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關(guān)鍵詞:循環(huán)冷卻水;水垢;腐蝕;冷卻塔
中圖分類(lèi)號(hào):P339 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
1循環(huán)冷卻水運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題產(chǎn)生的機(jī)理
1.1冷卻水中附著物的形成
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中附著物的組成通常很復(fù)雜,可把附著物分為水垢和污泥。水垢是以鹽類(lèi)化合物組成的沉積物,其組成主要是一些難溶性的化合物,如碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鎂和硅酸鎂等。污泥可以遍布冷卻水系統(tǒng)的各個(gè)部位,尤其是水流滯緩的部位,例如冷卻塔水池底部。
1.2冷卻水中懸浮物的形成
冷卻水中的懸浮物主要成因:水源沉清處理的效果不佳,以致泥沙、氫氧化鋁、鐵的氧化物等懸浮物進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng);冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)處理的工藝條件不當(dāng);水通過(guò)冷卻塔時(shí),將空氣中的雜質(zhì)帶入冷卻水系統(tǒng)。
1.3冷卻水系統(tǒng)中微生物的滋長(zhǎng)
冷卻水系統(tǒng)中真菌大都屬于藻狀菌綱,大量繁殖后形成棉團(tuán)狀物附著在金屬表面上,影響換熱器熱交換、堵塞管道。影響微生物在冷卻水系統(tǒng)中的因素主要有溫度、換熱管潔凈程度和光照情況。多數(shù)微生物的繁殖生長(zhǎng)溫度為20℃左右,如高于30℃,大部分常見(jiàn)微生物就會(huì)死亡。在潔凈的換熱器管路中,微生物也不易生長(zhǎng)。光照對(duì)水中藻類(lèi)的繁殖和生長(zhǎng)也有很大關(guān)系,即光照越強(qiáng),藻類(lèi)越容易繁殖,所以藻類(lèi)易于在冷卻塔內(nèi)出現(xiàn)。
1.4腐蝕問(wèn)題的產(chǎn)生
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的懸浮物是加速冷卻設(shè)備腐蝕的重要因素。由于回用污水中的有機(jī)物、氨氮、硫化物、含鹽量、氯離子、硫酸根離子等物質(zhì)的濃度比新鮮水高,循環(huán)冷卻水在系統(tǒng)循環(huán)濃縮后,對(duì)水質(zhì)穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響,腐蝕性大大增強(qiáng),同時(shí)對(duì)微生物繁殖提供了更加有利的條件。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于局部腐蝕形成機(jī)理的研究,大部分都認(rèn)為點(diǎn)蝕形成的原因一是與腐蝕產(chǎn)物膜的不均勻致密有關(guān);二是與流體流動(dòng)對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜的破壞有關(guān)。在不同流速的作用下,腐蝕產(chǎn)物膜薄弱的地方先出現(xiàn)破損,露出沒(méi)有腐蝕產(chǎn)物膜保護(hù)的基體,這部分將會(huì)有較高的腐蝕速率。
2解決辦法
2.1水垢的控制
循環(huán)水系統(tǒng)中最易生成的是碳酸鈣,水垢控制即是防止碳酸鈣的析出,一般采用以下幾類(lèi)法:
(1)從補(bǔ)充冷卻水中除去成垢的鈣、鎂離子。目前常用的軟化方法有兩種:一是離子交換樹(shù)脂法,該法適于補(bǔ)充水量小的循環(huán)水系統(tǒng)用;二是石灰軟化法,即投加石灰。該方法成本低,適于原水(尤其是暫時(shí)硬度大的結(jié)垢型原水)鈣含量高,補(bǔ)充水量較大的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。
(2)加酸或通入CO2氣體,低pH值穩(wěn)定重碳酸鹽。使下列平衡左移。
加酸法目前仍有使用,關(guān)鍵是控制好加酸量,否則酸量過(guò)多會(huì)加速設(shè)備腐蝕。通CO2氣體同樣應(yīng)注意控制好pH值,否則循環(huán)水通過(guò)冷卻塔時(shí),由于CO2溢出,CaCO3在塔內(nèi)結(jié)晶,堵塞填料,形成鈣垢轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。
(3)投加阻垢劑:在循環(huán)水中投加阻垢劑,破壞的結(jié)晶增長(zhǎng)過(guò)程,以達(dá)到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機(jī)多酸鹽、有聚磷酸鹽、聚丙烯酸鹽等。
2.2懸浮物的控制
(1)對(duì)循環(huán)水進(jìn)行預(yù)處理
清洗和預(yù)膜工作被稱(chēng)為循環(huán)水系統(tǒng)化學(xué)處理的預(yù)處理。對(duì)于新系統(tǒng),主要是清除設(shè)備和管道中的碎屑、雜物和塵土以及冷卻設(shè)備的銹蝕和油污,以便提高預(yù)膜效果,減少腐蝕和結(jié)垢。對(duì)于老系統(tǒng),主要是清除冷卻設(shè)備中的垢、黏泥和金屬腐蝕產(chǎn)物。循環(huán)水系統(tǒng)的預(yù)膜是為了提高緩蝕劑的成膜效果,常在循環(huán)水系統(tǒng)開(kāi)車(chē)初期投加較高的緩蝕劑量,待成膜后再降低藥劑濃度維持補(bǔ)膜。
(2)增大濃縮倍數(shù)
在敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),由于蒸發(fā)、風(fēng)吹,系統(tǒng)中的一部分不含鹽分的水會(huì)損失掉,導(dǎo)致系統(tǒng)循環(huán)水中的各種礦物質(zhì)和離子濃度越來(lái)越大。為了使循環(huán)水中的含鹽量維持在一定的范圍,必須不斷地補(bǔ)充新鮮水,排出濃縮水。提高循環(huán)冷卻水濃縮倍率的途徑主要有水質(zhì)穩(wěn)定劑處理法、加酸降堿度法、旁流過(guò)濾法、補(bǔ)充水石灰處理法、補(bǔ)充水弱酸陽(yáng)床處理法和補(bǔ)充水反滲透膜法。
(3)投加分散劑
將粘合在一起的泥團(tuán)雜質(zhì)等分散成微粒懸浮于水中,隨水流流動(dòng)而不沉積,從而減少污垢對(duì)傳熱的影響,部分懸浮物還可隨排污排出。
(4)增加旁濾設(shè)備
旁濾水處理目的是保持循環(huán)水水質(zhì),使循環(huán)水系統(tǒng)在滿(mǎn)足濃縮倍數(shù)條件下有效和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有下列情況時(shí),應(yīng)考慮設(shè)置旁濾水處理設(shè)施:設(shè)定的濃縮倍數(shù)超過(guò)允許指標(biāo);存在外界污染(如空氣中飄塵);工藝物料泄漏及其他污染物;需要去除下列雜質(zhì)的一項(xiàng)或幾項(xiàng)的:懸浮物、生物粘泥;含其它有害污染物質(zhì)和油類(lèi)污物等。
2.3循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)金屬腐蝕的控制方法常用的有以下四種:
(1)添加緩蝕劑
緩蝕劑是一種用于腐蝕介質(zhì)中抑制金屬腐蝕的添加劑,不改變腐蝕介質(zhì)的性質(zhì),不需特殊投加設(shè)備和對(duì)設(shè)備表面進(jìn)行處理,因此使用緩蝕劑是一種經(jīng)濟(jì)效益高且適應(yīng)性較強(qiáng)的金屬防護(hù)措施。緩蝕劑的作用機(jī)理主要有鈍化作用和吸附成膜作用兩種。鈍化作用是指改變金屬表面元素的結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì),從而起到保護(hù)作用。吸附成膜是利用緩蝕劑和金屬之間的吸附作用,使其沉積在金屬表面,形成一層保護(hù)膜,阻止腐蝕性介質(zhì)和金屬表面的接觸,降低腐蝕速率。
(2)提高循環(huán)水的pH值
提高循環(huán)水的pH值是使金屬表面生成氧化性保護(hù)膜的傾向增大且易于鈍化,從而控制設(shè)備腐蝕。但提高循環(huán)水的pH值后,循環(huán)水水垢傾向增大、設(shè)備腐蝕速度下降,以及導(dǎo)致某些緩蝕劑失效。目前可通過(guò)添加專(zhuān)門(mén)為堿性冷卻水處理開(kāi)發(fā)的復(fù)合緩蝕劑來(lái)解決。
(3)選用耐腐蝕材料的換熱器
比如聚丙烯換熱器或石墨改性聚丙烯換熱器,但由于換熱效果差,很少使用。
(4)用防腐涂料涂覆,通過(guò)防腐涂料的屏蔽、緩蝕、陰極保護(hù)及PH值緩沖作用來(lái)保護(hù)設(shè)備不受腐蝕。
(5)杜絕設(shè)備泄漏,避免氨對(duì)冷卻水的污染
實(shí)踐證明,循環(huán)水中含有3~5 mg/L的氨對(duì)水質(zhì)影響不大,但是當(dāng)超過(guò)10 mg/L時(shí)水質(zhì)就容易惡化。對(duì)所有接觸氨的水冷器和氨冷器進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。氨泄漏嚴(yán)重時(shí)應(yīng)及時(shí)停車(chē)補(bǔ)漏;但如果在運(yùn)行中泄漏量減小,可就地排放,以減少對(duì)整個(gè)水系統(tǒng)的污染。此外可適當(dāng)加大循環(huán)水排污量,增加新鮮水量來(lái)降低冷卻水中氨量。
避免氨對(duì)冷卻水的污染,還應(yīng)加強(qiáng)水源及環(huán)境的防范。禁止廢氨水向水源的排放,消除一切氨的跑冒滴漏,盡量避免循環(huán)冷卻水受到氨的污染。
2.4循環(huán)冷卻水系統(tǒng)微生物的控制
微生物大量繁殖會(huì)產(chǎn)生微生物黏泥沉積在換熱器管的表面,從而降低工廠產(chǎn)量。流體流動(dòng)可以供給微生物養(yǎng)分,并移走產(chǎn)生的廢物。增加流速可使緊靠生物黏泥的流體層流底層變薄,從而使養(yǎng)分的傳遞速率及廢物的移出速率增大,使生物黏泥增厚。綜合考慮流速對(duì)腐蝕結(jié)垢的影響,循環(huán)水的流速宜選擇在1.0m/s,此時(shí)的瞬時(shí)污垢熱阻值、沉積率、垢層厚度達(dá)到最低值。溫度對(duì)生物膜的生長(zhǎng)也具有很大影響。對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)中的微生物引起的腐蝕、粘泥的控制方法有:選用耐腐蝕設(shè)備;控制循環(huán)水中的含氧量、PH值、懸浮物和微生物養(yǎng)料等指標(biāo);在防腐涂料中添加殺生劑,抑制微生物的生長(zhǎng);采取冷卻水水池加蓋等措施,防止陽(yáng)光照射;設(shè)置旁流過(guò)濾設(shè)備;對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行混凝沉淀預(yù)處理,以及頗有前途的噬菌體法等。
3結(jié)論
循環(huán)冷卻水占整個(gè)工業(yè)用水的80%左右,且對(duì)水質(zhì)要求并不苛刻,將深度處理后的污水回用于冷卻水系統(tǒng)具有很大的潛力。在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)原水水質(zhì)、循環(huán)水量級(jí)溫升、補(bǔ)水水質(zhì)和價(jià)格、使用循環(huán)水的換熱器設(shè)備材質(zhì)等實(shí)際情況,綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,選擇適宜的措施,制定出經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可行的循環(huán)水處理方案。但這些傳統(tǒng)的方法,有時(shí)不能從根本上解決鹽濃縮引起的問(wèn)題,且投加各種水處理劑的操作復(fù)雜、藥劑費(fèi)用高,使循環(huán)水濃縮倍數(shù)不高,運(yùn)行管理成本較高,還需要我們進(jìn)一步的研究和探討。
參考文獻(xiàn)
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1引言
在我國(guó)北方地區(qū),冬季寒冷,氣溫較低,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在凍結(jié)的問(wèn)題,考慮到循環(huán)冷卻水對(duì)工業(yè)的重要性,以及用水量大、補(bǔ)水量小的特點(diǎn),有必要對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采取防凍措施。本文將結(jié)合北方地區(qū)的工程應(yīng)用實(shí)例來(lái)討論循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的防凍措施。
2工程背景
(1)工程一
該工程為軟水閉式循環(huán)水系統(tǒng),位于青海省某地,自然條件如下:位于青藏高原溫帶半干旱氣候區(qū),海拔在25252700 m之間。多年平均氣溫3.9℃,最熱月(七月)平均氣溫14.6℃,極端最高氣溫33.4℃,最冷月(一月)平均氣溫一8.9℃,極端最低氣溫一33.7℃;最大季節(jié)凍土深度130〔二。
(2)工程二
該工程為脫鹽水閉式循環(huán)水系統(tǒng),位于內(nèi)蒙古某地,自然條件如下:海拔約1250 m,冬季嚴(yán)寒而漫長(zhǎng),春季干旱少雨且風(fēng)沙大,年平均氣溫5.58.0℃X2000年一2010年數(shù)據(jù),下同),最冷月(一月)平均氣溫一10.7℃,極端最低氣溫一32.3℃,最熱月(七月)平均氣溫21.8℃,極端最高氣溫38.1℃。最大凍土深度171 cmo
3防凍措施
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)常用的防凍措施有:放空(輔助吹掃)、保溫、伴熱。埋地管道(循環(huán)水管道除外)通常布置在凍土層以下,管道地點(diǎn)設(shè)置放空,放空閥設(shè)在保溫的閥門(mén)井內(nèi)。地卜的設(shè)施,一般系統(tǒng)會(huì)在低點(diǎn)設(shè)置停車(chē)或檢修用的放空管和放空閥門(mén),有條件的可以將設(shè)備、管路設(shè)置在采暖房間內(nèi),否則對(duì)于放空管和系統(tǒng)中的死水段,需要盡量減小死水段的長(zhǎng)度并考慮保溫。以循環(huán)水的停留時(shí)間為不凍結(jié)的允許停留時(shí)間tFlPtFr〕計(jì)算保溫層厚度,若計(jì)算結(jié)果超過(guò)保溫層的經(jīng)濟(jì)厚度,此時(shí)尚需設(shè)置伴熱。伴熱方式有蒸汽伴熱、熱水伴熱和電伴熱。蒸汽伴熱和熱水伴熱需要鋪設(shè)較長(zhǎng)的管道,管材和安裝費(fèi)較高,伴熱的溫度不穩(wěn)定。
電伴熱有兩種:恒功率伴熱和變功率伴熱。前者采用伴熱帶以電阻絲為發(fā)熱元件,發(fā)熱功率恒定不變,配置溫控器和溫度傳感器,溫控器根據(jù)溫度傳感器的檢測(cè)值來(lái)控制電路的通斷。由于溫度傳感器檢測(cè)的只是某點(diǎn)的溫度,因此控制存在一定的不精確性,比較適合長(zhǎng)輸管線(xiàn)的伴熱。變功率伴熱采用的是自限溫伴熱帶,這種材料具有很高的正溫度熱敏電阻((PTC)特性,其輸出功率能隨伴熱對(duì)象的溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié),不僅能控制伴熱溫度,還能截取任意長(zhǎng)度,且安裝方便,但價(jià)錢(qián)比較高,比較適合伴熱點(diǎn)多且分散的工程。
3.1給、回水管道及閥門(mén)
明敷管道呈階梯狀布置或帶坡布置,盡量避免頻繁的高低起伏,管網(wǎng)的低點(diǎn)集中布置,在低點(diǎn)處設(shè)置放空管和放空閥,系統(tǒng)停車(chē)時(shí)集中放空。有條件時(shí)盡量布置在采暖的室內(nèi)以減少全部放空時(shí)水量的浪費(fèi)。埋地敷設(shè)的管道帶坡敷設(shè),在最低點(diǎn)處設(shè)置放空
管道和閥門(mén)。
支管、過(guò)濾器等設(shè)備的旁通管等的閥門(mén)盡量靠近總管設(shè)置,死水段根據(jù)需要設(shè)放空管道和閥門(mén)并保溫,必要時(shí)增加伴熱裝置。
工程一中循環(huán)水管道明敷,室內(nèi)不采暖,附近無(wú)蒸汽管道。管網(wǎng)低點(diǎn)處集中設(shè)置放空管,考慮到操作的便利性,將放空閥設(shè)置在操作面1.2 m高處,放空閥前的放空管均采取了電伴熱,由于伴熱點(diǎn)多且分散,伴熱帶采用的是自限溫伴熱帶。
工程二中循環(huán)水管道在埋地段的最低點(diǎn)設(shè)置放空管道和閥門(mén),由于主管管徑較大,放空閥離開(kāi)主管一段距離后設(shè)置閥門(mén)井,放空管位于凍土層以下,閥門(mén)井采用保溫閥門(mén)井。露天布置的明敷管道與設(shè)備的接口較多,在接口閥門(mén)后緊挨著接口閥門(mén)設(shè)放空管道和放空閥。為盡量減小死水段的長(zhǎng)度,放空閥采用帶頸對(duì)焊配對(duì)法蘭與放空管三通對(duì)焊。
管道低點(diǎn)放空設(shè)置見(jiàn)圖to3.2換熱設(shè)備
濕式冷卻塔冬季部分停運(yùn)后,由停運(yùn)冷卻塔負(fù)荷的熱水通過(guò)旁通管直接進(jìn)人冷卻水收集池,通過(guò)調(diào)整進(jìn)冷卻塔的熱水比例來(lái)保證混合后的出水溫度不致過(guò)低而凍結(jié)或使后需設(shè)備和管網(wǎng)發(fā)生凍結(jié)。為防止運(yùn)行的冷卻塔填料外側(cè)發(fā)生凍結(jié),可在配水系統(tǒng)和填料層的之間設(shè)置噴淋系統(tǒng),噴淋水的水源為系統(tǒng)的循環(huán)回水,水量為循環(huán)水量的2}%左右。為防止冷卻塔側(cè)壁水流導(dǎo)致掛冰增加冷卻塔荷重,或冷水從進(jìn)風(fēng)口外溢引起周?chē)厮_(tái)、檢修平臺(tái)等結(jié)凍,可在進(jìn)風(fēng)口卜部的冷卻塔側(cè)壁設(shè)置倒流裝置。
另外,可以考慮將蒸發(fā)空冷器的噴淋泵開(kāi)啟防止集水盤(pán)內(nèi)水結(jié)凍,必要時(shí)可考慮將集水盤(pán)內(nèi)噴淋水放空。
對(duì)于露天布置的板式換熱器,可以采取熱水側(cè)長(zhǎng)流水,冷媒水放空從旁通管直流的方式。極端氣候條件下,可采取全部保溫甚至伴熱的措施。
另外,對(duì)于停運(yùn)的設(shè)備,考慮放空后可設(shè)置壓縮空氣吹掃系統(tǒng),防止殘水發(fā)生凍結(jié)或致?lián)Q熱管銹蝕。
工程一采用蒸發(fā)空冷器,自帶集水盤(pán),由于晝夜溫差大,若夜間放空集水盤(pán)自天又須重新補(bǔ)水,采用放空的方式不僅增加維護(hù)成本還將造成用水的大量浪費(fèi),故設(shè)備整體設(shè)電伴熱。
工程二也采用蒸發(fā)空冷器,不帶集水盤(pán),噴淋水取自系統(tǒng)的補(bǔ)水池,用高壓泵送至噴淋管并設(shè)霧化噴頭霧化后進(jìn)行冷卻可大大減少?lài)娏芩挠昧?。由于寒冷季?jié)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),噴淋使用時(shí)間較短,故寒冷季節(jié)到來(lái)之前將噴淋水管網(wǎng)放空。此種形式不僅降低了設(shè)備投資和運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用,而且也有效地避免了噴淋水的凍結(jié)。
3.3供水泵
考慮到供水泵一般都設(shè)有備用泵,備用泵前后存在死水段,以及水泵定修等因素,一般布置在采暖的泵站內(nèi),否則考慮到水泵的重要性,一般在死水段設(shè)置放空設(shè)施或增加電伴熱裝置。
工程一中泵站采用了電取暖,但考慮到供水泵與備用泵切換等因素,供水泵前后管路均增加了電伴熱,并在低點(diǎn)設(shè)置了放空設(shè)施。工程二中泵站設(shè)置了熱水采暖。
3.4補(bǔ)水系統(tǒng)
補(bǔ)水管埋地部分通常需要設(shè)在凍土層以下,明敷部分設(shè)在采暖的泵站內(nèi),否則也需要設(shè)置保溫,必要時(shí)考慮增加伴熱。
高位水箱設(shè)置位置如無(wú)采暖,則必須設(shè)保溫,必要時(shí)考慮增加伴熱。氣壓罐一般設(shè)在供水泵前,且與供水泵一并設(shè)在采暖的泵房?jī)?nèi)。穩(wěn)壓裝置的進(jìn)、出水管道防凍措施同穩(wěn)壓裝置。
工程一采用高位水箱進(jìn)行穩(wěn)壓,由于設(shè)置區(qū)域無(wú)采暖,高位水箱以及連接的管道全程采用電伴熱。工程二采用氣壓罐進(jìn)行穩(wěn)壓,氣壓罐設(shè)在采暖的房間內(nèi),無(wú)需其他防凍措施。
3.5加藥裝置
通常加藥裝置設(shè)置在采暖的泵站內(nèi),室外明敷或敷設(shè)在管溝內(nèi)的加藥管道均設(shè)置保溫,必要時(shí)增設(shè)電伴熱。洗眼器可以考慮和加藥裝置同樣的防凍措施,對(duì)設(shè)在室外或非采暖房間的洗眼器,盡量選用自排水式洗眼器。
工程一和工程二的加藥裝置及加藥管均布置在采暖的泵站內(nèi),不需單獨(dú)考慮防凍。
3.6過(guò)濾器
高速過(guò)濾器和淺層砂過(guò)濾器一般都設(shè)置在過(guò)濾器間,室內(nèi)采暖或管道進(jìn)行保溫。
閉式循環(huán)冷卻水供水泵后一般設(shè)置Y型過(guò)濾器,該過(guò)濾器和供水泵一起設(shè)在采暖泵房?jī)?nèi),無(wú)需另外考慮防凍措施。
若自清洗過(guò)濾器設(shè)在采暖的房間內(nèi),則無(wú)需另外考慮防凍措施;否則,旁通管段需要考慮保溫,必要時(shí)增設(shè)伴熱,或者也可采取雙閥切斷并放空,具體做法見(jiàn)圖(圖略)。工程一中未設(shè)過(guò)濾裝置,工程二中考慮到閉式系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后過(guò)濾器的作用不大,故采取過(guò)濾網(wǎng)在系統(tǒng)試車(chē)前使用,試車(chē)后拆除。此法不僅可以節(jié)約投資,也能避免后期的旁通管凍結(jié),閉式系統(tǒng)可以借鑒。
4小結(jié)
關(guān)鍵詞:循環(huán)冷卻水、結(jié)垢、危害與影響
引言:
工業(yè)冷卻水作為工業(yè)用水的主要組成部分之一,是指以天然水(井水、湖水等)作為水源,經(jīng)過(guò)必要的處理的冷卻用水,它是火力發(fā)電、冶金、石油等行業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行必不可少的工藝條件。工業(yè)冷卻水系統(tǒng)按運(yùn)行可分為兩大類(lèi):直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng),在直流冷卻水系統(tǒng)中,冷卻水僅僅通過(guò)換熱設(shè)備一次,然后就被排掉。而循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有可節(jié)約大量新鮮水,減少排污量,防止熱污染,且系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單,運(yùn)行中熱流量較大等特點(diǎn),故在工業(yè)企業(yè)中的到了極為廣泛的應(yīng)用。
一、循環(huán)水結(jié)垢機(jī)理
在在循環(huán)水系統(tǒng)中,由于補(bǔ)充水采用天然水,天然水中含有大量的鹽類(lèi)如重碳酸鈣、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽和其他礦物質(zhì),在循環(huán)冷卻水經(jīng)換熱后進(jìn)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,部分水通過(guò)冷水系統(tǒng)時(shí)不斷被蒸發(fā)損失掉,水中礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮,部分離子和礦物質(zhì)由于濃度增大而析出粘附在設(shè)備表面而結(jié)垢。在冷卻水和冷卻系統(tǒng)換熱過(guò)程中,溶解在冷卻水中的二氧化碳會(huì)不斷逸出,水的PH值會(huì)升高,冷卻水中的重碳酸鹽會(huì)發(fā)生如下反應(yīng):
Ca(HCO3)2=CaCO3+2H2O+CO2
Ca(HCO3)2+2OH-=CaCO3+2H2O+CO32-
故由于二氧化碳的不斷逸出,PH值的不斷上升,結(jié)垢趨勢(shì)加快,可在換熱設(shè)備表面形成碳酸鈣垢層。
在循環(huán)水使用過(guò)程中由于水溫呈現(xiàn)周期性升降狀態(tài),當(dāng)溫度升高時(shí)具有負(fù)的溶解度溫度系數(shù)的鹽類(lèi)蘇硫酸鈣等由于溫度升高溶解度降低而析出形成水垢;而當(dāng)溫度降低時(shí)具有正的溶解度溫度系數(shù)的鹽類(lèi)如二氯化鈣由于溶解度降低而析出成垢。在系統(tǒng)運(yùn)行中,由于冷卻水與空氣充分接觸,空氣中的灰塵、雜物碎屑及冷卻水系統(tǒng)中的泥沙、油污、腐蝕產(chǎn)物和微生物的尸體及粘性分泌物等組成軟垢,粘附在管壁的內(nèi)表面。
二、結(jié)垢危害與影響
由于循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水一般為地下新鮮水,水中含鹽量、礦物質(zhì)含量較高,屬于硬度偏高、堿度偏高類(lèi)水型,當(dāng)濃縮倍數(shù)達(dá)到2.0以上時(shí),循環(huán)水質(zhì)類(lèi)型為結(jié)垢型水質(zhì),結(jié)垢對(duì)采油作業(yè)過(guò)程用水可產(chǎn)生以下不良影響:當(dāng)碳酸鈣、磷酸鈣、硫酸鈣及腐蝕產(chǎn)物在換熱器管束表面形成硬垢后,牢固附著在運(yùn)行設(shè)備、工藝管線(xiàn)內(nèi)表面,不容易被沖走,形成垢層,大大降低了換熱冷卻水路的換熱效果。
軟垢的存在,當(dāng)冷卻水中含油過(guò)多,微生物滋生繁殖較快時(shí),與空氣中的灰塵等形成體積較大,質(zhì)地疏松稀軟的大量不連續(xù)多孔狀沉積物及軟垢,由于其松散稀軟,在沉積層的內(nèi)外氧濃度存在差異,從而形成樣濃度差電池而導(dǎo)致金屬發(fā)生垢下腐蝕。這種腐蝕心態(tài)腐蝕速度很大,危險(xiǎn)性和破壞力都較強(qiáng)。軟垢沉積降低了冷卻水流量。此外軟夠還是某些微生物如厭氧菌生存和繁殖的溫床,增大了微生物滋生和繁殖的趨勢(shì),加速和微生物的腐蝕。
無(wú)論是硬垢還是軟垢的存在,都極大的降低了換熱設(shè)備的換熱效率,加速了換熱設(shè)備垢下腐蝕的速度,同時(shí)還造成了換熱效果不理想,新鮮水用量增大,增加了生產(chǎn)運(yùn)行成本,造成了企業(yè)成本增加。更為危險(xiǎn)的是垢層下腐蝕造成了設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行的安全隱患。
三、控垢方法與策略
控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的方法大致可有以下幾種
3.1、從冷卻水中除去成垢的鈣離子等。水中Ca2+是冷卻水形成CaCO3垢的主要原因,可以采用離子交換樹(shù)脂發(fā)貨石灰軟化法去除水中成垢離子,用離子交換樹(shù)脂法軟化補(bǔ)充水,運(yùn)行成本較高,一班很少采用。石灰軟化法即對(duì)補(bǔ)充水在進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)前投加適量的石灰進(jìn)行預(yù)處理,先生成CaCO3析出,從而降低Ca2+含量。此法對(duì)暫時(shí)硬度大的結(jié)垢型原水較適用。
3.2、通過(guò)CO2降低PH值。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行中可以采取通入CO2或加入濃H2SO4,降低冷卻水系統(tǒng)的PH值,可促進(jìn)重碳酸鹽在水中反應(yīng)向左進(jìn)行,Ca(HCO3)2=Ca2++2H++2CO32-從而便重碳酸鹽穩(wěn)定。
3.3、投加阻垢分散劑進(jìn)行化學(xué)處理。阻垢分散劑是指在很低濃度下能夠抑制冷卻水中難溶解物析出或懸浮物成績(jī)層水垢的物資。結(jié)垢是水中難溶鹽結(jié)晶沉積的結(jié)果,阻垢劑能破壞和控制結(jié)晶沉淀的某一過(guò)程,從而抑制水垢形成。常用阻垢分析劑有聚磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽等。通常在循環(huán)冷卻水中加入幾十毫克每升,就可控制結(jié)垢的形成。
3.4、在原油開(kāi)采過(guò)程中,由于開(kāi)采系統(tǒng)等各種原因累加,工藝介質(zhì)如油類(lèi)、化學(xué)添加劑等經(jīng)常會(huì)滲漏進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng),其與水中雜質(zhì),空氣的灰塵,微生物分泌形成軟垢,對(duì)采油過(guò)程設(shè)備運(yùn)行造成了極大安全威脅,故也應(yīng)該控制,目前污垢的控制主要有減低補(bǔ)充水濁度、投加分散劑、增大過(guò)濾設(shè)施過(guò)濾能力等。
3.5、冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕的控制方法主要可以采取投加緩蝕劑等進(jìn)行化學(xué)處理;選用耐腐蝕材料冷換設(shè)備;冷換設(shè)備表面涂層保護(hù),如防腐涂料,管束表面滲鋁,管束化學(xué)鈍化等方式實(shí)現(xiàn)防護(hù)。另外嚴(yán)格控制整個(gè)過(guò)程的亂排放、泄露等現(xiàn)象發(fā)生,保證冷卻系統(tǒng)的防護(hù)。
四、結(jié)束語(yǔ)
本文通篇以采油作業(yè)過(guò)程中循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為例分析了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行水質(zhì)的好壞對(duì)設(shè)備及工藝管線(xiàn)運(yùn)行產(chǎn)生的危害和影響??傊?,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的良好運(yùn)行時(shí)確保采油作業(yè)安全、穩(wěn)定、效益生產(chǎn)的一項(xiàng)重要的輔助工程,只有抓好水質(zhì)管理水平才能為采油生產(chǎn)做好服務(wù)工作。
參考文獻(xiàn)
1、《中小型熱電廠循環(huán)水結(jié)垢和腐蝕的機(jī)理及控制》郭苗著,科學(xué)技術(shù),2013年11月;
【關(guān)鍵詞】循環(huán)流化床熱水鍋爐;冷渣器;冷卻水;節(jié)能降耗
0.引言
循環(huán)流化床鍋爐所排出的爐渣具有900℃高溫,是通過(guò)冷渣器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)的軟化水將其降溫,將排渣溫度降至低于100℃。如何將循環(huán)流化床鍋爐排渣中所含的物理顯熱回收,達(dá)到節(jié)能降耗的目的,是我們一直試圖解決的目標(biāo)。目前,循環(huán)流化床熱水鍋爐冷渣機(jī)冷卻水系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)方案是用閉式循環(huán)的軟化水對(duì)冷渣機(jī)進(jìn)行降溫,再用工業(yè)冷卻水通過(guò)換熱器對(duì)軟化水降溫。被加熱的工業(yè)水通過(guò)涼水塔降溫,這樣,工業(yè)水從爐渣中所吸收的大量熱量被釋放空氣中,白白浪費(fèi)。節(jié)能設(shè)計(jì)方案是利用供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)回水對(duì)冷渣機(jī)進(jìn)行冷卻,之后回到一次網(wǎng)供水母管中。從爐渣中攜帶的大量熱量進(jìn)入熱網(wǎng)中,供給千家萬(wàn)戶(hù),實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。
1.典型的流化床鍋爐冷渣器冷卻水的設(shè)計(jì)方案
優(yōu)點(diǎn):冷卻效果好,冷渣器出口渣溫低于100℃。
缺點(diǎn):①投資大,需要86萬(wàn)元。
典型的流化床鍋爐冷渣器冷卻水公共系統(tǒng)投資明細(xì)
注:管道單價(jià)中含安裝費(fèi);所列設(shè)備及材料投資中不含冷渣機(jī)及其所屬附件。
②爐渣所攜帶的熱量全部丟棄。折合熱費(fèi)44萬(wàn)元。
以一臺(tái)燃燒煤種為3500大卡/公斤褐煤的116MW循環(huán)流化床鍋爐為計(jì)算對(duì)象,分析如下:
900℃爐渣比熱熔0.97KJ/Kg100℃爐渣比熱熔0.79KJ/Kg
每個(gè)供暖期燃煤量:31T/h×24h×180d=13.4萬(wàn)噸
每年出渣量(燃煤量的十分之一):1.34萬(wàn)噸(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)),即:13400000Kg
每年每臺(tái)爐能夠回收的爐渣物理顯熱:
1.34×107Kg×[(0.97+0.79)÷2]×(900-100)=9.74×109KJ
9740GJ×44.81元/GJ(2013年哈爾濱熱計(jì)量單價(jià))=436449.4元≈44萬(wàn)元
③耗水耗電量大(以達(dá)爾凱陽(yáng)光哈爾濱熱電五臺(tái)58MW熱水爐冷渣器涼水塔實(shí)際補(bǔ)水統(tǒng)計(jì)量為參考)。
耗水費(fèi)用:1萬(wàn)元
自來(lái)水價(jià):1.8元/T(水價(jià))+0.6元/T(排污費(fèi))=2.4元/T
根據(jù)運(yùn)行記錄,平均每天補(bǔ)自來(lái)水25噸,折合60元,一個(gè)采暖期共需補(bǔ)水費(fèi)用10800元。
耗電費(fèi)用:34萬(wàn)元
0.747元/度×(75KW+30KW)×24小時(shí)×180天=338839.2元
④增加了故障點(diǎn)、增加設(shè)備檢修量、增加勞動(dòng)量。
設(shè)備越多,故障點(diǎn)越多,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行機(jī)率越多。涼水塔內(nèi)的填料每?jī)赡昃鸵鼡Q一次,水泵、風(fēng)機(jī)、閥門(mén)也需定期檢修。冬季運(yùn)行時(shí),值班人員每隔8小時(shí)就需要打冰一次并定時(shí)對(duì)補(bǔ)水池補(bǔ)水。
2.新型設(shè)計(jì)
優(yōu)點(diǎn):①冷卻效果好,冷渣器出口渣溫低于100℃。只是冷渣機(jī)的換熱面積要比典型方案中的冷渣機(jī)換熱面積大。
②投資少。
節(jié)能降耗的流化床鍋爐冷渣器冷卻水公共系統(tǒng)投資明細(xì)
注:管道單價(jià)中含安裝費(fèi);所列設(shè)備及材料投資中不含冷渣機(jī)及其所屬附件。
③節(jié)水:冷渣機(jī)冷卻水取自一次熱網(wǎng)回水,送至一次熱網(wǎng)供水。
④節(jié)電:大網(wǎng)循環(huán)泵直接帶冷渣機(jī)。
⑤節(jié)能:能對(duì)鍋爐排渣物理顯熱進(jìn)行回收,達(dá)44萬(wàn)元。
缺點(diǎn):①冷渣機(jī)冷卻水出口電動(dòng)調(diào)節(jié)門(mén)若操作不當(dāng),能引起一次網(wǎng)壓力波動(dòng)。
②對(duì)冷渣機(jī)的投資要大一些。常規(guī)冷渣機(jī)冷卻水設(shè)計(jì)溫度為室溫25℃,而節(jié)能降耗設(shè)計(jì)方案中要求冷渣機(jī)冷卻水溫為70℃(一次網(wǎng)回水設(shè)計(jì)溫度),需增加冷渣機(jī)換熱面積,才能滿(mǎn)足對(duì)爐渣的冷卻要求。
關(guān)鍵詞:冷卻;循環(huán)水;系統(tǒng);節(jié)能;應(yīng)用
Abstract: along with the third plenary session of the eighteenth ihfo, many aspects, such as politics, economy and culture in China and start a new reform and development. In such a context, also in the process of our industrial development and accelerate, cooling water in the industrial production of generally accounted for more than eighty percent of the proportion, is a can not be ignored in the development process of industrial, important link. So, in order to better and faster development of construction industry, we must first study good cooling water circulation problems. This article will from set out actually, seek truth from facts analysis of cooling circulating water system of energy saving and application of a constant new proposition, hope in the future production and life can play a positive role.
Key words: cooling; Circulating water; System; Energy saving; application
中圖分類(lèi)號(hào):TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
從實(shí)際出發(fā),看冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和應(yīng)用的現(xiàn)狀
作為工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的冷卻水,在循環(huán)利用和節(jié)能方面,如果我們能做的更好,將不僅能保護(hù)好目前并不太樂(lè)觀的環(huán)境,也能節(jié)約國(guó)家和企業(yè)的不必要的開(kāi)支,這是個(gè)永不退色的常新話(huà)題。只有做好的了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能工作,我們才能在財(cái)政上減少一筆開(kāi)支,將這筆開(kāi)支作為更為重要的基金進(jìn)行投放。只有做好了冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用工作,我們才能真正在實(shí)際工作中得到事半功倍的收獲效果。
筆者在通過(guò)實(shí)踐的過(guò)程中,針對(duì)實(shí)際情況,做出了一系列的研究和分析。冷卻水在運(yùn)行操作的過(guò)程中,主要的方式是利用冷卻塔,冷卻塔存在著許多的弊端,尤其是它的開(kāi)放式運(yùn)行,在暴漏的空氣下就會(huì)集聚很多的廢棄物品。這些廢棄物品在冷卻水運(yùn)行的過(guò)程中,就會(huì)降低它的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。尤其是在冷卻水流速較低的地方,這些地方極其容易發(fā)生殘?jiān)逊e情況。一旦形成大規(guī)模的殘?jiān)逊e現(xiàn)象,不僅降低運(yùn)轉(zhuǎn)效率,還會(huì)使設(shè)備出現(xiàn)故障,增加修理維護(hù)難度。
所以,就目前的生產(chǎn)狀況來(lái)看,冷卻水循環(huán)問(wèn)題還存在很大的隱患,主要的有以下幾點(diǎn):
第一,水垢問(wèn)題。在冷卻水循環(huán)的過(guò)程中,水垢問(wèn)題一直是個(gè)核心問(wèn)題,也是個(gè)疑難問(wèn)題。水垢的形成和積淀,致使整個(gè)水循環(huán)工作變得效率低下。
第二,污垢問(wèn)題。與水垢不同性質(zhì)的,污垢問(wèn)題也是很?chē)?yán)重的一個(gè)問(wèn)題。由于水循環(huán)裝置——冷卻塔一般都在戶(hù)外,沒(méi)有受到外部的保護(hù),致使在運(yùn)行過(guò)程中很容易產(chǎn)生污垢。使得整個(gè)水塔出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象等,這對(duì)于冷卻水循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能是極為不利的。
第三,腐蝕問(wèn)題。在冷卻水的運(yùn)行過(guò)程中,由于它的主要成分還是水,致使設(shè)備極其容易出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。這對(duì)于整個(gè)設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)工作的要求就十分的高。只有做好腐蝕檢測(cè)工作,才能更好的保證冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能。
第四,菌藻問(wèn)題。菌藻是冷卻水運(yùn)行的必然產(chǎn)物,在生產(chǎn)過(guò)程中極其容易產(chǎn)生。他們的存在勢(shì)必會(huì)使冷卻水變得不那么清澈,有時(shí)候也會(huì)使整個(gè)循環(huán)裝置出現(xiàn)堵塞等故障。
二、結(jié)合實(shí)際,探討實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和應(yīng)用的途徑
就上述實(shí)際情況的描述,我們主要可以把冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在的問(wèn)題做出如下整理,即:水垢問(wèn)題,污垢問(wèn)題,腐蝕問(wèn)題和菌藻問(wèn)題等。目前在針對(duì)冷卻水的這一系列的弊端,我們做了一系列的改造和完善。量子管通環(huán)的的設(shè)計(jì)并入,相對(duì)改進(jìn)了這一弊端。它的主要工作其實(shí)就是將改變 了水的狀態(tài)以及其物理性質(zhì),加強(qiáng)了水的各方面功能。換句話(huà)說(shuō),就是將水的新舊交替加快,以此來(lái)增加水的污垢承載量。這樣的轉(zhuǎn)換工作對(duì)于冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能和減排都是極為有利的,不僅節(jié)約了相應(yīng)的能源資源,也使得工作的運(yùn)轉(zhuǎn)效率有了大幅度的飛躍和提升。
與此同時(shí),我們?cè)卺槍?duì)水質(zhì)產(chǎn)生的污垢的問(wèn)題上也做出了一定的研究和分析,為此,我們還增加了污垢過(guò)濾裝置。污垢過(guò)濾裝置在理論上,是可以大規(guī)模的排除污垢,使得臟水回清。但是,在實(shí)際操作之中,臟水的真正回收率其實(shí)只有百分之五到百分之十。這種低效率的運(yùn)行操作過(guò)程,其實(shí)并沒(méi)有起到多大的效果。并且有時(shí)在生產(chǎn)過(guò)程中,我們也用串聯(lián)的方法,但是這種方法也不是很有效,因?yàn)樗鼤?huì)減少水循環(huán)的頻率。致使其他各方面后續(xù)工作的發(fā)揮和效率,一旦出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象,將會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)工作。但是它還是相對(duì)緩解了目前的燃眉之急。即使如此,目前我們還是在大范圍的利用這兩種方法,因?yàn)橄噍^于傳統(tǒng)的方法,他們還是相對(duì)有優(yōu)勢(shì)的。我們希望能在短時(shí)間能研究出更好的方法來(lái)幫助臟水回清,但是就目前的研究成果來(lái)看,我們還有待于進(jìn)一步的深入研究。
在考慮裝置轉(zhuǎn)換的同時(shí),我們也要注意財(cái)政開(kāi)銷(xiāo)問(wèn)題,畢竟財(cái)政開(kāi)始也不是一筆小數(shù)目,所以,我們要力所能及的既考慮到生產(chǎn)效率的提升問(wèn)題,也要看到生產(chǎn)成本的控制問(wèn)題。筆者始終主張的是節(jié)約原則,在最少的開(kāi)支下做出最好的成效。經(jīng)過(guò)一系列的研究和探討,認(rèn)為主要做好預(yù)期的改造統(tǒng)計(jì)工作,研究是否有足夠的效益值得我們進(jìn)行改造,那么以下原則,我們有必要遵循:
第一,從節(jié)約水量上來(lái)看。冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中每臺(tái)機(jī)器設(shè)備一般每天可以節(jié)約使用的水量是十噸到二十噸,一年三百六十五天,就是兩萬(wàn)三千四百?lài)?。這是個(gè)不小的數(shù)目,如果新更換的設(shè)施能達(dá)到這樣一個(gè)節(jié)約的基本標(biāo)準(zhǔn),我們是值得改造和進(jìn)一步更新的。
第二,從費(fèi)用開(kāi)支上看。目前,我國(guó)水費(fèi)的平均價(jià)格是五塊七元錢(qián)左右,我們按照一年三百六十五天來(lái)算,一年我們可以節(jié)約的水費(fèi)就是十三點(diǎn)三四萬(wàn)元。這樣的一筆水費(fèi)開(kāi)支就可以進(jìn)行新一輪的更新設(shè)備的研究工作,可以幫助我們繼續(xù)進(jìn)行冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能改造命題。
第三,從能源節(jié)約的角度來(lái)看。如果我們轉(zhuǎn)換上述的裝備,將會(huì)幫助我們獲得更好的清潔度,那么相應(yīng)的冷卻塔上的污垢就會(huì)有所減少,促進(jìn)它更好的換熱。間接的,也就降低了能源消耗的開(kāi)支費(fèi)用。
第四,從傳統(tǒng)化劑藥物的使用費(fèi)用來(lái)看。傳統(tǒng)的化劑藥物的費(fèi)用一直是居高不下的,但是在目前來(lái)看,如果我們轉(zhuǎn)換了相關(guān)的設(shè)施和配置,將會(huì)基本不再使用這些傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑,成本會(huì)降低很多。目前的設(shè)備工藝已經(jīng)足夠基本替代原來(lái)的化學(xué)藥劑,我們能夠很好的處理水垢等一系列的衍生問(wèn)題,所以,在未來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程中,我們將逐漸的、循序漸進(jìn)的減少使用傳統(tǒng)化學(xué)藥劑,直到最后完全不實(shí)用他們。
總的來(lái)說(shuō),現(xiàn)代的改造技術(shù)雖然仍然存在自己的不足之處,但是在確實(shí)在某些方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)的優(yōu)于了傳統(tǒng)操作。這些都將對(duì)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能工作和實(shí)際運(yùn)用工作產(chǎn)生積極的影響。我們要積極的采納現(xiàn)代研究成果,在力所能及的范圍內(nèi)引進(jìn)更為先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和器械,使得他們能在更短的實(shí)踐內(nèi)幫助我們實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)能目的,在應(yīng)用上也能夠?yàn)榈眯膽?yīng)手。
結(jié)束語(yǔ):
綜上所述,我們可以看到,在目前的大環(huán)境下,冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和應(yīng)用這一命題是始終是炙手可熱的。我們需要從實(shí)際出發(fā),立足實(shí)踐,并將理論和實(shí)踐緊密結(jié)合起來(lái),才能更好的為冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和應(yīng)用這一命題做出貢獻(xiàn)。由此,我們必須要在滿(mǎn)足國(guó)家基本供應(yīng)和需求標(biāo)準(zhǔn)的情況下,將大量的排污量逐漸減少,并做好節(jié)能環(huán)保的宣傳工作。并不斷跟緊時(shí)代的發(fā)展潮流,注意觀察最為先進(jìn)的冷卻循環(huán)水系統(tǒng)處理設(shè)備,即時(shí)的做到更新?lián)Q代和維護(hù)處理工作,只有這樣,我們才能在真正的意義是實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和應(yīng)用,促進(jìn)國(guó)家、人民和企業(yè)的三向共贏。
參考文獻(xiàn):
[1]楊貴州,劉進(jìn)波.冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究及應(yīng)用[J].化肥設(shè)計(jì),2011(06).
[2]陳海良,雷志富.制氧機(jī)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)不停車(chē)在線(xiàn)清洗預(yù)防空分帶水的技術(shù)應(yīng)用[J].漣鋼技術(shù)與管理,2012(04).
[3]高楠.進(jìn)度管理在某研究所某廠房冷卻循環(huán)水系統(tǒng)改造工程中的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào),2012(04).
關(guān)鍵詞:民用空調(diào);工業(yè);冷卻循環(huán)水系統(tǒng);設(shè)計(jì)
Abstract: this paper combined with years of the worked experience in the civil air conditioning and industrial use of recirculating cooling water system design made a brief summary.
Keywords: civil air conditioning; Industry; Cooling water circulating system; design
中圖分類(lèi)號(hào):U664.81+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):
1冷卻塔
冷卻塔是利用水和空氣的接觸,通過(guò)蒸發(fā)作用來(lái)散去工業(yè)上或制冷空調(diào)中產(chǎn)生的廢熱的一種設(shè)備。其工作的基本原理是:干燥(低焓值)的空氣經(jīng)過(guò)風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)后,自進(jìn)風(fēng)網(wǎng)處進(jìn)入冷卻塔內(nèi);飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動(dòng),濕熱(高焓值)的水自播水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí),一方面由于空氣與水的直接傳熱,另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差,在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象,將水中的熱量帶走即蒸發(fā)傳熱,從而達(dá)到降溫之目的。
2冷卻塔分類(lèi)與工作原理
2.1冷卻塔的分類(lèi)
一、按通風(fēng)方式分有自然通風(fēng)冷卻塔、機(jī)械通風(fēng)冷卻塔、混合通風(fēng)冷卻塔。
二、按熱水和空氣的接觸方式分有濕式冷卻塔、干式冷卻塔、干濕式冷卻塔。
三、按熱水和空氣的流動(dòng)方向分有逆流式冷卻塔、橫流(交流)式冷卻塔、混流式冷卻塔。
四、按用途分一般空調(diào)用冷卻塔、工業(yè)用冷卻塔、高溫型冷卻塔。
五、按噪聲級(jí)別分為普通型冷卻塔、低噪型冷卻塔、超低噪型冷卻塔、超靜音型冷卻塔。
六、其他如噴流式冷卻塔、無(wú)風(fēng)機(jī)冷卻塔、雙曲線(xiàn)冷卻塔等。
2.2工作原理——以圓形逆流式冷卻塔的工作過(guò)程為例
熱水自主機(jī)房通過(guò)水泵以一定的壓力經(jīng)過(guò)管道、橫喉、曲喉、中心喉將循環(huán)水壓至冷卻塔的播水系統(tǒng)內(nèi),通過(guò)播水管上的小孔將水均勻地播灑在填料上面;干燥的低晗值的空氣在風(fēng)機(jī)的作用下由底部入風(fēng)網(wǎng)進(jìn)入塔內(nèi),熱水流經(jīng)填料表面時(shí)形成水膜和空氣進(jìn)行熱交換,高濕度高晗值的熱風(fēng)從頂部抽出,冷卻水滴入底盆內(nèi),經(jīng)出水管流入主機(jī)。一般情況下,進(jìn)入塔內(nèi)的空氣、是干燥低濕球溫度的空氣,水和空氣之間明顯存在著水分子的濃度差和動(dòng)能壓力差,當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),在塔內(nèi)靜壓的作用下,水分子不斷地向空氣中蒸發(fā),成為水蒸氣分子,剩余的水分子的平均動(dòng)能便會(huì)降低,從而使循環(huán)水的溫度下降。從以上分析可以看出,蒸發(fā)降溫與空氣的溫度(通常說(shuō)的干球溫度)低于或高于水溫?zé)o關(guān),只要水分子能不斷地向空氣中蒸發(fā),水溫就會(huì)降低。但是,水向空氣中的蒸發(fā)不會(huì)無(wú)休止地進(jìn)行下去。當(dāng)與水接觸的空氣不飽和時(shí),水分子不斷地向空氣中蒸發(fā),但當(dāng)水氣接觸面上的空氣達(dá)到飽和時(shí),水分子就蒸發(fā)不出去,而是處于一種動(dòng)平衡狀態(tài)。蒸發(fā)出去的水分子數(shù)量等于從空氣中返回到水中的水分子的數(shù)量,水溫保持不變。由此可以看出,與水接觸的空氣越干燥,蒸發(fā)就越容易進(jìn)行,水溫就容易降低。
2.3冷卻塔選型
在冷卻塔的選型上需要對(duì)所有因素進(jìn)行全面的考慮,主要是注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題:擬選冷卻塔釣填料體積、高度、寬度、徑深;填料的形式、片距、填料比面積;按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7190-1-2008.附錄A:熱力性能試驗(yàn)方法中的計(jì)算公式可計(jì)算,其冷卻水量;冷卻塔進(jìn)出水管直徑、相應(yīng)流速;集水盤(pán)貯水量;進(jìn)塔水壓式;進(jìn)風(fēng)口的高度;冷卻塔的熱力、噪聲等實(shí)測(cè)報(bào)告。
3循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)處理
對(duì)于開(kāi)式冷卻循環(huán)水系統(tǒng),冷卻水吸收熱量后,與空氣接觸, CO2逸入空氣中,水中溶解氧和濁度增加,造成冷卻循環(huán)水系統(tǒng)有4大問(wèn)題:腐蝕、結(jié)垢、菌藻滋生及污泥。如果不對(duì)水質(zhì)進(jìn)行處理將嚴(yán)重?fù)p壞制冷設(shè)備,大幅度降低熱交換效率,造成能源的浪費(fèi)。因此,對(duì)系統(tǒng)水進(jìn)行緩蝕、阻垢、殺菌滅藻處理是十分必要的。
目前,對(duì)冷卻循環(huán)水進(jìn)行處理分為物理法和化學(xué)法兩種。
物理法主要采用:靜電水處理儀,電子水處理器,內(nèi)磁式水處理器進(jìn)行處理。對(duì)于民用建筑空調(diào)冷卻循環(huán)水系統(tǒng),循環(huán)水量不大,一般采用物理法。物理法處理設(shè)備簡(jiǎn)單,便于操作、運(yùn)行費(fèi)用低,并且具有除垢、緩蝕、滅藻綜合作用。但是,如果選用、安裝不當(dāng)或者維護(hù)跟不上,其效果將大大降低。
表1各種水處理器適應(yīng)條件
電子水處理器 靜電水處理儀 內(nèi)磁水處理器
水溫 ≤105℃ ≤80℃ ≤80℃
流速 / / 1.5~3.5m/s
適用水質(zhì) 總硬度
≤550mg/l(CaCO3) 總硬度
≤700mg/l(CaCO3) 含鹽量<3000mg/l
PH為7.5~11
由于三種處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同,其使用條件也不一樣,靜電除垢儀的陽(yáng)極耐磨損、不沾附,可以用于水質(zhì)總硬度較高的系統(tǒng),電子水處理器發(fā)射極(陽(yáng)極)表面的保護(hù)膜易被磨損,易粘附污物,只能用于低硬度的清水系統(tǒng)。對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)而言,這里提的硬度是指系統(tǒng)的循環(huán)水硬度,而不是補(bǔ)充水硬度。內(nèi)磁式水處理器適用水質(zhì)的指標(biāo)是含鹽量,一般情況下,自來(lái)水的總含鹽量不會(huì)超過(guò)1000mg/l,作為循環(huán)水的含鹽量,也不會(huì)超過(guò)3000mg/l。
無(wú)論是靜電除垢儀、電子水處理器、還是內(nèi)磁式水處理器,一般只適用于產(chǎn)生碳酸鹽垢型的水質(zhì),當(dāng)水中的主要結(jié)垢成份是硅酸鹽垢時(shí),不宜使用。靜電水處理儀和電子水處理器一般均需垂直安裝,進(jìn)水口在下,出水口在上。為了避免在殼體內(nèi)產(chǎn)生泥沙或雜物的淤積,不可水平安裝。內(nèi)磁式水處理器則不然,可任意角度安裝。這兩種設(shè)備距較大容量電器(>20KW)的最小間距為5~6m,如無(wú)法滿(mǎn)足時(shí),則應(yīng)在中間設(shè)置屏蔽和接地裝置。內(nèi)磁式水處理器已考慮了磁屏蔽問(wèn)題,因此不受用電設(shè)備限制。
要保證靜電除垢儀和電子水處理器的處理效果,在水通過(guò)設(shè)備時(shí) ,必須有一定的停留時(shí)間,并且當(dāng)實(shí)際使用水量在設(shè)備的額定處理水量的20%~30%范圍內(nèi)上下浮動(dòng)時(shí),一般不影響處理效果。因此,該兩種設(shè)備可裝在兩臺(tái)并聯(lián)水泵或換熱器等的出水干管上,但當(dāng)循環(huán)水和補(bǔ)充水分開(kāi)流入系統(tǒng)時(shí),則在循環(huán)水和補(bǔ)充水管道上需分別設(shè)置靜電水處理儀和電子水處理器。
內(nèi)磁式水處理器產(chǎn)生防除垢作用是基于通過(guò)他的水在垂直方向切割了磁力線(xiàn),對(duì)流過(guò)它的水有一個(gè)流速要求,最慢不能低于1.5m/s,且流速越快越好。故在選內(nèi)磁式水處理器時(shí) ,一定要在設(shè)備的流量范圍內(nèi)選,不要選過(guò)大規(guī)格的設(shè)備,在具體使用場(chǎng)合,不要兩臺(tái)、三臺(tái)水泵或加熱器合用一臺(tái)內(nèi)磁式水處理器,以防在每臺(tái)水泵或水加熱器單獨(dú)使用時(shí),設(shè)備內(nèi)因流速達(dá)不到1.5m/s而影響處理效果。
采用物理法進(jìn)行水質(zhì)處理,必須考慮排污,無(wú)論是安裝靜電水處理儀、電子水處理器,還是使用內(nèi)磁式水處理器的水系統(tǒng),都要做好排污這一環(huán)節(jié)。對(duì)于冷卻循環(huán)水系統(tǒng),可進(jìn)行連續(xù)排污,連續(xù)排污的量控制在循環(huán)水量的0.5~1.0%左右。若是新安裝的水系統(tǒng)或已完全除垢的系統(tǒng),也可每一至兩周排污一次的方法。
關(guān)鍵詞:懸浮物 濁度 結(jié)垢 沉泥 生物粘泥 垢下腐蝕
一、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)結(jié)垢、沉泥概述
在敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,冷卻水是循環(huán)利用的,冷卻水通過(guò)熱交換器后水溫提高,熱水經(jīng)冷卻塔與空氣接觸冷卻,冷卻后的水再循環(huán)使用。敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水經(jīng)使用后會(huì)被濃縮,導(dǎo)致水質(zhì)惡化,使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)熱交換器產(chǎn)生結(jié)垢、生物粘泥及附著物,不但影響熱交換器的換熱效率更重要的易于產(chǎn)生設(shè)備管道的垢下腐蝕,影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中附著物的組成通常很復(fù)雜,可把附著物分為水垢和污泥。水垢是以鹽類(lèi)化合物組成的沉積物,它通常是致密和堅(jiān)硬的,牢固的附著在設(shè)備及管路的過(guò)水流道上,特別是受熱面上。其組成主要是難溶性的化合物,如碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鎂和硅酸鎂等。污泥是指多空的、疏松的、呈凝膠狀的沉積物,它們常常含有泥沙,各種腐蝕產(chǎn)物,微生物和其產(chǎn)生的粘泥,生物的代謝物及腐爛物質(zhì)等。
二、污泥的形成原因、分類(lèi)
污泥可以遍布冷卻水系統(tǒng)的各個(gè)部位,特別是水流滯緩的部位,例如冷卻塔水池底。污泥的組成主要為冷卻水中的懸浮物及微生物繁殖過(guò)程中生成的生物粘泥。
1.冷卻水中懸浮物的形成
循環(huán)冷卻水中的懸浮物來(lái)源主要為補(bǔ)水源水不佳,以致泥沙、氫氧化鋁、鐵的氧化物等懸浮物進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng);冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)維護(hù)不當(dāng)而生成沉淀物;循環(huán)冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí),將空氣中的雜質(zhì)帶入冷卻水系統(tǒng),不溶性的物質(zhì)懸浮于循環(huán)冷卻水中,這是常見(jiàn)的污染源。
2.冷卻水系統(tǒng)中微生物的滋生
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)日常補(bǔ)充的天然源水中微生物種類(lèi)很多,主要是藻類(lèi)、真菌和細(xì)菌。循環(huán)水的溫度一般在20°C至40°C,循環(huán)水中有藻類(lèi)生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)元素N、P、Fe、Ca、Mg、Zn、Si等,適宜藻類(lèi)、真菌和細(xì)菌的生長(zhǎng)。循環(huán)水在日常的維護(hù)中,要加藥進(jìn)行殺菌滅藻處理,殺死的藻類(lèi)及細(xì)菌形成生物粘泥懸浮于循環(huán)冷卻水中。
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,懸浮于冷卻水中的污泥會(huì)牢固地附著在設(shè)備表面上,形成氧的濃差電池,使鐵被溶解,引起嚴(yán)重的垢下腐蝕。
三、循環(huán)冷卻水分析數(shù)據(jù)
我公司原循環(huán)冷卻水旁濾器由于過(guò)濾精度不夠,冷卻水濁度較高,懸浮物無(wú)法正常過(guò)濾掉。在正常的運(yùn)行中,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)只能靠用周期性的大量源水補(bǔ)充置換以確保濁度在20mg/L以下,源水用量大,而且冷卻水系統(tǒng)需要大量的加藥、補(bǔ)水等維護(hù)費(fèi)用。表一是原旁濾器運(yùn)行時(shí)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分析數(shù)據(jù);為了改善循環(huán)冷卻水水質(zhì)及熱交換器換熱效率,我公司對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)旁濾器進(jìn)行了技改。采用自適應(yīng)流體纖維層過(guò)濾器,該技術(shù)核心在纖維素結(jié)易在濾液作用下形成濾餅層,又易反沖洗分散開(kāi)來(lái),把吸納的污垢釋放出。設(shè)計(jì)原理:既靠流體自身壓力,又靠纖維素層自身重力。設(shè)計(jì)科學(xué)巧妙。表二是技改后旁濾器運(yùn)行時(shí)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)。
四、數(shù)據(jù)分析
從表一、表二的分析數(shù)據(jù)可以看出我公司在循環(huán)冷卻水旁濾器技改以前,冷卻水濁度較高,在10mg/L至51mg/L之間,總鐵在1mg/L左右,CODcr較高;循環(huán)冷卻水旁濾器技改以后,冷卻水濁度明顯降低了,在1mg/L至2mg/L,總鐵大部分時(shí)間因太低未檢測(cè)出來(lái),即使檢測(cè)出來(lái)的也是在0.1mg/L一下,CODcr較低了;循環(huán)冷卻水旁濾器技改以前后,其他數(shù)據(jù)基本相同。
我公司在循環(huán)冷卻水旁濾器技改以后,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)得到了明顯的改善,不但冷卻水的日常加藥、補(bǔ)水等維護(hù)費(fèi)用降低了,而且冷卻水的濁度很低,冷卻水系統(tǒng)熱交換器管路上不容物的結(jié)垢減少了,更重要的是熱交換器管路上懸浮物的附著大大的減少了,同時(shí)也減少了設(shè)備管路的垢下腐蝕。
五、結(jié)論
工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)中,有效的控制冷卻水的濁度,降低冷卻水中的懸浮物的含量,可以減少熱交換器設(shè)備管路上的附著物,提高熱交換器的換熱效率,同時(shí)可以降低設(shè)備管路的垢下腐蝕。
參考文獻(xiàn)
[1]周本省.工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕與防護(hù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,1995.
[2]周本省.工業(yè)水處理技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社.1997.
關(guān)鍵詞:中央空調(diào);冷卻水系統(tǒng);設(shè)計(jì)
1 總體方案設(shè)計(jì)
考慮實(shí)際應(yīng)用的高效性、節(jié)能性及建筑特點(diǎn)和空調(diào)工程,此設(shè)計(jì)采用目前空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械通風(fēng)冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng),選擇在地下一層機(jī)房?jī)?nèi)放置HYS系列水冷式螺桿冷水機(jī)組一臺(tái)。
2 設(shè)計(jì)方案闡述
2.1 冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的冷卻水量
2.2 冷卻塔
冷卻塔的作用是使需要冷卻的水在塔內(nèi)主要借助于水的蒸發(fā)冷卻作用而得到降溫。為了充分利用水自愿,降低城市自來(lái)水供水官網(wǎng)的負(fù)荷,同時(shí)也為了降低運(yùn)行費(fèi)用,用于空調(diào)制冷系統(tǒng)冷凝器的冷卻水都是采用冷卻塔處理而循環(huán)使用的。
冷卻塔有開(kāi)式環(huán)路冷卻塔和閉式環(huán)路冷卻塔兩大類(lèi)。一般常見(jiàn)的冷卻塔多為開(kāi)式環(huán)路冷卻塔。從構(gòu)造上來(lái)分,目前使用的定型冷卻塔產(chǎn)品大致有:逆流式、橫流式、蒸發(fā)式和引射式四種類(lèi)型。通常后三種的外形以方形(或矩形)為主,第一種則有方形和圓形兩種外形。逆流式冷卻塔常用于制冷空調(diào)系統(tǒng),橫流式冷卻塔常用于熱負(fù)荷較大的工業(yè)水冷卻。
2.3 冷卻塔的選擇
首先應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)資料計(jì)算需要的冷卻水量(一般情況下可以按1KW制冷量配用冷卻水量0.25~0.50m3/h估計(jì)),然后根據(jù)對(duì)冷卻塔的技術(shù)要求選擇型號(hào)規(guī)格。在選定時(shí),尚需復(fù)核所選擇冷卻塔的尺寸(指占地面積和高度)是否適合現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件,要根據(jù)冷卻塔的運(yùn)行質(zhì)量核算冷卻塔安裝位置的樓板(或屋面板)結(jié)構(gòu)的承受能力。要重視所選冷卻塔在運(yùn)行時(shí)的噪聲水平,使?jié)M足環(huán)境噪聲要求。選擇理想的冷卻塔還要重視它的能耗指標(biāo)和價(jià)格以及飄散現(xiàn)象對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。
從冷卻塔流出的冷卻水溫度與進(jìn)塔空氣的濕球溫度之差叫做冷幅高。一般(t2-ts)為4~6℃。冷卻塔出水溫度t2應(yīng)當(dāng)?shù)扔诶淠鞯倪M(jìn)水溫度。
冷卻塔的進(jìn)、出水溫差t=(t1-t2)稱(chēng)為冷卻度。根據(jù)冷卻度不同,機(jī)械通風(fēng)式冷卻塔可分為標(biāo)準(zhǔn)型(t=5℃左右)、中溫型(t=10℃左右)和高溫型(t=20℃左右)三種。
根據(jù)冷卻水量和冷卻水供、回水溫度便可以選擇冷卻塔。冷卻水的冷卻效果主要取決于空氣的濕球溫度(為28.2℃),因此,冷卻塔產(chǎn)品的技術(shù)資料都是在既定的空氣濕球溫度下(一般是28℃)的數(shù)據(jù)。如果設(shè)計(jì)條件與產(chǎn)品技術(shù)要求不符,則需對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。另外,冷卻塔的性能與冷卻水的進(jìn)、出口溫度關(guān)系很大。從熱平衡角度分析,對(duì)既定的冷卻塔,溫差越大,處理水量越小??梢愿鶕?jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件(環(huán)境空氣的濕球溫度)、冷卻度、冷幅高(或進(jìn)水溫度)及處理水量,按冷卻塔選用曲線(xiàn)或冷卻塔選用水量表來(lái)選擇。本設(shè)計(jì)就是利用冷卻塔選用曲線(xiàn)圖選型的。
選擇冷卻塔時(shí)還應(yīng)考慮以下因素:周?chē)h(huán)境對(duì)噪聲的要求;防止飄水對(duì)周?chē)h(huán)境的影響;考慮有無(wú)防火、防凍要求等。對(duì)于溴化鋰吸收式冷水機(jī)組的冷卻水系統(tǒng),還應(yīng)考慮冷卻水溫度過(guò)低會(huì)引起溴化鋰溶液結(jié)晶的問(wèn)題。
2.4 冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水量
冷卻水系統(tǒng)中,冷卻水量的損失一般包括蒸發(fā)損失、水損失、排污損失和泄漏損失等。其中,蒸發(fā)水量損失是隨空調(diào)負(fù)荷變化而變化的,排污損失可以由人控制。根據(jù)相關(guān)資料得知,電動(dòng)制冷時(shí),冷卻塔的補(bǔ)水量取冷卻水量的1%~2%;溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的補(bǔ)水量取冷卻水量的2%~5%。
2.5 冷卻水箱的確定
冷卻水箱的功能是增加系統(tǒng)的水容量,使冷卻水泵能穩(wěn)定地工作,保證水泵吸入口充滿(mǎn)水不發(fā)生空蝕現(xiàn)象。計(jì)算冷卻水箱容積根據(jù)冷卻水循環(huán)量和管道的長(zhǎng)度而定,一般按水箱能貯存1~1.5min循環(huán)水量來(lái)確定其容積,即為冷卻水循環(huán)量的1.6%~2.5%;根據(jù)文獻(xiàn)中介紹,逆流式冷卻塔由于干燥到正常運(yùn)行所需附著水量約為標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)水量的1.2%。但是,通過(guò)對(duì)實(shí)際工程的多次觀察發(fā)現(xiàn):循環(huán)水開(kāi)始啟動(dòng)后,水從冷卻塔布水器流到集水槽約需10s左右,不同的塔型、型號(hào)有差別,考慮安全因素,按20s計(jì),貯水量?jī)H為小時(shí)循環(huán)的0.56%,取0.6%。因此,目前空調(diào)工程中,冷卻塔設(shè)在建筑物的屋頂上,空調(diào)冷凍站設(shè)在建筑物的底層或地下室。水從冷卻塔的集水槽出來(lái)以后,直接進(jìn)入冷水機(jī)組而不設(shè)水箱。當(dāng)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)僅在夏季使用時(shí),該系統(tǒng)是合理的,它運(yùn)行管理方便,可以減小循環(huán)水泵的揚(yáng)程,節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。
2.6 冷卻水的水質(zhì)要求
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)有一定的要求,既要阻止結(jié)垢,又要定期加藥,并在冷卻塔上配合一定量的溢流來(lái)控制pH值和藻類(lèi)生長(zhǎng)。
2.7 冷卻水量的計(jì)算
2.7.1 冷凝器的熱負(fù)荷計(jì)算
2.7.3 冷卻水箱的選擇
冷卻水箱的容積根據(jù)冷卻水量和管道的長(zhǎng)度而定,一般按水箱能貯存1~1.5min循環(huán)水量來(lái)確定其容積,即為冷卻水循環(huán)量的1.6%~2.5%,本設(shè)計(jì)為確保安全起見(jiàn),取2.5%,因此,冷卻水箱的容積為:
25.8×2.5%=0.646m3/h
查手冊(cè)選取公稱(chēng)容積為1.0的方形水箱,1400×900×1100。
2.7.4 冷卻塔的選擇
(1)冷卻塔的選擇方法
本設(shè)計(jì)從冷卻塔流出的冷卻水溫度為30℃,該地區(qū)冷卻塔空氣的濕球溫度為28.2℃。
冷幅高為t2-ts=30-28.2=1.8℃,冷卻水量為25.8。
冷卻度為t=t1-t2=35-30=5℃,本設(shè)計(jì)所選的冷卻塔為標(biāo)準(zhǔn)型冷卻塔,在5NB型逆流式冷卻塔熱工性能曲線(xiàn)上,從濕球溫度為28.2℃與進(jìn)水溫度為35℃線(xiàn)交點(diǎn)作平行于進(jìn)水溫度軸的平行線(xiàn);與溫差為5℃線(xiàn)相交后,引垂線(xiàn)向下;與水流量為25.8m3/h線(xiàn)相交在5°-30線(xiàn)上方,可見(jiàn)選擇5NB-30型,即滿(mǎn)足要求。選定5NB-30系列圓形逆流標(biāo)準(zhǔn)低噪聲玻璃鋼冷卻塔,其特性參數(shù)如表1所示。
表1 冷卻塔的特性參數(shù)如下
(2)冷卻塔的補(bǔ)水量
根據(jù)相關(guān)資料得知,電動(dòng)制冷時(shí),冷卻塔的補(bǔ)水量取冷卻水量的1%~2%,考慮到運(yùn)行安全性,本設(shè)計(jì)取1.8%,由于本設(shè)計(jì)沒(méi)有單獨(dú)設(shè)冷卻水箱,利用了冷卻塔底部集水盤(pán)貯存水,所以冷卻塔的補(bǔ)水量即為冷卻水箱的補(bǔ)水量。
3 結(jié)論
綜上所述,冷卻水系統(tǒng)是中央空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分,因此,正確合理地設(shè)計(jì)空調(diào)水系統(tǒng)是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保證,我們需要做好中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作,以保障中央空調(diào)的正常運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:重離子冷卻水多層循環(huán)
中圖分類(lèi)號(hào):TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2015)03(b)-0034-01
醫(yī)用重離子加速器是運(yùn)用帶電粒子同步加速原理,實(shí)現(xiàn)碳離子高能量加速達(dá)到腫瘤高精度治療的醫(yī)學(xué)系統(tǒng),其射線(xiàn)能量根據(jù)腫瘤患者的腫瘤形狀及深度決定,充分運(yùn)用適形、調(diào)強(qiáng)、逐層掃描技術(shù),是腫瘤放射治療領(lǐng)域已投入臨床的先進(jìn)的治療手段之一。冷卻水系統(tǒng)是醫(yī)用重離子加速器的輔助系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)重離子加速器系統(tǒng)溫度恒定,保證射線(xiàn)質(zhì)量的重要系統(tǒng)[1]。
在碳離子同步加速的過(guò)程中,加速器的主要部件產(chǎn)生巨大的熱量,因?yàn)樯渚€(xiàn)能量不規(guī)則變化,產(chǎn)生的熱量也不規(guī)則變化,為了達(dá)到加速器溫度良好控制的目的,必須建立冷卻水系統(tǒng)并尋求恰當(dāng)?shù)目刂品椒▽?shí)現(xiàn)溫度的精確控制。
1 多層循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的建立
循環(huán)冷卻水是流入重離子加速器的磁鐵部件的內(nèi)部對(duì)磁鐵部件進(jìn)行冷卻的,這些磁鐵的冷卻水水管道同時(shí)也是繞線(xiàn),內(nèi)有循環(huán)水流動(dòng),將熱量帶走。流過(guò)加速器內(nèi)部的循環(huán)水必須是低電導(dǎo)率的高純水,同時(shí),考慮到防腐、恒壓、輻射防護(hù)等要求,內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)必須是密閉系統(tǒng),這就是循環(huán)冷卻水的第一層,簡(jiǎn)稱(chēng)一次水。
一次水的溫度隨加速器熱量變化,制冷須通過(guò)換熱來(lái)實(shí)現(xiàn),運(yùn)用板式換熱器實(shí)現(xiàn)液-液熱量的交換是當(dāng)前在許多工業(yè)控制領(lǐng)域使用的方法,廣泛運(yùn)用與核電、化工、冶金等領(lǐng)域。第二層循環(huán)冷卻水系統(tǒng)利用密閉式冷卻塔進(jìn)行自然冷卻,簡(jiǎn)稱(chēng)二次水。
重離子加速器冷卻水溫度控制需要滿(mǎn)足0.5℃的控制精度,這就要求二次水的溫度不能出現(xiàn)大范圍的波動(dòng),然而,冷卻塔的自然冷卻受環(huán)境影響較大,很難實(shí)現(xiàn)溫度的恒定,所以,使用大型冷凍機(jī)來(lái)構(gòu)建三次水,可以解決二次水恒溫控制問(wèn)題。
三層循環(huán)冷卻水的基本結(jié)構(gòu)建立起來(lái)后,如何讓各循環(huán)之間協(xié)作運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制呢?
三層循環(huán)利用水-水換熱的方法進(jìn)行能量交換,因一次水的溫度隨加速器溫度的升高而升高,二次水必須通過(guò)調(diào)整溫度或流量并經(jīng)換熱來(lái)控制一次水溫度。二次水系統(tǒng)與多個(gè)一次水子系統(tǒng)進(jìn)行熱交換,而各一次水溫度的溫度變化是不規(guī)律的,所以,二次水溫度最好恒定,采用流量變化調(diào)整一次水溫度是一種可行的方法。所以,通過(guò)調(diào)整與一次水熱交換的二次水流量來(lái)控制一次水的溫度,通過(guò)調(diào)整三次水流量來(lái)控制二次水的溫度,最終實(shí)現(xiàn)一次水溫度的精確控制。
2 多層循環(huán)冷卻水溫度控制的難點(diǎn)
通過(guò)以上對(duì)三層循環(huán)結(jié)構(gòu)冷卻水的分析可知,三層循環(huán)結(jié)構(gòu)的模式可以完成熱量的交換,但是,在實(shí)際運(yùn)用中,因加速器對(duì)于冷卻水溫度的精度有要求,所以必須對(duì)加速器負(fù)載變化進(jìn)行分析,并考慮以下問(wèn)題。
(1)加速器與冷卻水設(shè)備的安裝位置有一定的距離,如何選取測(cè)量溫度點(diǎn)作為控制輸入是需要考慮的首要問(wèn)題。
(2)隨加速器負(fù)載變化冷卻水溫度將出現(xiàn)劇烈變化,因加速器負(fù)載隨病人的物理劑量變化而變化,病人不同,其能量變化必然不同,由此導(dǎo)致的冷卻水溫度變化不規(guī)律,而且,加速器負(fù)載的劇烈變化必然出現(xiàn)負(fù)載峰值,即在幾秒時(shí)間內(nèi),射線(xiàn)能量可能會(huì)出現(xiàn)0~430Mev的變化,使加速器磁鐵出現(xiàn)溫度變化,造成冷卻水的溫度曲線(xiàn)峰值。如何有效改善峰值,提高溫度控制精度,是必須考慮的第二個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí),實(shí)現(xiàn)流量控制必然采用遠(yuǎn)程控制閥門(mén),而閥門(mén)的開(kāi)度響應(yīng)的機(jī)械變換是需要時(shí)間的,如何將閥門(mén)的開(kāi)度響應(yīng)與負(fù)載的變化相適應(yīng)也是必須考慮的問(wèn)題。
3 多層循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的溫度控制改進(jìn)方法
帶著以上幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行通過(guò)分析,可用如下方法解決。
(1)針對(duì)溫度檢測(cè)點(diǎn)的選取,采用多點(diǎn)檢測(cè)的方法,即溫度控制輸入點(diǎn)至少選取三個(gè)控制點(diǎn)。第一個(gè)點(diǎn)選取在加速器冷卻水的出口點(diǎn),此點(diǎn)最快地測(cè)量到加速器的負(fù)載變化,第二個(gè)點(diǎn)選取在板式換熱器的前端,此點(diǎn)能測(cè)量到換熱前的實(shí)際溫度,第三個(gè)控制輸入點(diǎn)選取在板式換熱器之后,可測(cè)量到換熱后的實(shí)際溫度,這一點(diǎn)是溫度控制的目標(biāo)點(diǎn)。
(2)通過(guò)對(duì)重離子加速器冷卻水系統(tǒng)的負(fù)載進(jìn)行的監(jiān)控后確定,離子源、直線(xiàn)加速器、高能束流傳輸系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)負(fù)載比較平穩(wěn),無(wú)溫度劇烈變化,主要負(fù)載的變化及尖峰值集中在同步加速器系統(tǒng)。針對(duì)同步加速器系統(tǒng)的溫度變化,設(shè)計(jì)制定了多套控制改進(jìn)方案,通過(guò)分析,將其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì),總結(jié)如下。
方案一:針對(duì)同步加速器冷卻水系統(tǒng)的溫度劇烈變化,采用二次水預(yù)降溫方法,即分析加速器出口溫度,當(dāng)溫度劇烈上升時(shí),控制冷源的兩通閥門(mén)提前開(kāi)啟,將二次水溫度降低,達(dá)到快速制冷的目的。通過(guò)測(cè)試,此方法對(duì)于快速降溫效果良好,但因二次水系統(tǒng)同時(shí)與其他一次水子系統(tǒng)換熱,當(dāng)進(jìn)行同步加速器快速制冷時(shí),造成了其他一次水系統(tǒng)溫度的波動(dòng)。
方案二:采用加大冷卻水回水儲(chǔ)水箱容量的方法實(shí)現(xiàn)回水溫度緩沖。通過(guò)分析,該方法是實(shí)現(xiàn)有效緩沖,消除回水峰值的有效辦法,但是,運(yùn)用該方法,需要綜合考慮循環(huán)水流量、系統(tǒng)容量、負(fù)載峰值變化時(shí)間、管道距離等問(wèn)題,綜合計(jì)算回水水箱容量。并考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布局及安裝等問(wèn)題,對(duì)于已成型的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),存在施工難度。
方案三:采用第四層循環(huán)結(jié)構(gòu)的串級(jí)控制方法。即在加速器冷卻水回水端,增加溫度預(yù)處理?yè)Q熱器,將溫度峰值預(yù)處理,該部分的制冷循環(huán)水可以采用二次水或冷源的冷凍水。然后兩級(jí)板交串級(jí)溫度控制,可以達(dá)到較好的控制效果。通過(guò)分析,該方法能夠有效地削減負(fù)載峰值,提高控制精度,但是,增加的設(shè)備較多,如板式換熱器、兩通或三通控制閥門(mén)、溫度傳感器等,同時(shí),增加控制系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn),控制程序也需要全面修改。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)以上分析,總結(jié)了基于重離子加速器冷卻水系統(tǒng)多層循環(huán)結(jié)構(gòu)的一些問(wèn)題,這些問(wèn)題都是在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題。在我國(guó),重離子加速器治療腫瘤尚處于起步階段,技術(shù)人員對(duì)于系統(tǒng)認(rèn)識(shí)尚不十分明確,希望通過(guò)上述的一些問(wèn)題的分析,對(duì)后期進(jìn)行同類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè)有參考意義。
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