hello大家好，我是城鄉(xiāng)經(jīng)濟網(wǎng)小晟來為大家解答以上問題，冷卻水循環(huán)水系統(tǒng)原理圖（循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及其水處理概況）很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

人類日常生活離不開水，工業(yè)生產(chǎn)也同樣離不開水。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量越來越大，很多地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象，因此合理和節(jié)約用水已經(jīng)成為發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)中的一個重要問題。

工業(yè)用水主要包括鍋爐用水、工藝用水、清洗用水和冷卻用水、污水等。其中用水量最大的是冷卻用水，約占工業(yè)用水量的百分之九十以上。不同的工業(yè)系統(tǒng)和不同用途對水質(zhì)的要求是不同的；但各工業(yè)部門使用的冷卻水對水質(zhì)的要求基本上是一致的，這就使得冷卻水質(zhì)控制在近年來作為一門應(yīng)用技術(shù)獲得了迅速的發(fā)展。在工廠中，冷卻水主要用來冷凝蒸汽，冷卻產(chǎn)品或設(shè)備，如果冷卻效果差，就會影響生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量下降，甚至于會造成生產(chǎn)事故。

(資料圖片)

水是比較理想的冷卻介質(zhì)。因為水的存在很普遍，和其它液體相比，水的熱容或比熱較大，水的汽化潛熱（蒸發(fā)潛熱）和熔化潛熱也很高。比熱是單位質(zhì)量的水溫度升高一度時所吸收的熱量。常用的單位是卡/克·度(攝氏)或英熱單位(B．T．U．)/磅·度(華氏)。用這兩個單位表示水的比熱度時，其數(shù)值是相同的。熱容大或比熱大的物質(zhì)升高溫度時需要吸收大量的熱量，而本身溫度并不明顯升高，因此水具有良好的貯熱性能。潛熱是物態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時所吸收或放出的熱量。一克分子水蒸發(fā)成為一克分子蒸汽需要吸收近一萬卡的熱量，因此水蒸發(fā)時能吸收大量的熱量，從而使水溫下降，這種依靠水份蒸發(fā)帶走熱量的過程稱為蒸發(fā)散熱。

和水一樣，空氣也是一種常用的冷卻介質(zhì)。水和空氣的導(dǎo)熱性能都很差，在0℃時，水的導(dǎo)熱系數(shù)是0.49千卡/米·小時·℃，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.021千卡/米·小時·℃，但水與空氣相比，水的導(dǎo)熱系數(shù)要比空氣高24倍左右。因此，當冷卻效果相同時，用水冷卻比用空氣冷卻的設(shè)備要小得多。大型工業(yè)企業(yè)和用水量大的工廠一般都采用水冷卻。常用的水冷系統(tǒng)可以分成三類，即直流系統(tǒng)、密閉系統(tǒng)和敞開蒸發(fā)系統(tǒng)，后兩種冷卻水都是循環(huán)使用的，故又稱為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

用水來冷卻工藝介質(zhì)的系統(tǒng)稱作冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)通常

有兩種：直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

1.1 直流冷卻水系統(tǒng)

在直流冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水僅僅通過換熱設(shè)備一次，用過后水就被排放掉，因此，它的用水量很大，而排出水的溫升卻很小，水中各種礦物質(zhì)和離子含量基本上保持不變。

1.2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又分封閉式和敞開式兩種。

1.2.1封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又稱為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，冷卻水用過后不是馬上排放掉，而是回收再用。

1.2.2敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

敞開蒸發(fā)系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣、類型最多的一種冷卻系統(tǒng)。它也是以水冷卻移走工藝介質(zhì)或換熱設(shè)備所散發(fā)的熱量，然后利用熱水和空氣直接接觸時將一部分熱水蒸發(fā)出去，而使大部分熱水得到冷卻后，再循環(huán)使用。因此，這樣的系統(tǒng)也稱敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。根據(jù)熱水和空氣接觸方法的不同，可以分成很多類型。敞開循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的分類見表一。

冷卻水由循環(huán)泵送往系統(tǒng)中各換熱器，以冷卻工藝熱介質(zhì)，冷卻水本身溫度升高，變成熱水，此循環(huán)水量為R的熱水被送往冷卻塔頂部，由布水管道噴淋到塔內(nèi)填料上。空氣則由塔底百頁窗空隙中進入塔內(nèi)，并被塔頂風(fēng)扇抽吸上升，與落下的水滴和填料上的水膜相遇進行熱交換，水滴和水膜則在下降過程中逐漸變冷，當?shù)竭_冷卻水池時，水溫正好下降到符合冷卻水的要求。空氣在塔內(nèi)上升過程中則逐漸變熱，最后由塔頂逸出，同時帶走水蒸氣。這部分水的損失稱為蒸氣損失E。熱水由塔頂向下噴濺時，由于外界風(fēng)吹和風(fēng)扇抽吸的影響，循環(huán)水會有一定的飛濺損失和隨空氣帶出的霧沫夾帶損失。由于這些損失掉的水，統(tǒng)稱為風(fēng)吹損失D。為了維持循環(huán)水中的一定的離子濃度，必須不斷向系統(tǒng)中加入補充水量M和系統(tǒng)外面排出一定的污水。這部分水量稱為排污損失B。

冷卻塔的種類很多，按照塔的構(gòu)造和空氣流動情況來區(qū)分，有自然通風(fēng)冷卻塔和機械通風(fēng)冷卻塔兩大類。按照空氣與水在塔內(nèi)的相對流動情況，又可分為逆流式和橫流式。有關(guān)各種類型冷卻塔的結(jié)構(gòu)和特點，可參閱有關(guān)的參考文獻。機械通風(fēng)冷卻塔冷卻效果最好。設(shè)計中應(yīng)綜合考慮循環(huán)比,其應(yīng)在3～5倍為宜。

循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)是該循環(huán)冷卻水的含鹽量與其補充水的含鹽量之比。

提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)，可以降低補充水的用量，從而節(jié)約水資源；還可以降低排污水量，從而減少對環(huán)境的污染和廢水的處理量。此外，提高濃縮倍數(shù)還可以節(jié)約水處理劑的消耗量，從而降低冷卻水處里的成本。但是，過多地提高濃縮倍數(shù)，會使循環(huán)冷卻水中的硬度，堿度和濁度升得太高，水的結(jié)垢傾向增大很多，從而使結(jié)垢控制的難度變得太大；還會使循環(huán)冷卻水中的腐蝕性離子（例如Cl-和SO42-）和腐蝕性物質(zhì)（例如H2S、SO2和NH3）的含量增加，水的腐蝕性增強，從而使腐蝕控制的難度增加；過多地提高濃縮倍數(shù)還會使藥劑（例如聚磷酸鹽）在冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的停留時間增長而水解。因此，冷卻水的濃縮倍數(shù)并不是愈高愈好，一般熱電系統(tǒng)可控制5～8倍，化工、煉油2～4倍。

2.1.1節(jié)水量與濃縮倍數(shù)的關(guān)系

現(xiàn)在從節(jié)約水資源的角度看一下補充水量M占循環(huán)水量R的百分比M/R與濃縮倍數(shù)K的關(guān)系，以及每提高一個濃縮倍數(shù)單位時節(jié)約的補充水百分比（以占循環(huán)水量的百分比表示）

蒸發(fā)損失水量E=R·CP· t/r=10000×4.187×(42-32)/2401=174.4(m3/h)

風(fēng)吹損失水量（按0.05%R計）D=10000×0.05%=5.0(m3/h)

總排污水量 Br=E/(K-1)=174.4/(2.0-1.0)=174.4(m3/h)

排污水量 B=Br-D=174.4-5.0=169.4(m3/h)

補充水量 M=E Br=174.4 174.4=348.8(m3/h)

式中 CP——水的熱容量（比熱）·kJ/(kg·℃);

t——水的進口溫度與出口溫度之差，℃；

r——水的蒸發(fā)潛熱，kJ/kg ；

K——水的濃縮倍數(shù)。

減少，因此，提高冷卻水的濃縮倍數(shù)，可以節(jié)約水資源；

但是，每提高一個濃縮倍數(shù)單位（ K=1）所降低的補充水量的百分比 M/R / K則隨濃縮倍數(shù)的增加而降低。例如：

當濃縮倍數(shù)K由1.0提高到2.0時，補充水量M由10000 m3/h，降低到了348.8m3/h故有：

M/R / K=348.8-261.6/10000/(3.0-2.0)=0.87%

當濃縮倍數(shù)K由3.0提高到4.0時，則有：

M/R / K=232.5-218.0/10000/(5.0-4.0)=0.14%

由以上的例子中可以看到：

①在低濃縮倍數(shù)時，提高濃倍數(shù)的節(jié)水效果比較明顯；但當濃縮倍數(shù)提高到4.0以上

時，再進一步提高濃縮倍數(shù)的節(jié)水效果就不太明顯了。例如把上述循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)由4.0提高到5.0時，節(jié)約的水量僅占循環(huán)水量的0.14%。因此，一般循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)通常被控制在2.0~4.0左右。

②與直流冷卻水相比，即使循環(huán)水的濃縮倍數(shù)比較低，例如僅為1.5倍，但此時補充

水即可節(jié)約94.8%（100%—5.2%）。由此可見，從節(jié)約水資源的角度來看，把直流冷卻水改造為濃縮倍數(shù)不太高的冷卻水，就可以節(jié)約大量的淡水資源。因此，直流冷卻水系統(tǒng)的改造與不改造（為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)）是大不一樣的。

敞開式循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)排污水量或補充水量來控制。

2.2 補充水量M（m3/h）

水在循環(huán)過程中，除因蒸發(fā)損失和維持一定的濃縮倍數(shù)而排掉一定的污水外，還由于空氣流由塔頂逸出時，帶走部分水滴，以及管道滲漏而失去部分水，因此補充水是下列各項損失之和。

2.2.1蒸發(fā)損失E（m3/h）冷卻塔中，循環(huán)冷卻水因蒸發(fā)而損失的水量E與氣候和冷卻幅度有關(guān)，通常以蒸發(fā)損失率a來表示。進入冷卻塔的水量愈大，E也就愈多，以式表示如下：E=a(R－B)，a=e(t1－t2)

式中 a —蒸發(fā)損失率，%；

R —系統(tǒng)中循環(huán)水量，m3/h；

B —系統(tǒng)中排污水量，m3/h；

t1、t2—循環(huán)冷卻水進、出冷卻塔的溫度，℃；

e—損失系數(shù)，與季節(jié)有關(guān)，夏季（25～30℃）時為0.15～0.16；冬季（-15～10℃）時為0.06～0.08;春秋季（0～10℃）時為0.10～0.12。

2.2.2風(fēng)吹損失（包括飛濺和霧沫夾帶）D（m3/h）風(fēng)吹損失除與當?shù)氐娘L(fēng)速有關(guān)外，還與

冷卻塔的型式和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般自然通風(fēng)冷卻塔比機械通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)吹損失要大些。若塔中裝有良好的收水器，其風(fēng)吹損失比不裝收水器的要小些。風(fēng)吹損失通常以占循環(huán)水量R的百分率來估計，其值約為

D=（0.2%～0.5%）R m3/h

2.2.3排污水損失 B（m3/h）B的大小，由需要控制的濃縮倍數(shù)和冷卻塔的蒸發(fā)量來確定，其計算下面再討論。

2.2.4滲漏損失 F （m3/h）良好的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，管道連接處，泵的進、出口和水池等地方都不應(yīng)該有滲漏。但因管理不善，安裝不好，則滲漏就不可避免。因此在考慮補充水量時，應(yīng)視系統(tǒng)具體情況而定。故補充水量M=E D B F

排污水量B的確定與冷卻塔的蒸發(fā)損失E和濃縮倍數(shù)K有關(guān)。可以通過下列物料衡算的辦法，找出B和E與K的關(guān)系式。

設(shè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，除了有補充水加入和排污、蒸發(fā)、風(fēng)吹、滲漏等損失外，再沒有其他的水流或溶質(zhì)加入或排出系統(tǒng)，那么整個系統(tǒng)在循環(huán)濃縮過程中，就可以對循環(huán)水中某些不受加熱、沉淀等干擾的溶質(zhì)（如Cl-、Na 、K 等）作物料衡算，得到下面的式子：

MCM=ECE BCR DCR FCR

式中：CM —補充水中某種溶質(zhì)的濃度；

CE —水蒸氣中某種溶質(zhì)的濃度；

CR —循環(huán)冷卻水中某種溶質(zhì)的濃度；

當系統(tǒng)中管道聯(lián)接緊密，不發(fā)生滲漏時，則F=0；當冷卻塔收水器效果較好時，風(fēng)吹損失D很小，如略去不計，則上式可簡化為EB=／K－1

因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行時，只要知道了系統(tǒng)中循環(huán)水量R和濃縮倍數(shù)K，就可以估算出蒸發(fā)量E，排污水量B以及補充水量M等操作參數(shù)。控制好這些參數(shù)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運行也就能正常進行。

冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，由于水的溫度升高，水流速度的變化，水的蒸發(fā)，各種無機離子和有機物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴重的沉積物的附著、設(shè)備腐蝕和微生物的大量滋生，以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等問題。

1.1循環(huán)冷卻水使用后的弊主要表現(xiàn)在以下五個方面：

①對于涼水塔周邊污染物的吸收及累積；

②細菌及生物粘泥大量產(chǎn)生；

③金屬腐蝕性急劇上升；

④泄露介質(zhì)污染水系統(tǒng)進而造成全部冷卻器管網(wǎng)的結(jié)垢或腐蝕；

⑤污染物不易消減。

1.2敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)產(chǎn)生的問題

1.2.1沉積物的析出和附著

一般天然水中都溶解有重碳酸鹽，這種鹽是冷卻水發(fā)生水垢附著的主要成分。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加，當其濃度達到過飽和狀態(tài)時，或者在經(jīng)過換熱器傳熱表面使水溫升高時，會發(fā)生下列反應(yīng)：

Ca(HCO3)2 = CaCO3 CO2 H2O

CaCO3沉積在換熱器傳熱表面，形成致密的碳酸鈣水垢，它的導(dǎo)熱性能很差。不同的水垢其導(dǎo)熱系數(shù)不同，但一般不超過1.16W/（m·K），而鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/（m·K）。

1.2.2設(shè)備腐蝕

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，大量的設(shè)備是金屬制造的換熱器。對于碳鋼制成的換熱器，長期使

用循環(huán)冷卻水，會發(fā)生腐蝕穿孔，其腐蝕的原因是多種因素造成的。

1.2.3冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，水與空氣能充分地接觸，因此水中溶解的O2可達飽和狀態(tài)。當碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時，由于金屬表面的不均一性和冷卻水的導(dǎo)電性，在碳鋼表面會形成許多腐蝕微電池，微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)分別發(fā)生下列的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)：

在陽極區(qū) Fe=Fe2 2e

在陰極區(qū) 1/2 O2 H2O 2e =2OH-

在水中 Fe2 2OH- = Fe（OH）2

Fe（OH）2 = Fe（OH）3

這些反應(yīng)，促使微電池中的陽極區(qū)的金屬不斷溶解而被腐蝕。

1.2.4有害離子引起的腐蝕

循環(huán)冷卻水在濃縮過程中，除重碳酸鹽濃度隨濃縮倍數(shù)增長而增加外，其他的鹽類如氯化物、硫酸鹽等的濃度也會增加。當Cl-和SO2-4離子濃度增高時，會加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO2-4會使金屬上保護膜的保護性膜的保護能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透性強，容易穿過膜層，置換氧原子形成氯化物，加速陽極過程的進行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點蝕的原因之一。

對于不銹鋼制造的換熱器，Cl-是引起應(yīng)力腐蝕的主要原因，因此冷卻水中Cl-離子的含量過高，常使設(shè)備上應(yīng)力集中的部分，如換熱器花板上脹管的邊緣迅速受到腐蝕破壞。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中如有不銹鋼制的換熱器時，一般要求Cl-的含量不超過300mg/L。

對于碳鋼而言，S2-、油污、酸、堿的腐蝕是劇烈的，尤其是S2-引發(fā)的一系列生化腐蝕極易造成管道的大面點蝕穿孔，其對金屬的腐蝕能力遠大于Cl-、SO2-4等離子。

1.2.5微生物引起的腐蝕

微生物的滋生也會使金屬發(fā)生腐蝕。這是由于微生物排出的粘液與無機垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成氧的濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，在金屬表面和沉積物之間缺乏氧，因此一些厭氧菌（主要是硫酸鹽還原菌）得以繁殖，當溫度為25～30℃時，繁殖更快。它分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕，其反應(yīng)如下：

SO2-4 8H 8e=S2- 4 H2O 能量（細菌生存所需）

Fe2 S2 -=FeS

鐵細菌是鋼鐵銹瘤產(chǎn)生的主要原因，它能使Fe2 氧化為Fe3 ，釋放的能量供細菌生存需要。

細菌 Fe2 =Fe3 能量（細菌生存所需）

1.2.6微生物的滋生和粘泥

冷卻水中的微生物一般是指細菌和藻類。在新鮮水中，一般來說細菌和藻類都較少。但

在循環(huán)水中，由于養(yǎng)分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細菌分泌出的粘液像粘合劑一樣，能使水中飄浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀等粘泥附在一起，形成粘糊糊的沉積物粘附在換熱器的發(fā)熱表面上，有人稱之為生物粘呢，也有人把它叫做軟垢。

粘泥積附在換熱器管壁上，除了會引起腐蝕外，還會使冷卻水的流量減少，從而降低換熱器的冷卻效率；嚴重時，這些生物粘泥會將管子堵死，迫使停產(chǎn)清洗。

如前所述，冷卻水長期循環(huán)使用后，必然會帶來沉積物附著、金屬腐蝕和微生物滋生這三個問題，而循環(huán)冷卻水處理就是通過水質(zhì)處理的辦法解決這些問題。這樣做法的好處如下：

①穩(wěn)定生產(chǎn) 沒有沉積物附著、腐蝕穿孔和粘泥堵塞等危害，冷卻水系統(tǒng)中的換熱器就可以始終在良好的環(huán)境中工作。循環(huán)冷卻系統(tǒng)由于能夠有效地控制污垢的沉積和生長，保證了傳熱效率，污垢熱阻值一般定為萬分之三以下。良好的傳熱效率為延長生產(chǎn)周期創(chuàng)造了條件。國內(nèi)外有很多管理水平較高的工廠可連續(xù)生產(chǎn)400天左右。

②節(jié)藥水資源 一般合理利用的循環(huán)水可節(jié)藥96%以上的用水量，循環(huán)水裝置的投資6～12個月就可以得到回收。例如在日產(chǎn)千噸合成氨的工廠中，每小時直流冷卻水的用量是22000米3。如果用循環(huán)冷卻水，其補充水量一般只需550~880米3/時。因此，循環(huán)冷卻系統(tǒng)節(jié)約了96~97.5%的用水量。

③減少環(huán)境污染 直流冷卻水系統(tǒng)直接從水源抽取冷水用于冷卻，然后又將溫度升高了

本文就為大家講解到這里，希望對大家有所幫助。

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