行工艺要求人为增大阻力损失。受产品技术附件中“供水压力0.45MPa，回水压力0.25MPa”等内容的影响，很多用户都认为“只要压力上去就好”“只要水回得去就好”，一旦回水压力低，水回不去，就去关小回水管阀门。这是运行中的一大误区。循环水泵供水的目的是供给换热设备冷却水流量而不是压力，应该是流量达到要求就好。对一个水力性能可调系统，流量与压力没有直接关系，而换热设备进、出口压差与该设备的流量有直接对应关系（换热设备水力性能已固定），设计和运行时希望系统阀门全开，各点的压力最低，而流量恰好满足要求。1.6不合理确定水泵流量。确定水泵流量的各环节都考虑安全系数，造成重复考虑；工程设计时没有确切的换热设备水流量作为依据，更没有相应的水阻力损失可参考，得出的总流量是个大概数，因此多数情况下所配水泵流量远大于换热设备的设计流量，水泵扬程偏高使实际运行流量进一步增大。实际运行中又认为流量大总是好的，流量大可以使压缩机级间冷却器的空气温度降得更低，可以降低压缩机的功耗。这些都造成水泵流量确定不合理，使大流量、小温差运行成为一种习惯。1.7通过关小水泵进水管阀门来调节水流量。大流量运行对水泵节能和运行不利，所以有的企业采用关小水泵进水管阀门的办法。这种方法操作快，节能效果明显。但是，增加水泵进水管阻力，很容易使叶轮汽蚀，进而使水泵运行效率降低、振动大、噪声大等。1.8不考虑实际湿球温度，冷却塔出水温度一律定为32℃如青海省西宁市的夏季空气调节室外计算湿球温度只有16.6℃，而冷却塔的进、出水温度依然设定为42、32℃。本来可以充分利用气候条件，有效降低压缩机能耗，却被不合理的设计人为抹杀。

2通过创新设计实现先天节能

循环冷却水系统节能改造已形成一个产业，改造规模大且节能效果明显。空分行业传统地以“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”、《氧气站设计规范》（GB50030—2013）标准要求压缩机等设备用冷却水水压宜为0.15～0.50MPa等为依据确定循环水泵扬程，已不能适应节能减排、企业增收节支的需要，设计方法要创新。2.1合理确定水泵流量。首先要合理确定设计工况时的冷却水流量，即夏季装置满负荷运行时所需冷却水流量。冷却水流量大小影响水泵与压缩机、汽轮机的综合能耗，冷却水流量大，对降低压缩机、汽轮机能耗有利，而对降低水泵能耗不利；反之，则对降低压缩机、汽轮机能耗不利，而对降低水泵能耗有利。因此，需要确定一个使压缩机、汽轮机能耗与水泵能耗之和最小的合理流量。根据传热学传热系数公式可以看出，在放热侧的传热系数一定的情况下，在水流速比较小时，换热器的总传热系数随水流速增大明显增大，但当水流速增大到一定程度以后，传热系数就基本不变。因此，流量大到一定程度后，再增大流量，只会增加水泵能耗，不会降低压缩机、汽轮机能耗，这部分流量完全浪费。而处于对总传热系数有影响的流量范围，杭州杭氧制氧机研究所有限公司已有初步研究结论：加大流量后，水泵增加的能耗比压缩机减少的能耗多；并建议供、回水温差在8～10℃运行比较合理，水泵流量安全系数的选择由工程设计统一考虑，其他环节不考虑。2.2科学确定水泵扬程。在合理确定水泵流量的基础上，科学确定水泵扬程。即先合理布置总图，综合考虑投资与运行费用、操作与维修便利性等因素，合理设计管路系统，经反复验算，力求各环路水力平衡、总体阻力损失最小。再计算最不利环路所有局部、沿程阻力损失和净扬水高度（循环水池液面至冷却塔喷头的高度差），作为确定水泵扬程的依据（对个别阻力特别大的换热设备支路要单独考虑增压）；并根据伯努利能量方程计算出供水干管在水冷塔、空冷塔位置的压力，作为空冷塔选取增压泵和判断水冷塔能否直接供水的依据。由上述2点可以确定系统基本水泵的配置，这是最根本的。之后，在固定工况下，系统运行时一次性调节好支管流量平衡阀门，其他阀全开，流量恰好满足要求，系统阻力处于最小状态，平时不用调节阀门、关注压力，操作简化。2.3合理采用变工况时的流量调节措施。循环冷却水系统管道按设计工况即最大流量设计，在科学确定基本水泵配置的基础上，在生产负荷变小或冬季环境温度降低需要降低流量时，要充分利用流体力学原理：“对已定型的系统，流量与水泵功率接近成三次方关系”，水泵功率随流量快速下降，可以在减小流量时取得更可观的节能效果。应根据具体条件采用恰当的辅助手段，如更换叶轮、大小泵搭配（小泵扬程也小）、改变运行台数、双速电机、变频调速、永磁耦合调速和大型水泵采用汽轮机拖动等来减小供给流量，实现变工况时的流量调节。变频调速应用在需要经常频繁调节流量的场合最合适。如果采用变频器调速，建议最好采用所有工作泵同时变频，增加的投资与减少的能耗成本相比微不足道。变频器的调节，在不低于最小流量的前提下，通过观察工艺冷却效果，采用人工调节就可以。设计和运行时要尽可能使阀门全开，尽可能减小系统阻力损失，使流量减小时压力自然降低。2.4合理确定冷却塔出水温度。在不超出常规冷却塔投资的前提下，对夏季湿球温度低的地区，充分利用环境温度优势，降低冷却塔设计出水温度（如西宁市可设定为22℃），很小的代价（冷却塔投资没有节省）就可取得降低压缩机能耗的大效果。2.5选用高效节能型设备和阀门。选用高效节能型水泵固然重要，但工程设计时要保证所选水泵能在高效区运行。如果所选水泵性能与实际装置管路水力性能偏差太大，即使所选水泵效率很高，实际运行时效率也会很低。选择传热系数大、阻力损失小的换热设备和止回阀等，对空分项目循环冷却水系统的节能同样十分重要。

3对已建项目进行节能改造

从长期运行考虑，对已建项目进行节能改造的原则同样遵循新项目设计的思路。对于已经投入运行的循环冷却水系统，都可以通过调整管路上阀门的开度直接读出压力，经过简单计算，就可以确定系统在设计流量下实际所需扬程。如果能根据每个换热设备在设计流量下的阻力进行水力分析计算，进一步验证所测扬程是否可靠，可靠性就更高。3.1对基本配置水泵的改造。基本配置水泵的本质问题是扬程过高、流量偏大，为尽可能一劳永逸、一劳永利，改造方案首选是更换叶轮。如果原叶轮在该型号水泵中属没切割过或切割很少，应首先考虑原型叶轮切割，或者选用改型叶轮。这是最经济、最方便的改造措施。其次，更换泵头，改造内容稍多，需更换水泵进、出口短接头，地脚螺栓孔有时也要调整，投资成本稍高。最后才是更换水泵，工作量大，投资成本最高。3.2变流量时的辅助手段改造。在对基本配置水泵进行改造的基础上，如果要根据生产负荷变小或冬季环境温度降低来减小供给流量，同样可以根据具体条件采用恰当的辅助手段，如更换叶轮、大小泵搭配、改变运行台数、采用双速电机、变频调速等。

4实施节能技术后的经济效益

采用节能技术后，新建项目如不设变频调速装置，投资成本有所降低；对已建项目进行改造，即使更换新泵，半年内也可收回投资成本。因此，其投资成本基本可以忽略。据气体分离设备行业统计，截至2016年，我国深泠分离法制空分设备的总规模在3300万m3/h左右，循环水用电功率估计在100万kW左右。根据调查研究分析，如果合理配置水泵扬程，约有30%的节能空间，每年可节电约57.6亿kW•h；而且，空分设备每年以数百万m3/h的规模增加（2014年新增292万m3/h），节能空间非常大。

5建议

5.1明确换热设备的水流阻力损失值。换热设备的水流阻力损失是换热设备的一个重要技术性能参数，不可缺少，它不仅用于工程设计时确定系统总阻力，而且在进行各支路水力平衡、优化供水方案时也不可缺少（对某个阻力损失特别大的换热设备，而流量又占总流量的小部分时，可考虑局部增压）。5.2完善空分设备技术附件的相关内容。如果空分设备由专用的循环冷却水系统独立供水，空分设备技术附件中“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”的内容容易造成设计和运行的误区。如果空分设备由大厂的循环冷却水系统集中供水，在每个装置点确实需要提供供水干管的供水压力和回水干管的回水压力，以便合理配置装置内循环水管道。但这两个值不事先规定，而是在对各用水装置水流阻力损失预估的基础上，对整个循环冷却水系统进行合理设计，根据伯努利能量方程计算得到，不同的位置一般不一样。标准GB50030—2013规定的“压缩机等设备用冷却水水压宜为0.15～0.50MPa”的规定不科学。建议标准修订时完善，更好地发挥标准对循环冷却水系统精细化设计、节能减排的指导作用。

6有待进一步研究的问题

6.1开展流量对综合能耗影响的研究。进入冷却器或冷凝器的冷却水流速不同对总传热系数影响不一样，在水流速比较小时，随水流速增大，总传热系数会明显增大；但当水流速增大到一定程度后，传热系数就基本不变。为了合理确定冷却水流量，需要综合水力学（水系统设计）、传热学（换热器设计）、热力学（压缩机、汽轮机运行能耗）3个方面的专业技术，进一步研究在什么流速下水泵、压缩机和汽轮机的能耗之和为最小，什么流速开始对总传热系数没有影响。进一步研究变工况时，合理流量的确定、调节手段的优化。6.2研究优化水泵出口阀门的设置。目前多数设计在水泵出口管路设置止回阀，阻力损失很大，能耗损失可观。需要进一步明确各种止回阀的阻力特性。期盼有真正低阻力的止回阀产品，或者不设置止回阀，仅设置1只因事故停运泵时能自动关闭的蝶阀。

7结论

针对传统的空分设备循环冷却水系统设计和运行中存在的主要问题，创新设计方法，正确运用流体力学基本原理，结合空分工程的具体特点，抓住关键，从设计源头入手，合理确定水泵流量，科学计算水泵扬程，不仅可以大幅度降低空分项目循环冷却水系统的运行能耗，还可以降低投资成本。对已建项目的改造，具体情况不同会产生多少不等的费用，但这些投资相对节省的运行费用微不足道，因此，需要改变管理观念，该更换的应及时更换。发展节能技术是一项增收节支的有效措施，应积极组织实施空分项目循环冷却水系统节能改造，大幅度降低运行成本，提高企业效益。

参考文献：

[1]陈剑荣．空分设备循环水系统精细化设计探讨[M]//边勤．深冷技术：开发研制．杭州：杭州出版社，2015：21-23．

[2]姜乃昌．水泵及水泵站[M]．4版．北京：中国建筑工业出版社，1998．

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中图分类号：TQ085.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0125-02

1 引言

化工、电力等行业涉及的水换热装置种类多，数量大，为了有效节约水资源，普遍采用循环水作为热交换介质。在工业循环水系统的设计过程中，贯彻节能措施，开展节能设计，降低循环水系统的电耗、水耗，将有利于控制整个系统的能耗，对于节能减排具有积极的意义，但是对于成型已经使用的的循环水系统，节能改造限制较多。在循环水的使用过程中，往往发生系统腐蚀、结垢情况，此外由于长期循环使用，如控制不当，生物粘泥衍生、菌藻类滋生过多，还易造成换热器堵塞，恶化水质，长期运行下，缩短设备使用寿命，影响正常生产。为减少此类危害，使系统安全可靠地运行，国内外采取投加缓蚀阻垢剂及杀菌处理方式，防止运行中出现的系统腐蚀、结垢情况。本文根据某循环冷却水系统的现有工况，探讨在不改变工艺运行的情况下，应采取的管理态度及探索合理的运行控制方式，以及出现特殊情况时的应对措施。

2 参照系统概况

循环水系统为敞开式，设计循环水量20000m3/h。循环水设计给水压力≥0.4MPa、温度32℃，回水压力≥0.2MPa、温度42℃。

循环水处理工艺操作控制，根据循环水水质标准、补充水水质指标、浓缩倍数、热交换设备对污垢热阻值和腐蚀率的要求，保证水质符合要求，满足生产用水需要，同时还要考虑到保护环境、节约用水用电、效益最大化。

2.1 循环水系统装置关系

循环冷却水系统划分为1个主流程和旁路水处理系统、加药系统、杀菌处理、监测换热系统共4个相关系统，4个相关系统即为循环冷却水处理内容。参见图1。

2.2 循环水系统主流程

原水由原水或煤矸水给水管道进入吸水池，通过循环水泵加压后进入循环冷却给水管道，供应工艺装置区冷却用水。循环冷却回水通过循环水回水管道大部分上冷却塔均匀分布于填料层，在填料中自上而下经过空气冷却降温约10℃后汇集塔底集水池，另一路经旁滤器处理后回流到吸水池，再经循环水泵送往用户，如此不断循环。

由于循环水系统本身的排污、蒸发、风吹、渗漏损失，由原水或煤矸水进行补充。保证吸水池液位正常。

为了保证冷却水水质稳定，减轻循环水系统热交换设备的结垢与腐蚀，循环水系统设置了投加缓蚀阻垢剂装置，向循环水中连续投加缓蚀阻垢剂。为了防止循环水系统菌藻类的滋生，对循环水每天投加氧化性杀菌剂，定期投加非氧化性杀菌剂，两者交替使用。

为减少水资源的浪费，系统采用循环水排污作为二次水再利用，循环水排水经过二次水过滤器处理后进入二次水池，由二次水加压泵送往其它用户。

3 节能减排控制

3.1 浓缩倍数控制

浓缩倍数是循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值，是衡量水质好坏的一项重要指标。敞开式循环冷却水系统在运行过程中有蒸发、风吹、渗漏、排污四种水量损失，这四种水量损失的总和由原水补给。系统运行平衡时，补充水带入系统的盐量等于损失水量带出系统的盐量，蒸发损失并不带走盐量，即：

为了控制结垢，应使循环冷却水的碳酸盐硬度小于极限碳酸盐硬度。当补充水的含盐浓度不变，如果不加限制地降低浓缩倍数即通过增加排污水量和补充水量的方式降低循环冷却水的含盐浓度，虽然可以有效地控制结垢，但水处理药剂的效能得不到充分发挥，同时增加了原水消耗及排污量，相当于多项消耗费用同时支出，是极不经济和合理的运行方式。

浓缩倍数过高，水的结垢倾向会增大，结垢控制及腐蚀控制的难度会增加，水处理药剂在水中存留时间长会失效，不利于微生物的控制，故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。

以循环冷却水量10000m3/h、水温差10℃为基准，在浓缩倍数为1.5～10.0的范围，分别计算系统的排污水量、补充水量，详见表1。

浓缩倍数在1.5～3.0的范围，排污水量、补充水量的减少趋势明显，而在3.0～10.0的范围则不明显。可见，适当提高浓缩倍数，可以降低排污水量、补充水量。但是，如果过高地提高浓缩倍数（≥4），不仅节水效果有限，而且使循环冷却水的硬度、碱度、氯离子（Cl-）的浓度过高，水的结垢倾向大大增加，腐蚀性大为增强，极大地提高了水质稳定处理的难度，阻垢缓蚀剂的投加量亦很大。综合考虑，浓缩倍数最合理取值在3.0左右。依据补水水质情况，选用90%以上浓度的工业硫酸作为降低浓缩倍数提高时，降低其碱度的操作方式。

这需要平时及时掌握浓缩倍数，不断调整补充水量，控制好硫酸的投加。由于旁滤器为重力无阀过滤器，可自动反洗，所以无需对循环水系统经常进行强制排污，如果工艺控制得当，可极大节约多方面消耗费用。

3.2 旁路水处理系统

循环冷却水在循环过程中，由于受到污染（如空气带入的灰尘、粉尘等悬浮固体物，换热设备的渗漏而带入的污染物如油及其它杂质）使水质不断恶化，另外，由于水质的浓缩而引起某一项或几项成份超出允许值。对循环回水分流出的旁路水进行相应处理，可以维持水质指标在允许范围之内。旁路水处理还可以适当降低对补充水水质的要求，减少排污和补充水量，从而保护环境、节约用水。旁流水处理的目的是保持循环冷却水水质，使系统在满足浓缩倍数的条件下有效、经济地运行。

本系统对于旁路水处理是利用16个重力无阀过滤器，除去水中悬浮物及个别杂质。

该过滤器在运行中虽然具有操作简单，自动反洗的优点，但运行几年后，如不经常维护，不定期强制反洗，粘泥与滤料日积月累互相包裹，当发现设备自动反洗频次增加或反洗后不能停止的状况时，再进行强制反洗已于事无补了，这时应安排检修设备，清洗滤料才能解决问题，不紧影响到循环水系统的水质，也增加了检修费用和不必要的排污损失。对此应确定强制反洗的频次，在原始开车时就应累计运行经验，并适时调整强制反洗的周期，同时及时处理设备设施暴露出的问题，保证设备设施运行良好。

3.3 加药系统

为了控制循环冷却水流经的管道、换热设备的结垢、腐蚀，应对循环冷却水投加阻垢缓蚀剂。

为了保证循环水系统控制指标值稳定，系统采用计量泵连续投加的方式，只需调整计量泵冲程控制加药量，药剂加入到集水池底。

系统运行过程中的风吹损失、排污损失均会带走部分药剂，而进入系统的补充水不含药剂。因此，应不断向循环冷却水中投加药剂，使药剂浓度相对恒定。由于阻垢缓蚀剂黏度大，需要对其用水稀释，浓度过大，极易造成水质指标上下浮动大，浓度过小，紧急情况下不能满足水质指标控制要求。总之，水质指标不管发生什么形式的变化，药剂的消耗量都会增加，维持指标稳定，不仅要保证水量平衡，还要保证药剂投加量稳定。在长期的运行中，总结出的药剂浓度稀释比，不能随意更改，以免造成工艺控制指标不稳，不仅增加了人员操作频次，增加药剂消耗量，还会影响到生产系统换热设备安全稳定运行。这需要我们的操作人员做到精心操作，关注水质控制指标的变化情况，适当调整，力使各方面工作协调平衡。

为阻挡大体积的杂质吸入循环水泵，影响循环水泵的安全运行，堵塞换热设备，集水池与吸水池之间设立了隔网，当杂物多到一定程度阻挡水流，集水池的水将不能顺利流入吸水池，一方面使格网两面水位落差大，给人以吸水池液位低，需增加补水量的假象，另一方面，当落差达到极限时，水将由吸水池溢流口流出，加入集水池的药剂还未进入吸水池进行循环就已从溢流口排出。所以应定时观测隔栅两面水位落差，及时清理第一道隔网，减少药剂浪费和原水消耗。

同时还应观察格网上杂质的成分，追踪杂质的来源。如果都是藻类成片脱落造成，就应当适当增加杀菌剂投加量，抑制藻类滋生带来类似问题。其次是周围环境的影响，保持环境清洁，以免大风将质量轻的物品吹到水池内。因为人为因素和设计问题造成的，如周围种植阔叶型树木，大风将树叶吹落到水池内造成格网和换热设备堵塞，应及时将树木更替为针叶型数目，例如松树，不仅美化环境，还不会对循环水系统造成影响。填料破碎成片脱落造成格网堵塞，应及时检查冷却塔填料损失情况，进行修补，保证冷却塔换热效率。

3.4 杀菌处理

控制敞开式循环冷却水系统的菌藻繁殖，是循环冷却水处理的重要内容。藻类通常在冷却塔和冷却塔集水池受阳光照射的地方大量繁殖，并附着于塔体和池壁上，干扰空气和水的流动，降低冷却效率。脱落的藻类进入管道而沉积，附着在热交换设备器壁上形成污垢，降低传热效率，增加水头损失。同时，藻类是细菌的食物，促使细菌繁殖，加剧腐蚀过程，危害很大。

用三氯异氰尿酸杀菌，能够与较多阻垢、缓蚀剂配合使用，彼此干扰少，杀菌效果好，一般采用直接投加至冷却塔集水池与吸水池之间水流速较快的过水廊道。

三氯异氰尿酸呈白色块剂，在水中逐渐溶解，将有效氯释放至水中，为连续杀菌方式，余氯量最佳控制值为0.2～1.0mg/L。余氯量小于0.2mg/L，投加量增加，操作管理困难，而且降低了杀灭菌藻的效果，这时应充分考虑两方面因素，药剂投加量少，或是由于水中还原性物质干扰，应改变使用非氧化性杀菌剂进行灭藻处理。余氯量大于0.5mg/L，虽然增加了耗氯量，却并没有明显提高杀灭菌藻的效果，而且会加剧金属点腐蚀。

所以依据质量分析的余氯值，调整三氯异氰尿酸的投加量或改变投加药剂的种类。杀菌效果的好坏直接关系到循环水在系统中的停留时间和使用效率。

3.5 系统监测

为了及时了解循环冷却水处理的水质状况和效果，设置水质监测项目，详见表2。

水质指标分析值可以间接反应已出现工艺问题或设备问题，通过它为我们指导操作，如工艺上调整供水平衡、药剂投加量平衡等，确定设备上需要检修的内容，使各指标值趋于一种平稳的状态，保证水质稳定。

为了解循环冷却水对换热设备的不良影响，检验循环冷却水处理效果，设置具有模拟功能的监测换热设备，可以在热流密度、壁温、材质、流速、流态、水温等方面进行与实际换热设备极为接近或相同的模拟。

由于循环冷却水的水质直接影响换热设备的换热效率、换热设备和管道的腐蚀，也影响系统的维修周期、能耗等诸多方面，因此，监测换热设备具有特别重要的意义。它可以直观地反映水质的实际状况，可以对循环冷却水系统的管理做到有据可查，可以迅速发现系统的异常，为及时处理赢得时间。

所以，应定期分析监测换热设备内放置的碳钢、不锈钢、铜材质挂片和换热管的腐蚀速率，观测结垢情况，准确把握循环冷却水系统的腐蚀、结垢趋势。

4 结论

综上所述，循环水的运行要达到高效运行，关键在于找出工艺运行的最佳方案，依靠人员认真务实、精心操作的工作态度，严格控制水质指标，不但能够节省水、药剂、设备检修等方面的资金费用，同时也能够节省人力，一定程度上降低了人员操作频繁而造成的事故风险率。

参考文献

[1] 金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答.北京：化学工业出版社，2003

[2] 《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-1995.

[3] 《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102-2003.

篇5

1．0 前言

为保证公司合成氨及尿素两套循环冷却水系统年度大修开车后的长周期稳定运行，常州精科霞峰精细化工有限公司对该两套系统进行了清洗预膜工作。合成氨系统循环水量2500t/h，保有水量1000-1300t，主要供合成氨及复合肥生产冷却用水，用水设备以碳钢为主。尿素系统循环水量1500t/h，保有水量750t左右，主要供尿素生产冷却用水，用水设备以不锈钢为主。

在公司总站、中化室、合成氨及尿素循环水泵房的大力支持与配合下，顺利地完成了此次清洗、预膜工作，在此，对提供帮助的各部门深表感谢！对清洗、预膜的过程、实施情况报告如下：

2．0 清洗过程

2．1 水冲洗

在化学清洗前，于9月18日8：00开始先对两套系统进行水冲洗，循环水打通后，浊度显著上升，下午13：00开始第一次排水置换，清池，等水池注满开泵开始进行化学清洗。

2．2 除油清洗

合成氨及尿素两套系统同步运行，于9月18日18：00开始投加JC-164除油清洗剂，当水池产生大量泡沫时投加JC-863消泡剂。投药后合成氨系统浊度从34.02mg/L升至53.24mg/L，尿素系统从31.06 mg/L升至72.47mg/L。

2．3 粘泥剥离清洗

两套系统于9月18日21：30开始投加XF-950杀菌灭藻剂，半小时后投加XF-990杀菌灭藻剂，当水池产生大量泡沫时投加JC-863消泡剂。投药后合成氨系统浊度最高升至78.39mg/L，尿素系统浊度未见显著上升。运行24小时，当两系统浊度不再明显上升时，开始第二次排水置换，排空系统和水池水，清池。水池补满水后开泵循环并边排边补至浊度基本合格，于9月20日9：45和8：50分别于合成及尿素系统投加JC-961剥离剂，投药后水池表面产生大量泡沫。由于分析浊度大都从泵上取样，而水中大量粘泥状脏物都被泡沫携带至表面，因此测得浊度都是不升反降，但从合成系统冷却塔水池表面取样消泡后分析，浊度高达106mg/L。整个剥离期间，从水质分析及清池时直观观察，剥离效果明显，达到预期目的。

2．4 除锈垢、水垢清洗

由于泵送出水浊度合格，因此没有进行大量换水，只对合成系统补水至溢流3小时，于9月21日14：00开始投加JC-161除锈除垢清洗剂，并于15：00挂入检测挂片。清洗期间用JC-161调节PH在2-4之间，运行15小时以后，再投加JC-162螯合清洗剂，继续运行6小时后进行第三次排水置换，排空系统和水池水，清池。

清洗过程中，合成系统总铁由0.58mg/L最高上升至123.7mg/L，Ca2+分析由于干扰大，不同人员每次分析误差较大，可取中间值，即由27.73mg/L最高上升至281.5mg/L。以保有水量1100t计，约清洗下Fe2O3铁锈387kg，CaCO3水垢279kg。

清洗过程中，合成系统总铁由0.58mg/L最高上升至123.7mg/L，Ca2+分析由于干扰大，各人每次分析误差较大，可取中间值，即由27.73mg/L最高上升至281.5mg/L。以保有水量1100t计，约清洗下Fe2O3铁锈387kg，CaCO3水垢279kg。

清洗过程中，尿素系统总铁由0.38mg/L最高上升至22.79mg/L，Ca2+由36.21mg/L最高上升至413.4mg/L。以保有水量750t计，约清洗下Fe2O3铁锈48kg，CaCO3水垢283kg。

篇6

一、循环冷却水的主要腐蚀机理

1冷却水中金属腐蚀的机理

金属的腐蚀电化学反应实际上是这样的过程：首先是溶液释放自由电子（通常把实施的电子的氧化反应称为阳极反应）；自由电子传递到阴极（接受电子的还原反应称为阴极反应）；电子再由阴极传递到溶液中被其他物质吸收。因此腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相面反应，同时也是一个多步骤的反应。由以上论述中可以看出，一个腐蚀过程至少由一个阳极（氧化）反应和一个阴极（还原）反应组成。

碳钢在冷却水中的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织表面的不均一性，因此，当它浸入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池。

在阳极：FeFe2++2e

在阴极：O2+2H2O+4e4OH-

在水中：Fe2++4OH-Fe（OH）2

阳极区域Fe不断失去电子，变成Fe2+进入溶液，即铁不断被溶解腐蚀，留下的电子通过金属本体移动到阴极渗碳体的表面，与水和溶解在水中的氧起反应生成OH-离子。在水中，阴、阳极反应生成的Fe2+和OH-相遇生成不溶性的白色Fe（OH）2堆积在阴极部位，铁的表面不再和水直接接触，这就抑制了阳极过程的进行。但当水中有溶解氧时，阴极部位的反应还要进行下去，因Fe（OH）2这种物质极易被氧化为Fe（OH）3，即铁锈。由于铁锈基本不溶于水，所以只要水中不断的有氧溶入，这种腐蚀电池的共轭反应也就不断的进行。换而言之，也就是碳钢的腐蚀会不断地进行下去。

上述腐蚀电池中，阳极氧化反应和阴极还原反应必须同时进行，如其中一个反应被停止，则整个反应就会停止，故称为共轭反应。因此，如果能设法控制在其阴极过程或阳极过程，则整个腐蚀过程也就会相应的得到控制。反之，如果在阳极不断除去Fe2+或在阴极表面不断充分补充供给氧，则共轭反应也就会加速进行，即腐蚀过程变快。因此，采用不同的方式控制其阴极或阳极过程，就是控制冷却水系统腐蚀的各种方法的依据。

二、循环冷却水中金属腐蚀的影响因素

1、pH值

冷却水中的pH值对于金属腐蚀速度的影响往往取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖关系。因为金属的腐蚀性能与其表面上的氧化膜的性能密切相关。pH在4.3～10.0时碳钢的腐蚀率几乎不变，但水中钙硬的存在，碳钢表面常有一层碳酸钙保护膜，当pH偏酸性时，其腐蚀率要比pH值偏碱性时高。

2.阴离子

金属的腐蚀率与水中阴离子的种类有密切的关系。水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面具有以下的顺序：

NO3-

冷却水中的SO42-、Cl-等活性离子能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，增加腐蚀反应的阳极过程速度，引起金属的局部腐蚀。

3、络合剂

它能与水中的金属离子（例如铜离子）生成可溶性的络离子，使水中金属离子的游离浓度降低，金属的电极电位降低，从而使金属的腐蚀速度增加。

4、硬度

水中钙离子浓度和镁离子浓度之和称为水中的硬度。钙、镁离子浓度过高时，则会与水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根作用，生成碳酸钙、磷酸钙和硅酸镁垢，引起垢下腐蚀。

5、金属离子

冷却水中的金属离子对腐蚀的影响大致有以下几种情况。

冷却水中的碱金属离子，例如钠离子和钾离子对金属和合金的腐蚀速度没有明显的或直接的影响。铜、银、铅等重金属离子在冷却水中对铜、铝、镁、锌这几种常用金属起有害作用。水中这些重金属离子通过置换作用，以一个个小阴极的形式析出在比它们活泼的基体金属的表面，形成一个个微电池而引起基体金属的腐蚀。

在酸性溶液中，Fe3+是一种阴极反应加速剂。在中性溶液中Fe2+却可以抑制铜和铜合金的腐蚀。

锌离子在冷却水中对钢有缓蚀作用，因此锌盐被广泛用作冷却水缓蚀剂。

6、电偶

在冷却水系统中，不同金属或合金材料间的接触或连接常常是不可避免的。发生连接的两种或两种以上的金属或合金，如果彼此的腐蚀电位相差较大，它们再与冷却水相接触，就会形成一个腐蚀大电池或电偶而发生电偶腐蚀。

7、微生物

微生物黏泥是指水中溶解的营养源而引起细菌、丝状、藻类等微生物群的繁殖，并以这些微生物为主体，混有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。冷却水系统中的微生物黏泥会引起冷却水系统中设备的腐蚀。而铁细菌将二价铁离子氧化位三价铁离子，同时产生大量黏液，构成锈瘤。锈瘤下面的金属表面常常处于缺氧状态，从而构成氧浓差电池，引起腐蚀。硫氧化菌能把元素硫或其他还原态的硫化物氧化为硫酸，使介质的pH值降低。因此有强的腐蚀性。

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中图分类号：TV文献标识码： A

1引言

由于水具有很常见、比热容大、流动性好等特点，被广泛用为冷却介质。随着工业生产的发展，工业用水量越来越大，很多地区已经出现供水不足的现象，因此合理和节约用水已经成为发展工业生产中的一个重要问题。工业用水主要包括锅炉用水、工艺用水、冷却用水、厂区生活用水等，而其中用水量最大的是冷却用水，所以加强循环冷却水的技术应用及运行管理是非常有必要的。

2循环冷却水系统

循环冷却水系统，以水为冷却介质，以冷却设备、水泵和管道为主要组成，来实现生产设备的热量转移及工业用水的循环使用。循环冷却水流经换热器、冷凝器、反应器等生产设备后，温度上升，后通过冷却设备，水温回降，再由机泵送回生产设备，如此往复运转。其间，冷却水在流经生产设备及管道时，会产生结垢、腐蚀、微生物滋生等问题；而冷却设备在带走热量的同时也会带走部分水分，造成水损失。解决这些问题，是循环水处理工作的目的。

2.1循环冷却水系统分类

根据生产工艺要求、水冷却方式和循环水的散热形式，循环冷却水系统又可分为密闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。

2.1.1密闭式循环冷却水系统的水在移走换热设备的热量以后，密闭循环回用。

在此系统中，循环水不与大气接触，处于密闭循环状态，循环水的损耗很少，如果选用密封性能很好的水泵，可以做到基本上不消耗水。但是，由于这种循环冷却水系统所需费用较高，故一般只适用于被冷却装置散热量较小、所要求的工作安全可靠度大或具有特殊要求的工业生产系统。

2.1.2敞开式循环冷却水系统的水经由冷却设备与空气直接接触冷却后，再循环使用。

在敞开式循环冷却水系统中，一方面循环水带走物料、工艺介质、装置或热交换设备所散发的热量;另一方面升温后的循环水通过冷却构筑物与空气直接接触，释放热量，然后再循环使用。

敞开式循环冷却水系统是目前工业生产中应用最广泛的一种冷却水系统，根据与物料、换热器等的接触情况，可分为清循环（又称间接循环）、污循环和集尘循环3种类型。其中清循环冷却水系统在工业生产中最为常见。为此，本文后续内容均以清循环系统为介绍、研究的主体。

2.2清循环（间接循环）冷却水系统

在这种系统中水通过冷却器(热交换设备)间接的与冷却物料、工艺介质或装置等接触，因而又称为间接循环冷却水系统。由于采取间接冷却方式，循环水除了水温升高外，水质几乎无污染，故不必另设净水设备。但是，由于水在循环冷却过程中不断地蒸发，使其中的盐类浓缩，因此需要排污和补充新水，以控制盐量平衡和浓缩倍数，此系统的基本组成一般包括补充水的预处理、循环水的输送泵、与工艺介质的热交换、循环水的冷却、药剂的投加、冷却水的旁滤、排污水的处理、控制检测网络和管道等设备，构筑物，装置以及仪表等组成。如下图（图1）所示是一种常见的最简单的清循环冷却水系统。

3冷却设施

在循环冷却水系统中，用于降低水温的设备或构筑物统称为循环水冷却设施。在敞开式循环冷却水系统中，冷却设施有冷却塔、喷水池、冷却池、河道冷却、海湾冷却设施，其中冷却塔应用最为广泛。

3.1冷却塔的分类

具体内容如表1所示

表1冷却塔分类

分类因素 类别

循环水是否与空气直接接触 密闭式冷却塔

敞开式冷却塔

通风方式 自然通风冷却塔

机械通风冷却塔

混合通风冷却塔

用途 工业冷却塔

民用冷却塔

热水和空气的接触方式 湿式冷却塔

干式冷却塔

干湿式冷却塔

热水和空气的流动方式 逆流式冷却塔

横流式冷却塔

混流式冷却塔

噪声级别 普通型冷却塔

低噪型冷却塔

超低噪型冷却塔

超静音型冷却塔

其他 喷流式冷却塔

无风机冷却塔

双曲线冷却塔

其中湿塔因热交换效率高而被广泛应用，但是，在湿塔中水蒸发现象剧烈，水的蒸发带来蒸发、风吹、排污损失，这些水的亏损必须有足够的新水持续补充，因此，湿塔需要补给水。

3.2冷却塔的工作原理

冷却塔是利用水和空气的接触，主要通过蒸发散热、接触散热两种方式共同作用，来散去从换热设备带来的热量的一种设备。其工作的基本原理是：干燥的空气经过风机的抽动进入冷却塔内，热水自配水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面加剧了水的蒸发现象，另一方面由于存在温差，热量由水传向空气，上升的空气将热量带到大气中，从而使得水温降低。

两种散热方式所起的作用随气象条件而变化。在夏季气温较高，水与空气的温差较小，这时水的表面蒸发起主导作用，由于水有很大的汽化潜热蒸发散热量最高可占总散热量的90%以上。在冬季，因气温低、蒸发量小，热传导的作用增强，一般可由夏季的10%一20%增至50%以上。

3.3冷却塔的主要构件及作用

冷却塔通常由塔体、配水系统、淋水装置、通风设备、收水器和集水池(或水箱)等部分组成。

3.3.1塔体

塔体是冷却塔的外壳，也是气流通道，其形式和结构取决于冷却塔的类型，有圆形、方形等。目前大中型冷却塔多为钢筋混凝土结构，小型冷却塔多为玻璃钢结构。

3.3.2配水系统

配水系统设于冷却的作用是将需冷却的循环水均匀地分配到下部的淋水装置，以提高淋水装置的冷却效果。配水装置通常可分为管式、槽式和池盘式3种形式，此外还有喷水式配水装置。

3.3.3淋水装置

淋水装置又称填料，其作用是扩大需冷却的循环水同空气的接触面积并延长水气接触时间，以增加水、气间的热湿交换，提高冷却效率。填料是冷却塔的重要组成部分。其所产生的温降达整个塔温降的60%一70%。填料按照塔内水冷却的表面形式，一般可分为点滴式、薄膜式、点滴薄膜式三种类型。

3.3.4通风设备

自然通风冷却塔的通风设备是高大的通风筒，机械通风冷却塔的通风设备是风机，我国一般多采用置顶抽风式轴流风机。

3.3.5收水器

收水器通常用于机械式冷却塔，用以减少风吹损失，构造恰当的收水器可以取得良好的节水效果。收水器一般由1一3层曲折波纹板构成。

3.3.6集水池

集水池用以收集、储存冷却的循环水并调节水量，它位于冷却塔的塔底，通常也是积泥、排污、排空、补充新水、投加药剂以及同循环水管线相连接的部位。如不考虑储存或调节水量时，可设计成集水盘。目前中小型成品玻璃钢冷却塔常采用集水盘形式。集水池的容积多约为每小时循环水量的1/3~1/5。

4循环冷却水处理

4.1循环冷却水系统的问题

循环冷却水在不断循环使用过程中，由于水的温度升高、蒸发等原因，使得各种无机离子和有机物质不断浓缩，而冷却设施在经受风吹雨淋的同时，也把灰尘杂物等带入循环冷却水中，加之系统本身的设备结构和材料等多种因素的综合因素，循环冷却水系统会产生腐蚀、结垢、粘泥等各种严重的问题。

4.1.1腐蚀

所谓腐蚀，是指通过化学或电化学反应使金属被消耗破坏的现象，在循环水系统中，主要以溶解氧腐蚀为主，这种腐蚀除了会造成系统的输水管线、水冷设备损坏或使用寿命减少外，还会由于腐蚀造成水冷器泄漏而引起工艺介质的污染或计划外的停车事故等，另外由于腐蚀产生锈瘤，会引起换热效率下降或管线堵塞等危害。

4.1.2结垢

结垢是指水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而沉积在金属表面。敞开式循环冷却水系统的结垢的主要成分有碳酸钙和腐蚀产物二种。系统结垢主要引起水冷设备换热效率下降，管线的阻力增大，导致循环水量减少或细管的堵塞，多数情况下还伴有垢下腐蚀。

4.1.3粘泥

粘泥指金属列管等内壁附着的粘质膜，生物粘泥主要由细菌及藻类等微生物的分泌产物粘附了水中悬浮杂质而形成，生物粘泥的产生主要会导致传热效率下降，列管堵塞，增加局部腐蚀等危害。

4.2循环冷却水处理药剂

为了解决上述问题，往往需要向循环水系统中加入水处理药剂及水质稳定剂，来消除或减小循环冷却水对设备的损害，保证循环水系统的经济、正常、安全运行。循环水处理常用的有三类药剂：阻垢分散剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂。

4.2.1阻垢分散剂

阻垢分散剂是含有羧基、羟基、硫磺酸、膦酸基等基团的共聚物，由于它的直链上和部分支链含有膦酸基，因此具有优异的防垢性能，并有一定的防腐效果。阻垢分散剂通过晶格畸变，增溶，分散的作用抑制垢质的形成，减弱垢质的硬度。

4.2.2缓蚀剂

将缓蚀剂添加到水溶液介质中能抑制或降低金属和合金的腐蚀速度。它的用量很小(0.1%～1%)，但效果显著。缓蚀过程复杂，缓蚀剂有多种多样。概括起来讲，缓蚀剂是通过电化学作用和物理化学作用（主要是成相膜、吸附膜作用），来减小金属的腐蚀速率。

4.2.3杀菌灭藻剂

控制冷却水系统中微生物生长的最有效和最常用方法为向冷却水投加杀菌灭藻剂。杀菌灭藻剂种类繁多，一般都具备良好的杀生效果、黏泥和藻层的剥离能力、与其他水质稳定剂的相容性和宽广的 pH 值适用范围的特点。

杀菌灭藻剂可分为氧化性杀菌灭藻剂和非氧化性杀菌灭藻剂。

氧化性杀菌灭藻剂一般都是较强的氧化剂，能使微生物体内与新陈代谢有关的酶发生氧化反应而杀灭微生物，其也会对其他水处理药剂产生氧化分解作用，从而影响缓蚀剂、阻垢剂的处理效果。非氧化性杀菌灭藻剂则是以毒性作用于微生物的酶，干扰破化其正常的新陈代谢的进行。

4.3循环冷却水系统的运行管理

循环冷却水系统运行的日常管理主要根据水质变化情况进行及时相应调整，化验室每天定时进行分析并及时把数据回报有关部门和单位。以便及时对水质进行加药、排污、补水等调节。常用的循环水水质指标有钙硬度、总碱度、PH值、浓缩倍数、总磷、正磷、氯离子浓度、总铁、粘泥量、异养菌、电导率、浊度、悬浮物等。

4.3.1钙硬度、总碱度

总碱度是循环水操作控制中的一项指标，当浓缩倍数控制稳定，没有其它外界干扰时，由总碱度的变化，可以看出系统的结垢趋势。硬度指水中的钙镁离子浓度的总和，也是循环水操作控制中的一项重要指标。必须将循环水的钙硬、总碱度控制在配方要求的范围内，若水质条件发生变化，则必须相应调整水稳配方。

4.3.2pH值

随着浓缩倍数的升高， pH值也不断上升。当浓缩倍数一定时，循环水的pH值也趋于稳定。

4.3.3总磷、正磷及氯离子

测定循环水中总磷的目的是为了计算循环中有机膦的含量，缓蚀阻垢剂中含有有机膦酸盐，在循环水的运行过程中，如果遇到强氧化剂（如杀菌灭藻用的氯气、二氧化氯等）或高温，则有机膦会部分分解为硫酸根，降低药剂的有效成分。当循环水中的磷酸根含量过高时，还有生成磷酸钙沉淀的可能，因而应检测控制。氯离子浓度过高会加速设备的腐蚀，特别是不锈钢设备，对氯离子特别敏感，因而在运行中应检测控制。

4.3.4粘泥

循环水系统，温度适宜、通风良好、光照充足，是微生物生长的理想环境。在循环冷却水系统中，微生物的危害主要是生物粘泥带来的危害，生物粘泥一旦形成，就必须进行杀菌清洗剥离。

4.4清洗预膜

为了除去系统中的垢和腐蚀产物，需要对系统进行定期清洗，并为系统预膜作准备。使药剂在投加后稳定运行，减少系统内腐蚀产物及沉积物，当系统检修后重新开车或装置运行时间过长时，需要对循环水系统进行预处理。预处理包括化学清洗和预膜处理。

4.4.1化学清洗

化学清洗是针对整个系统进行的，其目的是为了清除因设备检修后换热设备和管道中的油污、电焊渣、腐蚀产物和沉积物等物质，使得投用缓蚀剂后能在设备表面形成一层致密、均匀的薄膜，以防止设备的腐蚀，同时提高换热效率，满足生产装置工艺操作条件，保证长周期平稳运行，降低能耗和延长设备的使用寿命。

4.4.2预膜

预膜又称基础处理，循环水系统的预膜是为了提高缓蚀剂的成膜效果，常在循环水系统初期投加较高浓度的缓蚀剂量，待成膜后，再降低药剂浓度维持补膜，即日常的正常处理。其目的是希望在金属表面上能很快形成一层保护膜，提高缓蚀剂抑制腐蚀的效果。预膜时的药剂可采用专用的预膜药剂也可利用循环水系统的日常处理药剂。

4.4.3清洗预膜实例

现已蓝星化工新材料（天津）厂2014年循环水系统清洗预膜方案为例，介绍清洗预膜工作。基本方案如下：

(一)目前循环水系统各项水质数据（2014年5月平均数据）

浊度 铁离子/ ppm PH值 钙离子/ ppm 粘泥量/ ml

最大值 11.00 0.07 9.56 35.91 0.80

最小值 1.00 0.04 9.29 27.93 0.50

平均值 2.52 0.05 9.47 31.66 0.67

(二)所需药剂

药剂名称 数量（Kg） 作用

PM105 1000 剥离粘泥（清洗）

PM109 5000 除锈除垢（清洗）

PM103 1125 缓蚀、阻垢剂（预膜）

CaCl2 根据水质分析数据投加控制Ca浓度在50PPM左右 补钙剂

(三)操作步骤：

1.大修前清洗：

（1）制定清洗日期的安排，在此期间通知调度所有的使用循环水的管线、阀门必须全部打开不得向外排放和向循环水内串水。

（2）12日9点开始清洗,一次性投加PM105药剂500kg（药剂浓度按120～150ppm,循环水现有水量按2500 m³计）。4小时后,一次性投加PM109药剂2500kg（药剂浓度按300～500ppm,循环水现有水量按2500m³计）。循环水系统持续运行。

（3）循环水系统清洗时间计划为24小时,运行过程中水质参数浊度、Ca2+、Fe2+离子浓度等应不断增加,直至这些参数测定值不再增加时，清洗方结束。期间监测出水和回水的PH值、浊度，钙、铁离子浓度。

（4）循环水系统停车，排放循环水，清理循环水池。

2. 预膜前的清洗：

（1）大修后，6月24日开始清洗,计划24小时完成。

（2）大量补水，同时投加PM105药剂500kg,待循环水池达到正常液位后，循环水装置开车。

（3）4小时后,投加PM109药剂2500kg,循环水系统清洗时间计划为24小时。期间监测水质变化，监测出水和回水的PH值、浊度，钙、铁离子浓度，其数据应逐渐升高，当出水、回水的参数数值达到基本一致，趋于平稳状态时，清洗结束。

（4）循环水置换。排污,同时补充新鲜水,至浊度

注:在此期间通知调度,所有使用循环水的装置管线阀门必须全部打开,清洗期间不得向外排水,补水。

3.预膜

投放预膜剂PM-103 1125kg,CaCL2 200kg,运行48小时,期间要求出水、回水的总磷指标在180～200ppm左右, Ca2+在50ppm左右,水温要求在28℃度左右。根据循环水现场挂片预膜情况来决定是否需要延长预膜时间。预膜完成后，逐渐用清水置换预膜药液（随排随补）,必要时添加日常药剂，使各项水质参数达到指标要求后，循环水系统进入正常的运行工作状态；

注:在预膜期间要求分析人员每两小时分析数据一次,趋于稳定后,每4小时分析数据一次。并做好记录。

5、结语

总而言之，对于企业而言，循环水处理工作具有相当重要的经济及社会效益。因此，企业只有进一步加强循环水处理技术的创新，制定科学合理的循环水管理体系，方可切实确保循环水处理系统运行过程的可靠性、高效性及其安全性，从而收到良好的水处理效果，推动企业的可持续发展。

参考文献

【1】周本省《工业水处理技术》，化工出版社，2003 年 3 月

篇8

中图分类号TQ085 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）71-0096-02

0 引言

敞开式循环冷却水系统通常采用投加化学药剂的方法来控制系统的结垢、腐蚀等问题。工业循环水系统大多采用以有机磷、聚合磷为主要成分的磷系缓蚀阻垢剂，但其受水温、系统PH值等因素的影响，磷系缓蚀阻垢剂易发生水解。正磷过高既可能引起腐蚀也可能产生结垢现象。因此在投加磷系缓蚀阻垢剂时应考虑多方面的因素，如补水水质、系统水温和pH值等，在综合考虑这些因素后，合理地投加药剂以达到系统平稳运行的效果。

1 循环水系统中正磷的来源

正磷的来源主要有两个方面：一是水稳剂的水解，磷系配方的水稳剂易受多种因素的影响发生水解，水解速度会随这些影响因素的不同而有所不同。二是循环水的补水也有可能带入正磷。另外，循环水场的不断浓缩水质，各种离子浓度不断增大，也是正磷含量升高的另一个原因。

2 正磷含量对系统的影响

为了尽可能节约水资源，循环水系统通常是在高浓缩倍数的情况下运行的，浓缩倍数越大要求系统的稳定性就越高，稍微的腐蚀或是结垢倾向都会对循环水系统造成很大的影响。缓蚀阻垢剂水解产生的正磷酸盐易与水中的钙、锌离子产生磷酸盐垢，容易形成难以去除的硬垢，影响换热器的换热效果；生成的磷酸盐垢还会引起垢下腐蚀，使换热器穿孔而损坏。

正磷酸盐还是菌藻的营养物，大量的菌藻会吸附系统中的悬浮物及泥沙、尘土等，形成附着或堆积的软泥性沉积物。这些沉积物不仅会降低换热器的换热效果，引起设备的腐蚀、降低药剂的效能。

3 正磷含量对循环水系统影响实例

燕山石化水务管理中心五供水六循的补水以地下水为主，钙离子浓度为300mg/L左右，浓缩倍数长期在4左右运行，循环水钙离子浓度在1 200mg/L左右，属于高钙高硬循环水；下面以五供水六循2010的实际运行情况为例说明。

六循4月份～9月份水质及补水情况如下表所示：

从表中可以看出，5月～7月循环水中正磷和钙离子浓度均较高，系统粘附率一直居高不下，但系统腐蚀速率偏低。对表格中数据作如下分析：

1）药剂配方不合理。药剂配方中含有正磷加上水解产生的正磷，使循环水中正磷含量过高，产生了过多的磷酸盐沉淀，致使系统粘附速率偏高；2）锅炉冷凝水补水。冷凝水中正磷含量为3.0mg/L～4.0mg/L范围内，当将冷凝水补进循环系统后，系统正磷过高，产生磷酸盐沉淀，使系统粘附速率偏高，腐蚀速率偏低。

针对以上原因，采取以下方法来改善水质状况。

1）改变药剂配方

8月开始将药剂改为有机磷＋磺酸共聚物的配方，药剂中不含正磷，循环系统中有机磷的含量相对提高。总磷控制在7.0mg/L～8.0mg/L范围内，但从8月的实际运行效果看，系统的粘附速率与7月相比没有下降，分析原因为冷凝水的补水对循环系统正磷含量有一定的影响。

2）提高系统总磷含量

维持系统冷凝水补水量，将总磷提高到9.72mg/L运行，系统粘附速率从8月的18.8m.c.m降到了9月的12.9m.c.m，循环系统结垢趋势得到了缓解。

4 结论

通过长期的现场监测数据分析，水稳剂配方中正磷含量对循环水系统有较大影响。正磷含量偏高，则会使循环水系统偏结垢；正磷含量偏低，在循环水系统表面不能形成有效的保护膜，使循环水系统偏向腐蚀，设备得不到有效的保护。实际运行中需合理的选择药剂配方和药剂投加量，充分发挥正磷的积极作用，最大限度的减少其负面影响；

在实际生产过程中，根据每月的实时水质监测数据，分析循环水系统的结垢和腐蚀趋势，补水各种离子浓度的高低以及正磷含量的多少，及时的更改药剂的投加量，调整好总磷的控制指标，保证水体中的有机磷含量，使其能对系统起到良好的保护作用。另外，根据每种药剂配方的性质不同，及时调节循环水系统的pH值控制范围，避免缓释阻垢剂发生水解和变质，充分发挥药剂的缓释阻垢能力，可以避免大量的水耗药耗浪费，节省生产成本。

参考文献

篇9

关键词：钢铁企业 循环冷却水系统 节能技术

前言：对于钢铁企业而言，影响成本的因素较多，虽然原材料价格、产品销售等占据主导地位，但是，能源消耗也产生较大影响，关乎企业盈利能力。因此，要注重节能理念的渗透，应用节能技术，切实提升企业竞争能力。面对循环冷却水系统在能耗方面的突出问题，需要重视节能技术应用，节省资源，扩大节能措施的应用范围，强化节能设计，在根本上降低水系统的电耗，实现对整个钢铁企业能耗的合理控制，强化节能减排措施的推行。

1对钢铁企业循环冷却水系统节能技术应用概括介绍

对于钢铁企业的循环冷却水而言，主要构成为直接冷却水开路循环水系统以及间接冷却循环水系统。立足间接系统，主要构成部分为敞开和密闭水处理系统。针对不同的冷却水系统，对水质提出差异性的要求，涉及诸多冷却装置，如冷却塔、冷却器、换热器等。立足常温条件，传统冷却装置能够实现循环水系统温度降低的目的，但是，在温度较高的情况下，循环冷却水温度过高的问题成为困扰钢铁企业的重要问题。另外，立足节能，循环冷却水系统中蕴含大量技术，需要进行深入分析，切实提升技术应用效率。

2对风机、水泵等进行变频改造

在当前的循环冷却水系统中，涉及大量风机和水泵设备，其处于额定功率下运行，在进行风机流量设计的时候，应用的是最大风量需求设计原则，因此，很难形成闭环的控制，忽视省电要求。另外，在调控方式、电气控制等方面都存在不合理的地方。对于风机、水泵的负载，其设计的标准是满负荷工作量，但是，并不是都处于满负荷状态下运行。因此，为了实现对节能的改善，应用变频器实现对风机和水泵负载的控制极具科学性。发挥变频器内部PID软件的作用，对电动机转速进行调节，满足水压和风压的恒定状态，保证整个系统的压力达到运行标准，满足闭环恒压控制状态，这在根本上大大提升了节能效率。另外，变频器能够满足大电动机软起和软停的目的，降低电动机故障率，设备使用周期被延长。这一技术在钢铁企业中得到广泛推广和应用。针对风机、水泵电机的变频改造，需要重视对测试、变频器选择以及使用方面的关注，以更好地提升改造效率，提高改造效果。首先，在进行系统测试的时候，要结合改造标准和要求，制定合理的参数，同时，构建更加严谨的测试方案，结合生产工艺进行合理组织安排，进行具有代表性的多次测试。其次，对于变频设备类型的选择，要结合应用环境与背景，对设备的各种性能进行考量，如速度精度、转矩等，在此基础上实现控制模式的明确，保证防护结构的合理性。再次，在应用变频器的时候，需要注意的是在变频器和电源之间安装断路器，目的是避免变频器发生故障时事态的扩大。总之，通过对风机、水泵电机变频器的改造，节能效果十分显著，对降低维修、改善等费用也产生一定的作用。

3对热泵技术应用的介绍

对于热泵技术而言，主要是借助高位能，促使低位热源流向高位热源装置，是当前水冷却系统中能效比较高的制冷和制热方式。在冬季，水体温度高于环境空气温度，借助这一时差有效提升热泵循环的蒸发能力和供暖能效。而在夏季，水体温度低于空气环境温度，因此，制冷的冷凝温度降低，冷却效果突出，整个机组的运行效率得以显著提升。在实际的应用中，水源热泵优点突出，其主要能源类型为清洁可再生能源，有利于水资源的节约，环保效果突出，满足供暖和制冷的双重需要，改进措施相对简单。与此同时，水温波动相对稳定，不会出现较大的变动，整个热泵机组的运行更加可靠与稳定，维护了系统的高效性与经济性，维护费用大幅降低，有效延长了设备的使用周期。在热泵技术应用与改善中，需要关注经济性指标，加强试验，重视对杂水质循环冷却系统的预处理，制定有效的方案。

4对冷却塔水轮机驱动改造的介绍

在钢铁企业中，比较常见的冷却设备为冷却塔。借助水轮机驱动实现对叶轮风机的替代，势十分突出，首先，能够满足节能和节电的要求。在水轮机驱动的应用下，风机部分的耗电为零。其次，能够达到环保和无噪声的标准。对于水轮机的机量转换而言，其主要完成的位置是水流道内，同时，不需要电机和减速机的支持，有力消除了低频电磁声和机械噪音。再次，凸显高效性。借助水轮机直接驱动风机，省去了减速机，同时，水流量的变化会诱发风量的变化，保证稳定在合适的气水比范畴，散热效果显著。第四，使用寿命被延长。对于水轮机而言，其结构相对简单，技术完善。第五，具有相对安全的运行环境。冷却塔自身存在漏电、爆炸等潜在危险，而水轮机不用电，避免高危环境作业，增加了冷却塔运行环境的安全性。第六，具有较强的适用性，改造费用不高。水轮机驱动改造适合于多种冷却塔，安装相对简单，对原有结构不会产生破坏，设备不需要改变，省去大量场地要求，节约了大量电能和维护支出。鉴于冷却塔水轮机驱动改造技术的优势，同时，考虑到钢铁企业生产运行的连续性需求，在进行具体改造的时候，需要关注几个问题，一方面，要考量水轮机改造之后之后能否适应较为恶劣的运行环境；水轮机驱动改造之后能否对循环水泵的电流产生影响，一旦出现改变，需要进行预防措施的制定；在水轮机改造中，还要全面考虑冷却塔中填料的布置情况，重视冷却塔的规模以及受力结构等技术问题。在整个改造中，最为关键的环节是冷却塔水轮机的改造，要立足水量稳定的前提下进行。

5冷却水温对鼓风汽轮机真空经济性影响的分析

对于鼓风汽轮机凝汽器真空的建立和形成主要分为两个组成部分，即机组的启动和运行两个阶段。在启动时期，凝汽器真空实现的目的是抽出凝汽器中的空气，真空建立的效果主要取决于抽气器的容量和性能，同时，也受到真空系统严密性的制约。在机组启动之后，一旦气体排到凝汽器，在冷介质的影响下出现冷却现象，同时凝结成水，体积被大大缩小，凝汽器成为真空环境。真空的形成实现了对机组危害的有效降低。科学的降低冷却水水温能够提升真空，促使汽轮机理想的比焓降增大，汽轮机的效率得到大幅的升高。冷却水的降低需要大量冷却塔冷风机的支持，因此，要对汽轮机效率与增大冷却风机用电量之间进行经济性的比较。

结束语：综上，对于钢铁企业而言，能源系统备显综合性，涉及诸多能源介质的使用，因此，要重视对能源介质的平衡，以实现能源的最佳匹配。要重视对循环冷却水系统内部工艺和设备的节能改造，在根本上强化对能源系统全流程的管理。

参考文献：

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1 引言

篇11

焦化厂为了节约水资源采用了工艺循环水和制冷水作为冷却用水从而形成闭路循环。因此，这些不断循环的冷却水中的杂质及污垢会直接造成系统中管道的腐蚀、生锈及沉积物，从而造成管道破损、穿孔、泄露、严重降低换热器的热交换效率等影响，最终直接关系到回收车间冷却设备是否正常运行，而冷却设备的正常运行又关系到整个焦化厂的生产，关系到焦炉煤气的输送和化学产品的回收。因此，如何解决金属管道的防腐及除锈问题，成为亟待解决的重要问题。

一、冷却水系统中金属管道腐蚀及污垢的形成原因分析

（1）冷却水系统中的金属管道被冷却水中的溶解氧所腐蚀，而生成的低价和高价铁的氧化物或氢氧化物等腐蚀产物，长时间会发生腐蚀穿孔现象，造成管道泄露。

（2）生产过程中的物料，如焦油、苯类等泄漏入冷却水系统中，形成油类的污垢。而这些油类常附在金属管道的表面，起着污垢粘结剂的作用。

（3）由补充水带入的固体悬浮物，如泥沙、尘土、碎片以及冷却水在冷却塔里从空气中洗涤下来的尘埃、矿粉等，在冷却水运行过程中，它们逐渐凝聚成大的颗粒，在流速缓慢处沉积为污垢。

（4）由补充水或者空气中带入的微生物， 还有循环冷却水系统采用的水质稳定剂碱性三聚磷酸钠，使得冷却水系统里细菌、真菌、藻类等微生物利用水中的营养物质大量繁殖，一是以这些微生物为主体，混杂泥沙、无机物和尘土等形成生物粘泥附着与堆积，因而产生粘泥故障；二是大量细菌分泌的黏液附着在换热器表面使得水的流量减少，降低换热器的冷却效率，而且还会形成氧的浓度电池而引起腐蚀，严重时会堵塞管子，迫使停车清洗。

（5）由补充水带入的矿物质和无机盐类产生的污垢。在运行过程中，冷却水被蒸发浓缩，一些溶解度极小的无机盐，例如硫酸钙、硅酸镁等浓度超过其溶解度，在传热表面上析出的无机盐垢；还有补充水带入的Ca(HCO3)2在冷却塔中曝气和在换热器壁上受热时，放出CO2，并分解为溶解度很小的致密碳酸钙水垢；而补充水带入的亚铁离子，在冷却塔中被氧气氧化为高价铁离子，并生成溶解度很小的氢氧化铁垢。

（6）加入的水处理剂由于管理不当也会生成新的污垢，例如Ca3(PO4)2、Zn(OH)2等。

二、冷却水系统中的金属管道如何做好防腐除锈工作

根据我们以上做出的分析，冷却水系统中金属管道的腐蚀和污垢主要是由于冷却水中的所含有的物质经过各种化学反应而造成的，因此，降低冷却水中的有害的化学成分，才是管道防腐除垢的关键所在。

1.缓蚀阻垢剂的选择

（1）缓蚀剂。其作用原理是使用缓蚀剂在金属管道表面形成一层致密的保护膜，用以抑制金属电化学腐蚀的发生。它用量少，不会改变腐蚀介质的性质，不需特殊投加设备，也不需对设备表面进行处理。因此，使用缓蚀剂是一种经济效益较高且适应性较强的金属防护措施。不同的缓蚀剂形成保护膜的方式不同。如聚磷酸盐、有机磷酸就是形成致密的磷酸钙膜，属于沉积缓蚀型；而锌盐则是在电化学腐蚀的阴极和OH结合形成Zn(OH)2膜，属于阴极缓蚀型。因此，在缓蚀剂的选择方面，尽量搭配施用，发挥缓蚀剂的最大效用。

（2）阻垢剂。 循环水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢，水垢控制即是防止碳酸钙的析出，因此阻垢剂的作用原理是吸附于碳酸钙结晶体的活性增长点上与Ca2+ 螯合，抑制了晶格向一定方向成长，使晶格扭曲错位，从而起到阻垢作用。具有阻垢性能的物质有聚磷酸盐，如六偏磷酸钠、三聚磷酸钠；有机磷酸，如HEDP，ATMP、PBTCA等；聚羧酸，如PAA，AA／AMPS等。这些阻垢剂都有各自的特性和适用水质，因此需要根据水质指标按一定比例选取不同的阻垢剂配合使用，才能取得较好的阻垢效果。

虽然我们按照它们的功能作用将它们分成了缓蚀剂和阻垢剂，而实际应用过程中，缓蚀阻垢剂均为复合型多功能水处理剂，具有稳锌、防碳酸钙、磷酸钙沉积的能力，并有效分散污垢、腐蚀产物，可应用于严重结垢或腐蚀性水质，可满足不同生产工艺要求，药剂降低磷含量，不会引发因磷的富营养而引起的菌藻的大量滋生，可相应降低杀生剂的用量。

2.杀菌灭藻的处理

在循环水中，由于养分的浓缩，水温升高和日光照射，给细菌和藻类的迅速繁殖创造了条件。细菌分泌的黏液使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起，形成沉积物附着在传热表面，即生物粘泥或软垢。为了杀灭水中的菌类和藻类，多采用投放杀菌剂的方法，可以稳定高效地杀灭水中的微生物，防止污垢和腐蚀的发生；还有选用耐蚀材料设备；控制循环水中的氧含量、PH值、悬浮物和微生物的养料等水质指标；在防腐涂料中添加杀生剂，抑制微生物的生长；采取在冷却水水池加盖、冷却塔的进风口加装百叶窗等措施，防止阳光照射；设置旁流过滤设备；对补充水进行混凝沉淀预处理以及颇有前途的噬菌体法等。

3.缓蚀阻垢剂和杀菌剂的施用方法

在循环冷却水运行过程中，各种离子均按倍数增加。由于水中添加缓蚀阻垢剂，钙离子在规定的浓缩倍数下一般不会发生沉积，可作为计算浓缩倍数的依据。另外，当水中不投加含有氧化物的药剂时，以CL-作为计算浓缩倍数的依据是恰当的。在计算好缓蚀阻垢剂浓度后，每天按时按量投入。循环水设备在平稳状态下进行时，蒸发水量和散发水量的值是一定的，可通过变化排污量来控制浓缩倍数。根据多年的实践经验，在浓缩倍数3-5的情况下，可以保整整个循环水系统的水质。为保证系统的水量平衡稳定，必须定期向系统中补充一定量的新水。交替使用氧化杀菌剂（每周一次）和非氧化杀菌剂（每月一次），可以较好地控制系统中的菌类和藻类。

4.提高循环水的PH值

提高循环水的PH值，使金属管道的表面生成氧化性保护膜的倾向增大，易于钝化，从而有利于防止金属管道的腐蚀。敞开式循环冷却水系统通常通过在冷却塔内的曝气提高PH值，当水中和空气中的CO2达到平衡时，水的PH为8.5左右。提高循环水的PH值后，不可避免的带来一些问题：循环水结垢倾向增大；设备腐蚀速度下降，但还不能满足要求；某些常用缓蚀剂失效。目前可通过添 加专门为碱性冷却水处理开发的复合缓蚀剂来解决，例如：聚磷酸盐-锌盐-膦酸盐-分散剂、聚磷酸盐-正磷酸盐-膦酸盐-三元共聚物、有机多元膦酸-聚合物 分散剂-唑类、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。这些水处理剂的复合配方可发挥出除垢和防腐的综合作用，由于协同或增效作用，效果更显著，这也是缓蚀剂的发展趋势。

5.用防腐涂料涂覆

篇12

冷却水系统主要分为直流冷却水系统。顾名思义，直流冷却水系统即冷却水经过换热后直流排出，循环冷却水系统则是对冷却水进行循环利用[1]。直流冷却水系统由于其设备投入较少，管路设计简单，在过去相当一段时间内，火力发电厂的冷却水系统以直流冷却水系统为主。然而，该系统的使用局限性在于：火力发电厂的冷却水耗用量巨大，换热过后排出的大量冷却水会对天然水体造成热污染，同时，在水资源不够丰富的地区，也很难供应足够水量的满足水温要求的水源作为冷却水。因此，在火力发电厂中，除海滨电厂使用海水直流冷却外，早期建设的一些使用直流冷却水系统的机组大都已经得到了改造实现冷却水的循环利用。

在冷却水的循环利用系统中，又分为敞开式循环冷却水系统和闭式循环冷却水系统。敞开式循环冷却水系统即换热后的冷却水通过冷却塔或冷却水池等直接与大气接触实现降温。密闭式循环冷却水系统是冷却水被封闭于冷却设备和冷却水管路之中，通过冷却设备间接与冷却介质接触实现降温[2]。敞开式循环冷却水较密闭式循环冷却水而言有较大的冷却水量处理能力，目前大多数火力发电厂的冷却系统采用敞开式循环冷却水系统。但是，随着不同地域对于火力发电厂建设需求的出现，为了打破水资源或者是淡水资源严重缺乏地区建设火力发电厂的局限性，密闭式循环冷却水系统在火力发电厂中的应用不可小觑。

目前密闭式循环冷却水系统在火电厂主要有两种应用场合：一是严重缺水地区采用空冷系统冷却汽轮机的凝气，或者是淡水资源严重缺乏地区采用海水直流冷却汽轮机的凝气，其余辅机、设备轴承等冷却水采用密闭式循环冷却系统。二是为了防止敞开式循环冷却水系统中冷却水水质变差而影响一部分被冷却设备的使用寿命，单独将这些设备组成一个冷却水水质更为有保障的的密闭式循环冷却系统。

下面，以印尼某2x60MW全凝热电厂的设计为例，系统介绍火力发电厂中密闭式循环冷却水系统在淡水资源严重缺乏地区的应用。

该电厂所在区域淡水严重缺乏，海水经过预处理后，采用两级反渗透+混床除盐系统。厂区所需生活用水来自两级反渗透出水。电厂凝汽器设计冷却水量为25480m3/h，采用海水直流冷却系统。空冷器、冷油器冷却水量为1000m3/h，其余各种辅助机械设备工业用水量为70m3/h，采用密闭式循环冷却水系统。密闭式循环冷却水补水取自电厂除盐水，补水量以冷却水量的0.5%计算，约为6m /h。

密闭式循环冷却水系统由高位回收水箱，密闭式循环冷却水泵、水-水换热器和系统供回水管路组成。系统采用母管制，由密闭式循环冷却水泵经由循环冷却水供回水母管将密闭式循环冷却水送至各冷却水用水点系统。经过各被冷却设备升温后的冷却水再经由密闭式循环冷却水回水母管进入水-水换热器被冷却后进入高位回收水箱。循环供回水管道流速取2m/s，设计管径为DN450。水-水换热器的冷却采用海水直流冷却。

该系统的设计要点如下：

1 密闭式循环冷却水泵的选型及备用

系统处理水量为1070m3/h，共有两套发电机组，故密闭式循环冷却水泵不应少于两台，综合经济性并考虑一定裕量，选用单台流量为600m3/h的水泵共三台，两用一备。水泵扬程根据最不利供水点所需要的扬程确定。

2 冷却设备的选型及备用

冷却设备应选用密密闭式，选用两台容量100%的管程水-水换热器，循环冷却水走壳程，直流海水走管程，管程应采用耐海水腐蚀的材质，如双相不锈钢、钛钢合金等。

3 高位回收水箱的选型及备用

系统设置高位回收水箱，用于容纳系统补水、接受系统回水、为循环水泵吸水创造条件。水箱的容积按照系统处理水量的10%确定，水箱的清洗检修可在电厂机组检修期间进行，不设备用。箱体设化学药剂加入口。采用充入氮气的方法来保持水箱内外压力的平衡，并且达到隔绝空气的效果。

4 管道材质与防腐

系统管道材质可采用低碳钢材质，事先预膜处理，并在运行时通过投加阻垢剂、缓蚀剂等防止管道腐蚀结垢。

5 设备布置

由于密闭式循环冷却水系统的供水和用水点均来自于主厂房，系统设备布置于主厂房内或者主厂房附近，可大大缩短管道布置长度，节约管道用量，减少管道阻力损失。

6 系统控制

密闭式循环冷却水系统的控制点主要有水-水换热器进出水口的流量、压力和温度控制，高位回收水箱的液位控制、系统补水流量控制。高位回收水箱的液位与补水调节阀连锁，根据液位高低控制补水和氮气充入量。

参考文献：