hello大家好，我是城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(duì)水質(zhì)的要求是不同的；但各工業(yè)部門使用的冷卻水對(duì)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(huì)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(huì)造成生產(chǎn)事故。

(資料圖片)

水是比較理想的冷卻介質(zhì)。因?yàn)樗拇嬖诤芷毡椋推渌后w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(shí)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(gè)單位表示水的比熱度時(shí)，其數(shù)值是相同的。熱容大或比熱大的物質(zhì)升高溫度時(shí)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(shí)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(wàn)卡的熱量，因此水蒸發(fā)時(shí)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(shí)，水的導(dǎo)熱系數(shù)是0.49千卡/米·小時(shí)·℃，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)是0.021千卡/米·小時(shí)·℃，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(dāng)冷卻效果相同時(shí)，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(shí)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(yè)窗空隙中進(jìn)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(jìn)行熱交換，水滴和水膜則在下降過程中逐漸變冷，當(dāng)?shù)竭_(dá)冷卻水池時(shí)，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(shí)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(shí)，由于外界風(fēng)吹和風(fēng)扇抽吸的影響，循環(huán)水會(huì)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(bǔ)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(dòng)情況來區(qū)分，有自然通風(fēng)冷卻塔和機(jī)械通風(fēng)冷卻塔兩大類。按照空氣與水在塔內(nèi)的相對(duì)流動(dòng)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(diǎn)，可參閱有關(guān)的參考文獻(xiàn)。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔冷卻效果最好。設(shè)計(jì)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(bǔ)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(bǔ)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(duì)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(huì)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(huì)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(qiáng)，從而使腐蝕控制的難度增加；過多地提高濃縮倍數(shù)還會(huì)使藥劑（例如聚磷酸鹽）在冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間增長(zhǎng)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(bǔ)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(gè)濃縮倍數(shù)單位時(shí)節(jié)約的補(bǔ)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(jì)）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(bǔ)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(jìn)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(gè)濃縮倍數(shù)單位（ K=1）所降低的補(bǔ)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(dāng)濃縮倍數(shù)K由1.0提高到2.0時(shí)，補(bǔ)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(dāng)濃縮倍數(shù)K由3.0提高到4.0時(shí)，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(shí)，提高濃倍數(shù)的節(jié)水效果比較明顯；但當(dāng)濃縮倍數(shù)提高到4.0以上

時(shí)，再進(jìn)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(shí)，節(jié)約的水量?jī)H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(shí)補(bǔ)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(bǔ)充水量來控制。

2.2 補(bǔ)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(shí)，帶走部分水滴，以及管道滲漏而失去部分水，因此補(bǔ)充水是下列各項(xiàng)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(jìn)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(jìn)、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(shí)為0.15～0.16；冬季（-15～10℃）時(shí)為0.06～0.08;春秋季（0～10℃）時(shí)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(dāng)?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(jī)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(jì)，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(jì)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(jìn)、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(bǔ)充水量時(shí)，應(yīng)視系統(tǒng)具體情況而定。故補(bǔ)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(bǔ)充水加入和排污、蒸發(fā)、風(fēng)吹、滲漏等損失外，再?zèng)]有其他的水流或溶質(zhì)加入或排出系統(tǒng)，那么整個(gè)系統(tǒng)在循環(huán)濃縮過程中，就可以對(duì)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(bǔ)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(dāng)系統(tǒng)中管道聯(lián)接緊密，不發(fā)生滲漏時(shí)，則F=0；當(dāng)冷卻塔收水器效果較好時(shí)，風(fēng)吹損失D很小，如略去不計(jì)，則上式可簡(jiǎn)化為EB=／K－1

因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，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(bǔ)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(yùn)行也就能正常進(jìn)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(wú)機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷卻水池在室外受到陽(yáng)光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的進(jìn)入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會(huì)產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴(yán)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(gè)方面：

①對(duì)于涼水塔周邊污染物的吸收及累積；

②細(xì)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(jìn)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(dāng)其濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)時(shí)，或者在經(jīng)過換熱器傳熱表面使水溫升高時(shí)，會(huì)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(duì)于碳鋼制成的換熱器，長(zhǎng)期使

用循環(huán)冷卻水，會(huì)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(dá)飽和狀態(tài)。當(dāng)碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時(shí)，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(huì)形成許多腐蝕微電池，微電池的陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(zhǎng)而增加外，其他的鹽類如氯化物、硫酸鹽等的濃度也會(huì)增加。當(dāng)Cl-和SO2-4離子濃度增高時(shí)，會(huì)加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO2-4會(huì)使金屬上保護(hù)膜的保護(hù)性膜的保護(hù)能降低，尤其是Cl-的離子半徑小，穿透性強(qiáng)，容易穿過膜層，置換氧原子形成氯化物，加速陽(yáng)極過程的進(jìn)行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點(diǎn)蝕的原因之一。

對(duì)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(shí)，一般要求Cl-的含量不超過300mg/L。

對(duì)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(diǎn)蝕穿孔，其對(duì)金屬的腐蝕能力遠(yuǎn)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(huì)使金屬發(fā)生腐蝕。這是由于微生物排出的粘液與無(wú)機(jī)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(dāng)溫度為25～30℃時(shí)，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(xì)菌生存所需）

Fe2 S2 -=FeS

鐵細(xì)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(xì)菌生存需要。

細(xì)菌 Fe2 =Fe3 能量（細(xì)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(xì)菌和藻類。在新鮮水中，一般來說細(xì)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(xì)菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細(xì)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(huì)引起腐蝕外，還會(huì)使冷卻水的流量減少，從而降低換熱器的冷卻效率；嚴(yán)重時(shí)，這些生物粘泥會(huì)將管子堵死，迫使停產(chǎn)清洗。

如前所述，冷卻水長(zhǎng)期循環(huán)使用后，必然會(huì)帶來沉積物附著、金屬腐蝕和微生物滋生這三個(gè)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(zhǎng)，保證了傳熱效率，污垢熱阻值一般定為萬(wàn)分之三以下。良好的傳熱效率為延長(zhǎng)生產(chǎn)周期創(chuàng)造了條件。國(guó)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(gè)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(shí)直流冷卻水的用量是22000米3。如果用循環(huán)冷卻水，其補(bǔ)充水量一般只需550~880米3/時(shí)。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(duì)大家有所幫助。

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