一文了解冷却水处理系统运行和设计

工业循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩，其中所含的盐类超标，阴阳离子增加、pH值明显变化，致使水质恶化，而循环水的温度，pH值和营养成分有利于微生物的繁殖，冷却塔上充足的日光照射更是藻类生长的理想地方。而结垢控制及腐蚀控制、微生物的控制等等，必然的需要进行循环水处理。

循环水运行过程中主要产生的问题

（1）水垢：由于循环水在冷却过程中不断地蒸发，使水中含盐浓度不断增高，超过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质地比较致密，大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了20%。

（2）污垢：污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。

（3）腐蚀：循环水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（Cl^-、Fe²⁺、Cu²⁺）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间即使换热器、输水管路设备报废。

（4）微生物黏泥：因为循环水中溶有充足的氧气、合适的温度及富养条件，很适合微生物的生长繁殖，如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑，冷却塔大量黏垢沉积甚至堵塞，冷却散热效果大幅下降，设备腐蚀加剧。因此循环水处理必须控制微生物的繁殖。

微生物危害

循环冷却水中的微生物来自两个方面。一是冷却塔在水的蒸发过程中需要引入大量的空气，微生物也随空气带入冷却水中，二是冷却水系统的补充水或多或少都会有微生物，这些微生物也随补充水进入冷却水系统中。

藻类在日光的照射下，会与水中的二氧化碳、碳酸氢根等碳源起光合作用，吸收碳素作营养而放出氧，因此，当藻类大量繁殖时，会增加水中溶解氧含量，有利于氧的去极化作用，腐蚀过程因此而加速。微生物在循环水系统中的大量繁殖，会使循环水颜色变黑，发生恶臭，污染环境。同时，会形成大量黏泥使冷却塔的冷却效率降低，木材变质腐烂。

黏泥沉积在换热器内，使传热效率降低和水头损失增加，沉积在金属表面的黏泥会引起严重的垢下腐蚀，同时它还隔绝了缓蚀阻垢剂对金属的作用，使药剂不能发挥应有的缓蚀阻垢效能。

微生物黏泥除了会加速垢下腐蚀外，有些细菌在代谢过程中，生物分泌物还会直接对金属构成腐蚀。所有这些问题导致循环水系统不能长期安全运转，影响生产，造成严重的经济损失，因此，微生物的危害与水垢、腐蚀对冷却水系统的危害是一样的严重，甚至可以说，三者比较起来控制微生物的危害是首要的。

循环水中微生物的动向可以通过以下化学分析项目进行测量：

（1）余氯（游离氯）加氯杀菌时要注意余氯出现的时间和余氯量，因为微生物繁殖严重时就会使循环水中耗氯量大大地增加。

（2）氨 循环水中一般不含氨，但由于工艺介质泄漏或吸入空气中的氨时也会使水中出现含氨，这时不能掉以轻心，除积极寻找氨的泄漏点外，还要注意水中是否含有亚硝酸根，水中的氨含量最好是控制在10mg/l以下。

（3）NO^2- 当水中出现含氨和亚硝酸根时，说是水中已有亚硝酸菌将氨转化为亚硝酸根，这时循环水系统加氯将变为十分困难，耗氯量增加，余氯难以达到指标，水中NO^2-含量最好是控制在小于1mg/l。

（4）化学需氧量 水中微生物繁殖严重时会使COD增加，因为细菌分泌的黏液增加了水中有机物含量，故通过化学需氧量的分析，可以观察到水中微生物变化的动向，正常情况下水中COD最好小于5mg/l（KMnO4法）。

循环水中微生物所造成的危害是十分严重的，如果要在微生物造成危害之后采取措施往往是事倍功半还要耗费大量的杀生剂和金钱。因此，事先全面监测循环冷却水的微生物情况是十分必要的，

浓缩倍数

循环水浓缩倍数是指循环水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较)，它是衡量水质控制好坏的一个重要综合指标。浓缩倍数低，耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥；浓缩倍数高可以减少水量，节约水处理费用；可是浓缩倍数过高，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。

水垢的形成

在循环水系统中，水垢是由过饱和的水溶性组分形成的，水中溶解有各种盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO₃)₂、Mg(HCO₃)₂最不稳定，极容易分解生成碳酸盐，因此，当冷却水中溶解的碳酸氢盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解；水中溶有磷酸盐与钙离子时，也将产生磷酸钙的沉淀；碳酸钙和Ca₃(PO₄)₂等均属难溶解度与一般的盐类还不同，其溶解度不是随温度的升高而加大，而是随着温度的升高而降低。

因此，在换热器传热表面上，这些难溶性盐很容易达到过饱和状态而水中结晶，尤其当水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就会沉积在传热表面上，形成通常所称的水垢，由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称之为硬垢，常见的水垢成分为：碳酸钙，硫酸钙，磷酸钙，镁盐，硅酸盐。

循环水处理技术

根据企业循环水系统的特点和工艺条件，结合当地的水质特点，选择适合企业运行条件的水处理方案，通过加药等措施，控制循环水指标在一定范围内运行，既保证生产设备的长周期运行，又提高了循环水利用率。

一、冷却水系统的设计步骤

1 冷却水泵和冷却塔的设置

每台冷却塔至少应该配置一台水泵，一般要考虑备用泵，以备维修之用。一般空调冷却水系统的水泵与机组连接方式是采用压入式（对机组而言），只有在水泵的吸入段有足够的压头才能防止水汽化。冷却塔多为开放式并配风机，使空气与冷却水强制对流，以提高空气的降温效果。塔内装有高密度的亲水性填充材料，常用的冷却塔有逆流型和直交流型两种。冷却水塔应设置补水管（带浮球阀），溢水管和排污管。

2 冷却水系统管径的确定

一台冷水机组配置一台冷却塔和一台冷却水泵时，冷却水管路的管径可按冷却塔的进、出水口接管管径确定；一台冷却塔供几台冷水机组时，各台冷水机组的冷却水进、出水管管径与该冷水机组冷凝器冷却水接管管径相同。冷却塔的进、出水管管径与冷却塔的进、出水口接管管径相同。

或参考以下列表选择冷却水管管径：冷却水管速算表：

3 冷却水泵的选择

（1）冷却水泵流量的确定

冷却水泵的流量应为冷水机组冷却水量的1.1倍。

（2）冷却水泵扬程的确定

冷却水泵的扬程可按下式进行计算：

H=1.1*（P1+Z+P2）

式中：P1——冷水机组冷凝器水压降，mH2O，可以从产品样品中查出；

Z——冷却塔开式段高度Z（或冷却水提升的净高度），mH2O；

P2——管道沿程损失及管件局部损失之和，mH2O。

作估算时，管路中管件局部损失可取5mH2O；沿程损失可取每100米管长约为6mH2O。若冷却水系统供、回水管长为L（m），则冷却水泵扬程的估算值为：

H=P1+Z+5+L*0.06mH2O式中符号含义同上。

4 冷却塔的选择

首先根据冷却塔的安装位置的高度、周围环境对噪声的要求等，确定冷却塔的结构形式。

冷却塔的冷却水量，是根据制冷机所需的冷却水量，并根据室外空气的湿球温度进行修正来确定的。

当设计条件与冷却塔制造厂提供的产品性能表条件不同时，应根据产品样本给出的冷却塔的热工性能曲线或资料进行修正。

型号规格确定后，复核所选冷却塔的结构尺寸是否适合现场的安装条件，并根据冷却塔的运行重量，核算冷却塔的运行重量，核算冷却塔安装位置的楼板或屋面结构的承受能力，以确保安全。

二、冷凝水管路系统的设计步骤

各种空调设备（一般为末端设备）在运行过程中，其表冷器的表面温度，通常低于空气的露点温度，因而其表面会结露，产生的冷凝水，必须设置管路及时排走。

1 冷凝水管设计及布置要求

（1）冷凝水管宜采用聚氯乙烯塑料管或镀锌钢管。采用聚氯乙烯塑料管时，一般可保温层；采用镀锌钢管时，需加保温。

（2）当空调器附近有下水管或地沟时，空调器设水管将冷凝水就近排放至下水管中或地沟内。

（3）空调器无法就近排放时，则需用冷凝水管将空调器的冷凝水管集中排至下水管或地沟。

（4）风机盘管凝结水盘的泄水支管坡度，不宜小于0.01，其他水平支干管，沿水平方向，应保持不小于0.008的坡度，且不允许有积水部位。

2 冷凝水管管径的确定

直接和空调器接水盘连接的冷凝水支管的管径，应与接水盘接管管径一致，可以从产品样本中查得。

需设冷凝水管时，水管的管径，应根据通过冷凝水的流量计算确定。

一般情况下，每1KW的冷负荷每小时产生约0.4~0.8公斤左右的冷凝水。

通常可依据与该段连接的空调器的总冷量Q（KW），按下表选定：