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大型空分設備用戶是能源消耗大戶，蘊藏著巨大的節能潛力，其主要關鍵設備的節能技術已不斷取得發展，而循環冷卻水系統的節能優化，空分行業對此研究較少。近年來，杭氧對空分項目的循環冷卻水系統的節能從理論到實踐進行了全面、系統的研究，認為空分項目的循環冷卻水泵的揚程余量太大（大部分揚程為45～60m，而實際只需30～35m），余量達到29%～71%，因此僅合理配置水泵揚程，平均就有30%左右的節能空間；同時，由于冷卻水流量安全系數重復考慮，造成確定的水泵流量不合理，雖然換熱設備冷卻水供、回水溫差設計值為8～10℃，但實際運行時溫差大多為4～6℃，有的更小。盡管有些企業已經實施了一些節能改造，但大多從表象出發，沒有抓住本質，盲目性大，因而節能不徹底，效果欠佳。空分項目的循環冷卻水系統龐大，其節能空間相當可觀。循環冷卻水系統的節能工作，需要創新設計，只有在正確、系統的理論指導下，從設計源頭入手，才能少走彎路。
1傳統循環冷卻水系統設計和運行中存在的問題
1.1盲目選擇水泵揚程。長期以來，空分行業以產品技術附件中的“供水壓力0.4MPa，回水壓力0.25MPa”等內容為依據來確定循環冷卻水泵的揚程，大部分選45～60m。理論上，這個做法是一大誤區，水泵揚程的確定應根據流體力學基本原理對具體的工程進行詳細水力分析計算后確定。實際上，這樣確定的水泵揚程余量太大，表現為：如果所配電機功率比較小，則管路上的閥門就不能完全打開（一般只能開30%），需要人為增加阻力損失才能安全運行；如果所配電機功率比較大，水泵就會在超大流量工況下運行，不僅水泵效率低，而且易產生葉輪汽蝕、噪聲大、振動大等不利安全運行的問題，同時，如果超額的流量對傳熱影響不大，本身就是浪費。總之，盲目確定水泵揚程，既浪費投資又使運行能耗增高。1.2缺少必要的水力分析計算。除了水泵揚程的選擇缺少必要的水力分析計算外，各換熱設備支路也沒有經過水力平衡分析設計，阻力損失小的支路實際流量大大超過設計流量，造成流量浪費；阻力損失大的支路實際流量小于設計流量，造成冷卻效果不理想，這時只能通過關小阻力損失小的支路上的閥門，提高整個系統的阻力，來調節流量平衡。如果某個支路的阻力損失特別大，這種做法就更不合理。而且，如果沒有經過必要的水力分析計算，循環冷卻水供水干管在空冷塔位置的壓力就沒有數據，空冷塔常溫水泵和冷卻水泵的揚程確定必然盲目，要么過高，要么過低。如果循環冷卻水系統變流量運行，更會出現這種情況。1.3不恰當地應用變頻調速技術。先盲目增加水泵揚程或流量的余量，再增設變頻調速裝置，將揚程或流量降下來。這種做法不可取：不僅要增加一大筆投資，而且水泵不可能在高效區工作，變頻系統本身也有一定的能量損失，附屬裝置增加，故障率和維修量均增大。應用變頻調速技術的目的是在變工況時調節流量。一臺工頻泵和一臺變頻泵聯合工作，當變頻泵改變流量時，工頻泵的流量朝與其相反的方向改變，不能充分發揮變頻調速的作用。同時變頻泵不可能頻率降得很低，否則，變頻泵提供的壓力比工頻泵的低得多，變頻泵就泵送不了水。1.4對變頻調速系統盲目采用壓力自動控制。在市政供水和采暖空調供水系統中，當流量改變時常采用壓力自動控制方式，有其具體原因。而盲目地將這種壓力自動控制方式應用到空分項目，就會人為增加系統阻力，不利節能。1.5為達到運行工藝要求人為增大阻力損失。受產品技術附件中“供水壓力0.45MPa，回水壓力0.25MPa”等內容的影響，很多用戶都認為“只要壓力上去就好”“只要水回得去就好”，一旦回水壓力低，水回不去，就去關小回水管閥門。這是運行中的一大誤區。循環水泵供水的目的是供給換熱設備冷卻水流量而不是壓力，應該是流量達到要求就好。對一個水力性能可調系統，流量與壓力沒有直接關系，而換熱設備進、出口壓差與該設備的流量有直接對應關系（換熱設備水力性能已固定），設計和運行時希望系統閥門全開，各點的壓力最低，而流量恰好滿足要求。1.6不合理確定水泵流量。確定水泵流量的各環節都考慮安全系數，造成重復考慮；工程設計時沒有確切的換熱設備水流量作為依據，更沒有相應的水阻力損失可參考，得出的總流量是個大概數，因此多數情況下所配水泵流量遠大于換熱設備的設計流量，水泵揚程偏高使實際運行流量進一步增大。實際運行中又認為流量大總是好的，流量大可以使壓縮機級間冷卻器的空氣溫度降得更低，可以降低壓縮機的功耗。這些都造成水泵流量確定不合理，使大流量、小溫差運行成為一種習慣。1.7通過關小水泵進水管閥門來調節水流量。大流量運行對水泵節能和運行不利，所以有的企業采用關小水泵進水管閥門的辦法。這種方法操作快，節能效果明顯。但是，增加水泵進水管阻力，很容易使葉輪汽蝕，進而使水泵運行效率降低、振動大、噪聲大等。1.8不考慮實際濕球溫度，冷卻塔出水溫度一律定為32℃如青海省西寧市的夏季空氣調節室外計算濕球溫度只有16.6℃，而冷卻塔的進、出水溫度依然設定為42、32℃。本來可以充分利用氣候條件，有效降低壓縮機能耗，卻被不合理的設計人為抹殺。
2通過創新設計實現先天節能
循環冷卻水系統節能改造已形成一個產業，改造規模大且節能效果明顯。空分行業傳統地以“供水壓力0.4MPa，回水壓力0.25MPa”、《氧氣站設計規范》（GB50030—2013）標準要求壓縮機等設備用冷卻水水壓宜為0.15～0.50MPa等為依據確定循環水泵揚程，已不能適應節能減排、企業增收節支的需要，設計方法要創新。2.1合理確定水泵流量。首先要合理確定設計工況時的冷卻水流量，即夏季裝置滿負荷運行時所需冷卻水流量。冷卻水流量大小影響水泵與壓縮機、汽輪機的綜合能耗，冷卻水流量大，對降低壓縮機、汽輪機能耗有利，而對降低水泵能耗不利；反之，則對降低壓縮機、汽輪機能耗不利，而對降低水泵能耗有利。因此，需要確定一個使壓縮機、汽輪機能耗與水泵能耗之和最小的合理流量。根據傳熱學傳熱系數公式可以看出，在放熱側的傳熱系數一定的情況下，在水流速比較小時，換熱器的總傳熱系數隨水流速增大明顯增大，但當水流速增大到一定程度以后，傳熱系數就基本不變。因此，流量大到一定程度后，再增大流量，只會增加水泵能耗，不會降低壓縮機、汽輪機能耗，這部分流量完全浪費。而處于對總傳熱系數有影響的流量范圍，杭州杭氧制氧機研究所有限公司已有初步研究結論：加大流量后，水泵增加的能耗比壓縮機減少的能耗多；并建議供、回水溫差在8～10℃運行比較合理，水泵流量安全系數的選擇由工程設計統一考慮，其他環節不考慮。2.2科學確定水泵揚程。在合理確定水泵流量的基礎上，科學確定水泵揚程。即先合理布置總圖，綜合考慮投資與運行費用、操作與維修便利性等因素，合理設計管路系統，經反復驗算，力求各環路水力平衡、總體阻力損失最小。再計算最不利環路所有局部、沿程阻力損失和凈揚水高度（循環水池液面至冷卻塔噴頭的高度差），作為確定水泵揚程的依據（對個別阻力特別大的換熱設備支路要單獨考慮增壓）；并根據伯努利能量方程計算出供水干管在水冷塔、空冷塔位置的壓力，作為空冷塔選取增壓泵和判斷水冷塔能否直接供水的依據。由上述2點可以確定系統基本水泵的配置，這是最根本的。之后，在固定工況下，系統運行時一次性調節好支管流量平衡閥門，其他閥全開，流量恰好滿足要求，系統阻力處于最小狀態，平時不用調節閥門、關注壓力，操作簡化。2.3合理采用變工況時的流量調節措施。循環冷卻水系統管道按設計工況即最大流量設計，在科學確定基本水泵配置的基礎上，在生產負荷變小或冬季環境溫度降低需要降低流量時，要充分利用流體力學原理：“對已定型的系統，流量與水泵功率接近成三次方關系”，水泵功率隨流量快速下降，可以在減小流量時取得更可觀的節能效果。應根據具體條件采用恰當的輔助手段，如更換葉輪、大小泵搭配（小泵揚程也小）、改變運行臺數、雙速電機、變頻調速、永磁耦合調速和大型水泵采用汽輪機拖動等來減小供給流量，實現變工況時的流量調節。變頻調速應用在需要經常頻繁調節流量的場合最合適。如果采用變頻器調速，建議最好采用所有工作泵同時變頻，增加的投資與減少的能耗成本相比微不足道。變頻器的調節，在不低于最小流量的前提下，通過觀察工藝冷卻效果，采用人工調節就可以。設計和運行時要盡可能使閥門全開，盡可能減小系統阻力損失，使流量減小時壓力自然降低。2.4合理確定冷卻塔出水溫度。在不超出常規冷卻塔投資的前提下，對夏季濕球溫度低的地區，充分利用環境溫度優勢，降低冷卻塔設計出水溫度（如西寧市可設定為22℃），很小的代價（冷卻塔投資沒有節省）就可取得降低壓縮機能耗的大效果。2.5選用高效節能型設備和閥門。選用高效節能型水泵固然重要，但工程設計時要保證所選水泵能在高效區運行。如果所選水泵性能與實際裝置管路水力性能偏差太大，即使所選水泵效率很高，實際運行時效率也會很低。選擇傳熱系數大、阻力損失小的換熱設備和止回閥等，對空分項目循環冷卻水系統的節能同樣十分重要。
3對已建項目進行節能改造
從長期運行考慮，對已建項目進行節能改造的原則同樣遵循新項目設計的思路。對于已經投入運行的循環冷卻水系統，都可以通過調整管路上閥門的開度直接讀出壓力，經過簡單計算，就可以確定系統在設計流量下實際所需揚程。如果能根據每個換熱設備在設計流量下的阻力進行水力分析計算，進一步驗證所測揚程是否可靠，可靠性就更高。3.1對基本配置水泵的改造。基本配置水泵的本質問題是揚程過高、流量偏大，為盡可能一勞永逸、一勞永利，改造方案首選是更換葉輪。如果原葉輪在該型號水泵中屬沒切割過或切割很少，應首先考慮原型葉輪切割，或者選用改型葉輪。這是最經濟、最方便的改造措施。其次，更換泵頭，改造內容稍多，需更換水泵進、出口短接頭，地腳螺栓孔有時也要調整，投資成本稍高。最后才是更換水泵，工作量大，投資成本最高。3.2變流量時的輔助手段改造。在對基本配置水泵進行改造的基礎上，如果要根據生產負荷變小或冬季環境溫度降低來減小供給流量，同樣可以根據具體條件采用恰當的輔助手段，如更換葉輪、大小泵搭配、改變運行臺數、采用雙速電機、變頻調速等。
4實施節能技術后的經濟效益
采用節能技術后，新建項目如不設變頻調速裝置，投資成本有所降低；對已建項目進行改造，即使更換新泵，半年內也可收回投資成本。因此，其投資成本基本可以忽略。據氣體分離設備行業統計，截至2016年，我國深泠分離法制空分設備的總規模在3300萬m3/h左右，循環水用電功率估計在100萬kW左右。根據調查研究分析，如果合理配置水泵揚程，約有30%的節能空間，每年可節電約57.6億kW•h；而且，空分設備每年以數百萬m3/h的規模增加（2014年新增292萬m3/h），節能空間非常大。
5建議
5.1明確換熱設備的水流阻力損失值。換熱設備的水流阻力損失是換熱設備的一個重要技術性能參數，不可缺少，它不僅用于工程設計時確定系統總阻力，而且在進行各支路水力平衡、優化供水方案時也不可缺少（對某個阻力損失特別大的換熱設備，而流量又占總流量的小部分時，可考慮局部增壓）。5.2完善空分設備技術附件的相關內容。如果空分設備由專用的循環冷卻水系統獨立供水，空分設備技術附件中“供水壓力0.4MPa，回水壓力0.25MPa”的內容容易造成設計和運行的誤區。如果空分設備由大廠的循環冷卻水系統集中供水，在每個裝置點確實需要提供供水干管的供水壓力和回水干管的回水壓力，以便合理配置裝置內循環水管道。但這兩個值不事先規定，而是在對各用水裝置水流阻力損失預估的基礎上，對整個循環冷卻水系統進行合理設計，根據伯努利能量方程計算得到，不同的位置一般不一樣。標準GB50030—2013規定的“壓縮機等設備用冷卻水水壓宜為0.15～0.50MPa”的規定不科學。建議標準修訂時完善，更好地發揮標準對循環冷卻水系統精細化設計、節能減排的指導作用。
6有待進一步研究的問題
6.1開展流量對綜合能耗影響的研究。進入冷卻器或冷凝器的冷卻水流速不同對總傳熱系數影響不一樣，在水流速比較小時，隨水流速增大，總傳熱系數會明顯增大；但當水流速增大到一定程度后，傳熱系數就基本不變。為了合理確定冷卻水流量，需要綜合水力學（水系統設計）、傳熱學（換熱器設計）、熱力學（壓縮機、汽輪機運行能耗）3個方面的專業技術，進一步研究在什么流速下水泵、壓縮機和汽輪機的能耗之和為最小，什么流速開始對總傳熱系數沒有影響。進一步研究變工況時，合理流量的確定、調節手段的優化。6.2研究優化水泵出口閥門的設置。目前多數設計在水泵出口管路設置止回閥，阻力損失很大，能耗損失可觀。需要進一步明確各種止回閥的阻力特性。期盼有真正低阻力的止回閥產品，或者不設置止回閥，僅設置1只因事故停運泵時能自動關閉的蝶閥。
7結論
針對傳統的空分設備循環冷卻水系統設計和運行中存在的主要問題，創新設計方法，正確運用流體力學基本原理，結合空分工程的具體特點，抓住關鍵，從設計源頭入手，合理確定水泵流量，科學計算水泵揚程，不僅可以大幅度降低空分項目循環冷卻水系統的運行能耗，還可以降低投資成本。對已建項目的改造，具體情況不同會產生多少不等的費用，但這些投資相對節省的運行費用微不足道，因此，需要改變管理觀念，該更換的應及時更換。發展節能技術是一項增收節支的有效措施，應積極組織實施空分項目循環冷卻水系統節能改造，大幅度降低運行成本，提高企業效益。
參考文獻：
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關鍵詞：循環水 換熱設備 金屬腐蝕速率 蒸發量 濕球溫度 結垢
一、循環冷卻水的主要腐蝕機理
1冷卻水中金屬腐蝕的機理
金屬的腐蝕電化學反應實際上是這樣的過程：首先是溶液釋放自由電子（通常把實施的電子的氧化反應稱為陽極反應）；自由電子傳遞到陰極（接受電子的還原反應稱為陰極反應）；電子再由陰極傳遞到溶液中被其他物質吸收。因此腐蝕過程是一個發生在金屬和溶液界面上的多相面反應，同時也是一個多步驟的反應。由以上論述中可以看出，一個腐蝕過程至少由一個陽極（氧化）反應和一個陰極（還原）反應組成。
碳鋼在冷卻水中的腐蝕是一個電化學過程。由于碳鋼組織表面的不均一性，因此，當它浸入水中時，在其表面就會形成許多微小的腐蝕電池。
在陽極：FeFe2++2e
在陰極：O2+2H2O+4e4OH-
在水中：Fe2++4OH-Fe（OH）2
陽極區域Fe不斷失去電子，變成Fe2+進入溶液，即鐵不斷被溶解腐蝕，留下的電子通過金屬本體移動到陰極滲碳體的表面，與水和溶解在水中的氧起反應生成OH-離子。在水中，陰、陽極反應生成的Fe2+和OH-相遇生成不溶性的白色Fe（OH）2堆積在陰極部位，鐵的表面不再和水直接接觸，這就抑制了陽極過程的進行。但當水中有溶解氧時，陰極部位的反應還要進行下去，因Fe（OH）2這種物質極易被氧化為Fe（OH）3，即鐵銹。由于鐵銹基本不溶于水，所以只要水中不斷的有氧溶入，這種腐蝕電池的共軛反應也就不斷的進行。換而言之，也就是碳鋼的腐蝕會不斷地進行下去。
上述腐蝕電池中，陽極氧化反應和陰極還原反應必須同時進行，如其中一個反應被停止，則整個反應就會停止，故稱為共軛反應。因此，如果能設法控制在其陰極過程或陽極過程，則整個腐蝕過程也就會相應的得到控制。反之，如果在陽極不斷除去Fe2+或在陰極表面不斷充分補充供給氧，則共軛反應也就會加速進行，即腐蝕過程變快。因此，采用不同的方式控制其陰極或陽極過程，就是控制冷卻水系統腐蝕的各種方法的依據。
二、循環冷卻水中金屬腐蝕的影響因素
1、pH值
冷卻水中的pH值對于金屬腐蝕速度的影響往往取決于該金屬的氧化物在水中的溶解度對pH值的依賴關系。因為金屬的腐蝕性能與其表面上的氧化膜的性能密切相關。pH在4.3～10.0時碳鋼的腐蝕率幾乎不變，但水中鈣硬的存在，碳鋼表面常有一層碳酸鈣保護膜，當pH偏酸性時，其腐蝕率要比pH值偏堿性時高。
2.陰離子
金屬的腐蝕率與水中陰離子的種類有密切的關系。水中不同的陰離子在增加金屬腐蝕速度方面具有以下的順序：
NO3-
冷卻水中的SO42-、Cl-等活性離子能破壞碳鋼、不銹鋼和鋁等金屬或合金表面的鈍化膜，增加腐蝕反應的陽極過程速度，引起金屬的局部腐蝕。
3、絡合劑
它能與水中的金屬離子（例如銅離子）生成可溶性的絡離子，使水中金屬離子的游離濃度降低，金屬的電極電位降低，從而使金屬的腐蝕速度增加。
4、硬度
水中鈣離子濃度和鎂離子濃度之和稱為水中的硬度。鈣、鎂離子濃度過高時，則會與水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根作用，生成碳酸鈣、磷酸鈣和硅酸鎂垢，引起垢下腐蝕。
5、金屬離子
冷卻水中的金屬離子對腐蝕的影響大致有以下幾種情況。
冷卻水中的堿金屬離子，例如鈉離子和鉀離子對金屬和合金的腐蝕速度沒有明顯的或直接的影響。銅、銀、鉛等重金屬離子在冷卻水中對銅、鋁、鎂、鋅這幾種常用金屬起有害作用。水中這些重金屬離子通過置換作用，以一個個小陰極的形式析出在比它們活潑的基體金屬的表面，形成一個個微電池而引起基體金屬的腐蝕。
在酸性溶液中，Fe3+是一種陰極反應加速劑。在中性溶液中Fe2+卻可以抑制銅和銅合金的腐蝕。
鋅離子在冷卻水中對鋼有緩蝕作用，因此鋅鹽被廣泛用作冷卻水緩蝕劑。
6、電偶
在冷卻水系統中，不同金屬或合金材料間的接觸或連接常常是不可避免的。發生連接的兩種或兩種以上的金屬或合金，如果彼此的腐蝕電位相差較大，它們再與冷卻水相接觸，就會形成一個腐蝕大電池或電偶而發生電偶腐蝕。
7、微生物
微生物黏泥是指水中溶解的營養源而引起細菌、絲狀、藻類等微生物群的繁殖，并以這些微生物為主體，混有泥砂、無機物和塵土等，形成附著的或堆積的軟泥性沉積物。冷卻水系統中的微生物黏泥會引起冷卻水系統中設備的腐蝕。而鐵細菌將二價鐵離子氧化位三價鐵離子，同時產生大量黏液，構成銹瘤。銹瘤下面的金屬表面常常處于缺氧狀態，從而構成氧濃差電池，引起腐蝕。硫氧化菌能把元素硫或其他還原態的硫化物氧化為硫酸，使介質的pH值降低。因此有強的腐蝕性。
三、循環水系統金屬腐蝕的控制
摘 要：對于鋼鐵企業而言，循環冷卻水在整個工藝生產中占據重要地位，對生產的運行以及設備的維護具有舉足輕重的作用。循環冷卻水系統具有較高的能耗，尤其是用電方面，比重較高，因此，循環冷卻水系統節能問題備受關注，是鋼鐵企業極為關注的問題。本文立足鋼鐵企業發展實際，對其循環冷卻水系統節能技術進行了深入探討，提出了一些建設性的建議。
關鍵詞：鋼鐵企業 循環冷卻水系統 節能技術
前言：對于鋼鐵企業而言，影響成本的因素較多，雖然原材料價格、產品銷售等占據主導地位，但是，能源消耗也產生較大影響，關乎企業盈利能力。因此，要注重節能理念的滲透，應用節能技術，切實提升企業競爭能力。面對循環冷卻水系統在能耗方面的突出問題，需要重視節能技術應用，節省資源，擴大節能措施的應用范圍，強化節能設計，在根本上降低水系統的電耗，實現對整個鋼鐵企業能耗的合理控制，強化節能減排措施的推行。
1對鋼鐵企業循環冷卻水系統節能技術應用概括介紹
對于鋼鐵企業的循環冷卻水而言，主要構成為直接冷卻水開路循環水系統以及間接冷卻循環水系統。立足間接系統，主要構成部分為敞開和密閉水處理系統。針對不同的冷卻水系統，對水質提出差異性的要求，涉及諸多冷卻裝置，如冷卻塔、冷卻器、換熱器等。立足常溫條件，傳統冷卻裝置能夠實現循環水系統溫度降低的目的，但是，在溫度較高的情況下，循環冷卻水溫度過高的問題成為困擾鋼鐵企業的重要問題。另外，立足節能，循環冷卻水系統中蘊含大量技術，需要進行深入分析，切實提升技術應用效率。
2對風機、水泵等進行變頻改造
在當前的循環冷卻水系統中，涉及大量風機和水泵設備，其處于額定功率下運行，在進行風機流量設計的時候，應用的是最大風量需求設計原則，因此，很難形成閉環的控制，忽視省電要求。另外，在調控方式、電氣控制等方面都存在不合理的地方。對于風機、水泵的負載，其設計的標準是滿負荷工作量，但是，并不是都處于滿負荷狀態下運行。因此，為了實現對節能的改善，應用變頻器實現對風機和水泵負載的控制極具科學性。發揮變頻器內部PID軟件的作用，對電動機轉速進行調節，滿足水壓和風壓的恒定狀態，保證整個系統的壓力達到運行標準，滿足閉環恒壓控制狀態，這在根本上大大提升了節能效率。另外，變頻器能夠滿足大電動機軟起和軟停的目的，降低電動機故障率，設備使用周期被延長。這一技術在鋼鐵企業中得到廣泛推廣和應用。針對風機、水泵電機的變頻改造，需要重視對測試、變頻器選擇以及使用方面的關注，以更好地提升改造效率，提高改造效果。首先，在進行系統測試的時候，要結合改造標準和要求，制定合理的參數，同時，構建更加嚴謹的測試方案，結合生產工藝進行合理組織安排，進行具有代表性的多次測試。其次，對于變頻設備類型的選擇，要結合應用環境與背景，對設備的各種性能進行考量，如速度精度、轉矩等，在此基礎上實現控制模式的明確，保證防護結構的合理性。再次，在應用變頻器的時候，需要注意的是在變頻器和電源之間安裝斷路器，目的是避免變頻器發生故障時事態的擴大。總之，通過對風機、水泵電機變頻器的改造，節能效果十分顯著，對降低維修、改善等費用也產生一定的作用。
3對熱泵技術應用的介紹
對于熱泵技術而言，主要是借助高位能，促使低位熱源流向高位熱源裝置，是當前水冷卻系統中能效比較高的制冷和制熱方式。在冬季，水體溫度高于環境空氣溫度，借助這一時差有效提升熱泵循環的蒸發能力和供暖能效。而在夏季，水體溫度低于空氣環境溫度，因此，制冷的冷凝溫度降低，冷卻效果突出，整個機組的運行效率得以顯著提升。在實際的應用中，水源熱泵優點突出，其主要能源類型為清潔可再生能源，有利于水資源的節約，環保效果突出，滿足供暖和制冷的雙重需要，改進措施相對簡單。與此同時，水溫波動相對穩定，不會出現較大的變動，整個熱泵機組的運行更加可靠與穩定，維護了系統的高效性與經濟性，維護費用大幅降低，有效延長了設備的使用周期。在熱泵技術應用與改善中，需要關注經濟性指標，加強試驗，重視對雜水質循環冷卻系統的預處理，制定有效的方案。
4對冷卻塔水輪機驅動改造的介紹
在鋼鐵企業中，比較常見的冷卻設備為冷卻塔。借助水輪機驅動實現對葉輪風機的替代，勢十分突出，首先，能夠滿足節能和節電的要求。在水輪機驅動的應用下，風機部分的耗電為零。其次，能夠達到環保和無噪聲的標準。對于水輪機的機量轉換而言，其主要完成的位置是水流道內，同時，不需要電機和減速機的支持，有力消除了低頻電磁聲和機械噪音。再次，凸顯高效性。借助水輪機直接驅動風機，省去了減速機，同時，水流量的變化會誘發風量的變化，保證穩定在合適的氣水比范疇，散熱效果顯著。第四，使用壽命被延長。對于水輪機而言，其結構相對簡單，技術完善。第五，具有相對安全的運行環境。冷卻塔自身存在漏電、爆炸等潛在危險，而水輪機不用電，避免高危環境作業，增加了冷卻塔運行環境的安全性。第六，具有較強的適用性，改造費用不高。水輪機驅動改造適合于多種冷卻塔，安裝相對簡單，對原有結構不會產生破壞，設備不需要改變，省去大量場地要求，節約了大量電能和維護支出。鑒于冷卻塔水輪機驅動改造技術的優勢，同時，考慮到鋼鐵企業生產運行的連續性需求，在進行具體改造的時候，需要關注幾個問題，一方面，要考量水輪機改造之后之后能否適應較為惡劣的運行環境；水輪機驅動改造之后能否對循環水泵的電流產生影響，一旦出現改變，需要進行預防措施的制定；在水輪機改造中，還要全面考慮冷卻塔中填料的布置情況，重視冷卻塔的規模以及受力結構等技術問題。在整個改造中，最為關鍵的環節是冷卻塔水輪機的改造，要立足水量穩定的前提下進行。
5冷卻水溫對鼓風汽輪機真空經濟性影響的分析
對于鼓風汽輪機凝汽器真空的建立和形成主要分為兩個組成部分，即機組的啟動和運行兩個階段。在啟動時期，凝汽器真空實現的目的是抽出凝汽器中的空氣，真空建立的效果主要取決于抽氣器的容量和性能，同時，也受到真空系統嚴密性的制約。在機組啟動之后，一旦氣體排到凝汽器，在冷介質的影響下出現冷卻現象，同時凝結成水，體積被大大縮小，凝汽器成為真空環境。真空的形成實現了對機組危害的有效降低。科學的降低冷卻水水溫能夠提升真空，促使汽輪機理想的比焓降增大，汽輪機的效率得到大幅的升高。冷卻水的降低需要大量冷卻塔冷風機的支持，因此，要對汽輪機效率與增大冷卻風機用電量之間進行經濟性的比較。
結束語：綜上，對于鋼鐵企業而言，能源系統備顯綜合性，涉及諸多能源介質的使用，因此，要重視對能源介質的平衡，以實現能源的最佳匹配。要重視對循環冷卻水系統內部工藝和設備的節能改造，在根本上強化對能源系統全流程的管理。
參考文獻：
[1]金亞飚. 鋼鐵企業循環冷卻水系統節能設計探討[J]. 冶金能源，2009，01：49-53.
關鍵詞：冷卻水系統；火力發電廠；密閉式循環冷卻
冷卻水系統主要分為直流冷卻水系統。顧名思義，直流冷卻水系統即冷卻水經過換熱后直流排出，循環冷卻水系統則是對冷卻水進行循環利用[1]。直流冷卻水系統由于其設備投入較少，管路設計簡單，在過去相當一段時間內，火力發電廠的冷卻水系統以直流冷卻水系統為主。然而，該系統的使用局限性在于：火力發電廠的冷卻水耗用量巨大，換熱過后排出的大量冷卻水會對天然水體造成熱污染，同時，在水資源不夠豐富的地區，也很難供應足夠水量的滿足水溫要求的水源作為冷卻水。因此，在火力發電廠中，除海濱電廠使用海水直流冷卻外，早期建設的一些使用直流冷卻水系統的機組大都已經得到了改造實現冷卻水的循環利用。
在冷卻水的循環利用系統中，又分為敞開式循環冷卻水系統和閉式循環冷卻水系統。敞開式循環冷卻水系統即換熱后的冷卻水通過冷卻塔或冷卻水池等直接與大氣接觸實現降溫。密閉式循環冷卻水系統是冷卻水被封閉于冷卻設備和冷卻水管路之中，通過冷卻設備間接與冷卻介質接觸實現降溫[2]。敞開式循環冷卻水較密閉式循環冷卻水而言有較大的冷卻水量處理能力，目前大多數火力發電廠的冷卻系統采用敞開式循環冷卻水系統。但是，隨著不同地域對于火力發電廠建設需求的出現，為了打破水資源或者是淡水資源嚴重缺乏地區建設火力發電廠的局限性，密閉式循環冷卻水系統在火力發電廠中的應用不可小覷。
目前密閉式循環冷卻水系統在火電廠主要有兩種應用場合：一是嚴重缺水地區采用空冷系統冷卻汽輪機的凝氣，或者是淡水資源嚴重缺乏地區采用海水直流冷卻汽輪機的凝氣，其余輔機、設備軸承等冷卻水采用密閉式循環冷卻系統。二是為了防止敞開式循環冷卻水系統中冷卻水水質變差而影響一部分被冷卻設備的使用壽命，單獨將這些設備組成一個冷卻水水質更為有保障的的密閉式循環冷卻系統。
下面，以印尼某2x60MW全凝熱電廠的設計為例，系統介紹火力發電廠中密閉式循環冷卻水系統在淡水資源嚴重缺乏地區的應用。
該電廠所在區域淡水嚴重缺乏，海水經過預處理后，采用兩級反滲透+混床除鹽系統。廠區所需生活用水來自兩級反滲透出水。電廠凝汽器設計冷卻水量為25480m3/h，采用海水直流冷卻系統。空冷器、冷油器冷卻水量為1000m3/h，其余各種輔助機械設備工業用水量為70m3/h，采用密閉式循環冷卻水系統。密閉式循環冷卻水補水取自電廠除鹽水，補水量以冷卻水量的0.5%計算，約為6m /h。
密閉式循環冷卻水系統由高位回收水箱，密閉式循環冷卻水泵、水-水換熱器和系統供回水管路組成。系統采用母管制，由密閉式循環冷卻水泵經由循環冷卻水供回水母管將密閉式循環冷卻水送至各冷卻水用水點系統。經過各被冷卻設備升溫后的冷卻水再經由密閉式循環冷卻水回水母管進入水-水換熱器被冷卻后進入高位回收水箱。循環供回水管道流速取2m/s，設計管徑為DN450。水-水換熱器的冷卻采用海水直流冷卻。
該系統的設計要點如下：
1 密閉式循環冷卻水泵的選型及備用
系統處理水量為1070m3/h，共有兩套發電機組，故密閉式循環冷卻水泵不應少于兩臺，綜合經濟性并考慮一定裕量，選用單臺流量為600m3/h的水泵共三臺，兩用一備。水泵揚程根據最不利供水點所需要的揚程確定。
2 冷卻設備的選型及備用
冷卻設備應選用密密閉式，選用兩臺容量100%的管程水-水換熱器，循環冷卻水走殼程，直流海水走管程，管程應采用耐海水腐蝕的材質，如雙相不銹鋼、鈦鋼合金等。
3 高位回收水箱的選型及備用
系統設置高位回收水箱，用于容納系統補水、接受系統回水、為循環水泵吸水創造條件。水箱的容積按照系統處理水量的10%確定，水箱的清洗檢修可在電廠機組檢修期間進行，不設備用。箱體設化學藥劑加入口。采用充入氮氣的方法來保持水箱內外壓力的平衡，并且達到隔絕空氣的效果。
4 管道材質與防腐
系統管道材質可采用低碳鋼材質，事先預膜處理，并在運行時通過投加阻垢劑、緩蝕劑等防止管道腐蝕結垢。
5 設備布置
由于密閉式循環冷卻水系統的供水和用水點均來自于主廠房，系統設備布置于主廠房內或者主廠房附近，可大大縮短管道布置長度，節約管道用量，減少管道阻力損失。
6 系統控制
密閉式循環冷卻水系統的控制點主要有水-水換熱器進出水口的流量、壓力和溫度控制，高位回收水箱的液位控制、系統補水流量控制。高位回收水箱的液位與補水調節閥連鎖，根據液位高低控制補水和氮氣充入量。
參考文獻：
[1]朱月海.循環冷卻水[M].中國建筑工業出版社，北京：朱月海，2008：10-100.
關鍵詞：核電站 循環冷卻水 地連墻 防波堤 中隔堤 護岸
1 工程特點及組成
嶺澳核電站毗鄰已建的大亞灣核電站東側約1 km的嶺澳村，共分兩期，總規劃容量為4×1000 MW。一期工程為2臺1000 MW壓水堆核電機組，排水量95 m3/s。兩期完成后4臺機組排水量共220 m3/s(其中考慮廠區洪水量30 m3/s)，加上大亞灣核電站，系統總排水量為315 m3/s 。大亞灣核電站建造時沒有考慮后續工程，且大亞灣核電站的循環冷卻水和低放射性排水流經嶺澳核電站的取水前沿海域。而大亞灣海域屬于弱潮流海區，兩廠址附近海域為潮流輻聚輻散處。因此嶺澳核電站的循環冷卻水取排系統設計具有下面的特點和要求： ①設計須同時考慮兩期工程的取排水需求； ②由于廠址區域潮流特點，嶺澳增加的220 m3/s流量不能影響大亞灣的取水條件，以確保大亞灣核電站的安全、經濟、滿功率發電的運行要求； ③大亞灣核電站的溫排水通過嶺澳核電站取水口前沿時，嶺澳核電站的取水水溫、流速、水面波動均要滿足設計要求。嶺澳核電站的取排水設計要考慮防滲隔熱要求。取排水系統主要由防波堤、中隔堤、取排水交叉渡槽、護岸等構筑物形成的取水渠道和排水渠道組成。
2 設計標準
(1)核島重要生水（用于核反應堆設備的循環冷卻水）的設計水位(根據核電廠安全導則確定)：設計高水位(10%超越天文潮位+可能最大風暴潮增水)等于+6.35 m 珠江口海平面標高(PRD)；設計低水位（10%超越天文潮低潮位+可能最大風暴潮減水+安全裕度）等于-3.50 mPRD。
(2)常規島循環冷卻水設計水位：設計位(百年一遇位)等于2.89 mPRD；設計低水位（百年一遇低潮位）等于-2.18 mPRD。
(3)核島循環冷卻水設計水溫：設計基準水溫30.8 ℃；設計最高水溫34.5 ℃；設計最低水溫11.0 ℃。
(4)常規島循環冷卻水設計水溫：設計基準水溫23.0 ℃；設計最高水溫33.0 ℃。
(5)其它要求：①滿足泵房前池水面波動不大于0.3 m的要求，以保證有一個很好的流態； ②為防止漂浮物及魚類進入渠道，取水頭部處流速接近海流流速，理論斷面處（相應百年一遇低水位條件下，取水頭部入口處的過水斷面）渠道平均流速不大于0.2 m/s。
3 循環冷卻水取排系統的平面布置原則
濱海核電站的循環冷卻水取排系統屬于大型海域工程，結合嶺澳核電站工地的現場情況，在循環冷卻水取排系統的設計上主要遵循下列原則：
（1）平面布置應以核電站總體規劃為基礎，結合當地的風、浪、流、泥沙（風和浪影響各構筑物結構的安全設計標準，海流影響取水頭部與排水口的平面布置，泥沙含量影響循環冷卻水取排系統的設計流速）等自然條件，遠近結合，統籌兼顧，與陸域設計協調，充分體現技術先進、安全可靠的設計指導思想。
（2）布置方案的重點應放在如何減少兩座核電站的溫排水對取水溫升的影響問題上。取排水口、取排水渠道的位置、型式、朝向應以循環冷卻水模型試驗、局部整體模型試驗和泥沙淤積分析為根據，合理布局，滿足取排水工藝要求，有利于安全使用。
（3）進水渠的長周期波動對循環水聯合泵站的安全不能造成影響。
（4）因為核電站排洪溝的水直接排入循環冷卻水的排水渠中，為了不影響已經投產的大亞灣核電站的安全運行，所以設計時需保證在百年一遇位+2.89 mPRD 和百年一遇洪水相疊加時，排水渠涌高不超過大亞灣核電站的排水虹吸井的自由流水位+3.15 mPRD。
（5）因交叉渡槽位于大亞灣核電站的排水口位置，所以無論采用陸上施工還是水上施工，交叉渡槽的施工應對大亞灣核電站的排水影響最小。
按照以上的原則，嶺澳核電站的取排水系統選取了西取東排的方式，即嶺澳的取水放在廠區海域西側，而排水將嶺澳和大亞灣合二為一，經過嶺澳取水口向東排放，取排水系統的平面布置見圖1。
4 試驗分析工作
4.1 循環冷卻水取排系統方案試驗研究
4.1.1 研究目的
圖1 取排水系統平面布置
分析大亞灣核電站的溫排水對嶺澳核電站進水的影響，選擇排水方案。在取排水總體布局確定后，通過優化試驗確定排水渠的長度、排水方向、排水渠斷面、流速以及4 ℃溫升線分布圖，提出最終方案，為工程設計及編寫安全分析報告、環境影響報告提供依據。
4.1.2 研究手段
二維數值模擬計算，全潮整體物理模型試驗，近區物理模型試驗。
4.1.3 結論
推薦采用明渠西取、兩核電站排水合并后向東排放的取排水布置方案。試驗表明該方案兩核電站的溫排水對它們的取水口頭部水溫都不產生干擾，能有效利用潮流運動特性，將溫排水擴散到較遠的區域，取水溫度低，對環境也有利。
4.2 取水頭部與進水明渠波浪模型試驗
4.2.1 試驗目的
驗證取水布置方案泵房前池的波浪擾動及取水流速是否滿足要求，推薦取水口的合理布置方案。并通過取水頭部進水明渠最終布置方案的長周期水面波動的試驗研究，確定取水口防波堤和北導堤的最終長度，驗證長周期波對廠區安全的影響。
4.2.2 主要結論
（1）無論在小風區南風向，還是東南風向百年一遇大浪作用下，泵房前池水面波動均小于0.3 m。
（2）取水頭部底寬150 m時，4臺機組同時運行，在百年一遇低潮位時，進水口的平均流速小于0.2 m/s。
（3）由于大亞灣防波堤繞射波的影響，在東南風向浪作用下，泵房前池水面存在明顯的長周期波動，平均升降幅度為1.06 m。因此，在7 m高程的廠區護岸上需加筑1.2 m高的擋墻。
（4）取水口采用雙堤是必要的。
5 排水渠設計方案優化
核電站的循環冷卻水排水受到溫度與低放射污染。這種溫排水有可能通過排水渠兩岸滲入或者將溫度傳入取水渠道和取水頭部的附近海域，對循環冷卻水的取水造成溫度與低放射污染。所以排水系統的防滲隔熱的問題是設計的重點，而解決此問題的關鍵在于排水建筑方案的選擇。在初步設計階段，綜合考慮各種因素選用了箱涵方案。后經多次設計優化，最終采用了地連墻明渠方案，現分別對兩種方案的優缺點給予介紹。
5.1 箱涵方案
箱涵方案的最大優點是防滲性能好，可以防止大亞灣的低放熱水進入嶺澳的取水明渠。如果低放熱水進入取水明渠，會給核島重要生水水泵及其它設備和相關系統帶來低放污染，而且使核島重要生水取水溫度超過設計溫度，將直接危及核反應堆及整個電廠的安全。但是，箱涵方案也存在下列問題：
（1）在設計高水位（+2.89 mPRD，百年一遇位）時，不能滿足大亞灣核電站排水口虹吸井的自由出流，須對其進行改造。
（2）從施工角度看，箱涵方案須有特大噸位的半潛駁預制。箱涵安裝也須在水下進行，工期長，接頭止水難度大，施工質量難以保證。
（3）箱涵須設計檢修閘門和人孔，運行管理復雜。
5.2 地連墻明渠方案
地連墻明渠方案是一種設計創新，它打破常規的設計理論，在防波堤上設置了柔性地連墻。該方案的優點是增加了過水斷面，降低了水位壅高，使最高設計水位不再對大亞灣核電站的排水虹吸井自由出流影響，在運行和檢修方面也有很大的優越性。另外，由于柔性地連墻的防滲隔熱效果較好，排水口又遠離取水頭部，所以排水口不需要做特殊的處理，可采用自由排放。這種方案也為干施工方案提供了可能性。地連墻明渠方案的技術難點：
（1）防波堤的波浪穩定性：在防波堤的設計理論上，堤心要求有較大的透水性，以減少波浪反射對坡面穩定的不利影響。而此方案在防波堤上設計了柔性地連墻，與防波堤設計原理是相反的。
（2）柔性地連墻的抗震強度與穩定性：防波堤抗震設計標準為Ⅱ類抗震物項設計，Ⅰ類抗震物項校核。柔性地連墻的作用是防滲，在地震工況下，其強度及穩定性是重點關注的問題。
（3）施工的可行性：防波堤上設置地連墻是首創，在含有大塊石且空隙率很大的防波堤上挖槽、成孔、漏漿情況也無先例可以借鑒。
6 各構筑物的設計
6.1 防波堤
防波堤作為兩座核電站的熱水和低放廢水的排水渠導流堤，防止熱水和低放廢水直接沿流程滲入大海；同時也用于保護中隔堤、廠區護岸、取排水交叉渡槽及聯合泵房的安全，并保證聯合泵房取水不受波浪影響。
防波堤采用柔性地連墻防滲，地連墻底標高-15.0 mPRD左右，頂標高4.7 mPRD，厚0.8m，位于防波堤內側中部。根據陸上施工方案滲流及穩定模型試驗論證，在施工期滲流量為0.020 1～0.131 4 m3/(d·m)。而根據干施工基坑抽干水后現場檢查，柔性地連墻沒有發現明顯的滲水情況。在正常使用期間，由于排水渠內外水頭差很小，所以滲流量會更小。
6.2 中隔堤
中隔堤位于防波堤和廠區護岸之間，與廠區護岸和防波堤一起共同組成取排水明渠，防止冷熱水短路。并作為防浪墻的第二屏障，保證聯合泵房取水不受波浪影響。
中隔堤整體設計要求在設計水位及校核水位下，各部位均穩定；在DBF水位（6.35 mPRD ，設計基準洪水位）下。中隔堤堤面允許有一定位移，但不喪失防浪隔熱的基本功能。中隔堤及地連墻均為干式施工。
中隔堤的滲漏采用鋼筋混凝土地連墻防滲，地連墻底標高-13.0 mPRD左右，頂標高為3 mPRD，厚0.6 m，設在中隔堤中部。地連墻根據地質條件打入粘土、粉質粘土或泥質粉砂巖中3 ～5 m，滲透系數很小，且排水渠內外水頭差很小，故滲流量很小。
6.3 取排水交叉口渡槽設計
取排水交叉口渡槽采用支墩式渡槽結構，下層為嶺澳核電站的取水渠道，上層為大亞灣核電站的溫排水通道。渡槽總長為155.262 m，為雙槽式，上層溫排水通道的斷面尺寸為21.8 m×8.5 m。
6.4 護岸設計
護岸是嶺澳核電站的取水渠道的內邊界，也是防浪的第三道屏障保護廠坪的安全。護岸的設計采用典型的塊石斜坡堤，護面采用漿砌石，下設大塊石棱體護腳，頂部設漿砌塊石覆蓋層。在堤心石內坡面設計反濾層，以避免因細顆粒的移動而造成廠區地坪的沉降。采用汽車在陸域向水域中推進的施工方式。
[關鍵詞]工業循環冷卻水、水處理藥劑
Abstract:Industrial water accounts for a sizeable proportion of the whole community water consumption, and circulating cooling water which is about 80% of the industrial water, holds the largest proportion of industrial water. It will produce equipment and pipeline corrosion, scaling and microbiological slime obstacles if circulating cooling water is not addressed. Therefore, people more and more attention to the treatment of industrial water and circulating cooling water. This article focuses on industrial circulating water system problem and three Pharmacy of circulating water treatment.
Key words：Industrial cooling water, Water treatment chemicals
中圖分類號：[F287.2] 文獻標識碼：A 文章編號：
正文
工業用水在整個社會用水量中占有相當大的比重，而冷卻用水在工業用水中又占有最大的比重，約為工業用水的80%左右，如果不加處理，將對設備與管道產生腐蝕、結垢和微生物粘泥等障礙，為此，人們對工業用水、冷卻用水的處理倍加重視。因而循環水處理系統中產生的問題與水處理藥劑成為了社會關注的焦點。
1 循環冷卻水系統產生的問題
冷卻水在循環系統中不斷循環使用，由于水的溫度升高，水流速度的變化、水的蒸發，各種無機離子和有機物質的濃縮，冷卻塔和冷水池在室外受到陽光照射、風吹雨淋、灰塵雜物的進入，以及設備結構和材料等多種因素的綜合作用，會產生比直流系統更為嚴重的各種問題。
1.1金屬材質腐蝕的產生
循環冷卻水金屬設備腐蝕是指設備材料（金屬材料或合金）與它所處的介質之間發生化學反應而腐蝕損耗的過程，它的本質是金屬失去電子而被氧化，從而引起的金屬設備的變質和破壞。
1.2 沉積物的析出和附著
天然水中溶解有重碳酸鹽，這種鹽是冷卻水發生水垢附著的主要成份。在循環冷卻水系統中，重碳酸鹽的濃度隨循環冷卻水蒸發、濃縮而增加，當其濃度達到飽和狀態時，會發生下列反應：Ca（HCO3）2= CaCO3+ CO2+ H2O 。CaCO3沉積在管道表面，形成致密的碳酸鈣水垢，它的導熱性能很差。水垢附著影響產量，增加能耗，嚴重時，則換熱器、管道被堵。
同時循環水系統設備、管道主要材質是碳鋼，其腐蝕產物主要是氫氧化物和鐵的氧化物的水合物，呈膠體狀態，穩定地懸浮于水中，但當通過熱交換器時易在受熱面膠體相互凝集沉淀。沉淀的Fe2O3由于它的不連續性和不致密性而對金屬無保護作用，而且由于它的磁性，粘著力強，且比重大，消除困難，形成污垢。將造成傳熱不勻、設備腐蝕（垢下腐蝕）、阻塞管路，更可能造成非計劃性停機停產。
1.3 微生物的滋生和粘泥
循環冷卻水中的微生物一般是指細菌、真菌和藻類，在新鮮水中，一般來說細菌和藻類都較少。但在循環水中，由于養分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細菌和藻類創造了迅速繁殖的條件。若未得到有效控制，則微生物不斷繁殖滋生，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和化學沉淀物等粘附在一起，形成粘糊糊的沉積物粘附在設備和管道的內表面，堵塞熱交換器，阻礙水的流動，并降低熱交換效率；而且在粘泥沉積的地方往往會造成沉積物下腐蝕。黏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，這些生物黏泥會將管子堵死，迫使停產清洗。
2 循環水處理三大藥劑
目前工業循環水系統設備已廣泛地應用于現在工業的各個行業，為了防止出現金屬材質腐蝕、沉積物的析出和附著、微生物的滋生和粘泥等現象，我們必須通過投加水處理藥劑來確保循環水系統設備經濟、正常、安全運行。
2.1阻垢分散劑
阻垢分散劑是含有羧基、羥基、硫磺酸、膦酸基等基團的共聚物，由于它的直鏈上和部分支鏈含有膦酸基，因此具有優異的防垢性能，并有一定的防腐效果，與常用水處理劑配伍性好，使用范圍廣泛。
2.1.1作用機理
(1）晶格畸變作用
水垢結晶成長過程中，抑制劑被吸附在結晶成長格子中，此吸附作用會改變結晶正常形態，而阻礙其成長為較大結晶。以CaCO3垢為例，它的成長是由正帶電荷的Ca2+與帶負電荷的CO3-相撞才能彼此結合，并按一定方向成長。當水中加入螯合分散劑時，它的成分物質會吸附到CaCO3晶體的活性增長點上與Ca2+螯合，抑制了晶格向一定的方向成長，使晶體畸變，不在增大。另外，部分吸附在晶體上的化合物，隨著晶體增長而被卷入晶格中，使CaCO3晶格發生位錯，在垢層中形成一些空洞，分子與分子之間的相互作用減少，使硬垢變軟，因而極易被水流沖洗掉。
（2）增溶作用
阻垢分散劑能與水中Ca2+、Fe3+、Mg2+等金屬離子形成穩定絡合物，從而提高了CaCO3晶粒的析出時的過飽和度，也就是說增加了CaCO3在水中的溶解度。另外，由于有機膦酸吸附在CaCO3晶粒增長點上，使其畸變，即相對于不加藥劑的水平來說，形成的晶粒要細小得多。從顆粒分散度對溶解度影響的角度看，晶粒小也就意味著CaCO3溶解度變大，因此提高了CaCO3析出時的過飽和度。
（3）分散作用
螯合分散劑的分子在水中電離成陰離子后，由于物理或化學的作用，有強烈的吸附性，它會吸附到懸浮在水中的一些雜質的粒子上，使粒子表面帶有相同的負電荷，因而使粒子間相互靜電排斥，避免顆粒碰撞積聚成長，顆粒呈分散狀態懸浮于水中。
2.2 緩蝕劑
添加到水溶液介質中能抑制或降低金屬和合金屬腐蝕速度，改變金屬相合金腐蝕電極過程的一類添加劑稱為緩蝕劑或腐蝕劑或腐蝕抑制劑。它的用量很小(0.1%～1%)，但效果顯著。
2.2.1作用機理
由于金屬腐蝕和緩蝕過程的復雜性以及緩蝕劑的多樣性，難以用同一種理論解釋各種各樣緩蝕劑的作用機理，概括起來可以分為兩種，即電化學機理和物理化學機理。
關鍵詞：循環水系統；系統優化 ； 工藝優化；經濟運行；
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
引言：本文簡要介紹循環水系統及其重要性，從水質管理以及設備工藝優化等介紹了一些方法和做法，從而提高系統處理效率。
一、循環水系統簡介
循環水泵是循環水系統中最重要的設備之一，在熱力系統中發揮著至關重要的作用。機組運行中，凝汽器真空的形成主要依賴于循環水泵。停運初期，低壓缸的冷卻也主要依靠循環水泵來完成。
循環水冷卻通常分為密閉式循環水冷卻系統和敞開式循環水冷卻系統。密閉式循環水冷卻系統中，水是密閉循環的，水的冷卻不與空氣直接接觸；敞開式循環水冷卻系統，水的冷卻需要與空氣直接接觸，根據水與空氣接觸方式的不同，可分為水面冷卻、噴水池冷卻和冷卻塔冷卻等。
循環冷卻水一般占企業用水總量的50%～90%。循環冷卻水由泵送往冷卻系統中各用戶，經換熱后溫度升高，被送往冷卻塔進行冷卻。在冷卻塔中熱水從塔頂向下噴淋成水滴或水膜狀，空氣則逆向或水平交流流動，在氣水接觸過程中，進行熱交換。水溫降至符合冷卻水要求時，繼續循環使用。
空氣由塔頂溢出時帶走水蒸氣，使循環水中離子含量增加，因此必須補充新鮮水，排出濃縮水，以維持含鹽量在一定濃度，從而保證整個系統正常運行。補充水的量應彌補系統蒸發、風吹（包括飛濺和霧沫夾帶）及排污損失的水量。循環水與補充水中含鹽量之比，即為該循環水系統的濃縮倍數。在一定的循環冷卻水系統中，只要改變補充水的含鹽量，就可以改變循環水系統的濃縮倍數，而提高濃縮倍數是保證整個循環冷卻水系統經濟運行的關鍵。
在化學水處理行業中，有句行話：“三分藥劑，七分管理”。所以，對于一個穩定的循環水系統而言，選擇了合理的塔型和水穩配方固然重要，但若管理不善，同樣可能使好的設備和水穩配方發揮不了好的作用，保證不了水溫和水質，滿足不了工藝，甚至設備能耗增加，水冷器短時間結垢腐蝕穿孔，直至停車，后果不堪而言。
二、火力發電廠在消耗大量煤的同時，也需要消耗大量的水資源。
對水循環系統的運行方式進行優化研究，不僅能夠節約廠用電，對于水資源的節約來說也具有重要意義。循環水系統的優化運行一直以來都是人們關注的熱點話題。但受制于技術和資金等因素，很多電廠在進行循環水量的改變以及維持凝汽器最佳真空等環節上依然存在很大的不確定性。在研究背壓變化對汽輪發電機組電功率造成的影響上，目前出現有很多方法，但只有等效熱降方法既簡便又準確，本文將對此展開研究。隨后對凝汽器最佳真空和最佳循環水流量的計算過程進行了修正
1、等效熱降方法研究背壓變化對汽輪機電功率的影響
在進行凝汽器的最佳真空計算以及確定循環水流量的最佳值過程中，首先需要研究明確汽輪機背壓變化對其電功率的影響。在實際的工程計算中使用過很多方法[3]，但經驗表明，等效熱降法是最為簡單和準確的方法。下面對這種方法進行分析。
2、最佳真空和最佳循環水流量確定方法分析
為了增大汽輪機的理想比焓降以及提高其電功率，最直接的辦法是提高凝汽器的真空，但是受到設計和實際運行經濟性的限制，并非是真空越高越好。對凝汽器中的真空造成影響的因素較為復雜。總起上來講，要想提高凝汽器的真空，需要適當的增加循環水泵的泵耗。四、循環冷卻水系統優化應做好滅藻殺菌工作
循環冷卻水系統與其他水處理系統一樣，循環水在使用一段時間之后，水質容易變差，并且會出現藻類漂浮物和多種細菌。處于保護循環冷卻水系統和優化循環冷卻水系統的目的，我們應做好循環冷卻水的滅藻殺菌工作。從目前循環冷卻水系統的滅藻殺菌工作來看，電解水是主要的滅藻殺菌方式。
電解水過程產生的部分臭氧和過氧化氫對細菌微生物有較強的殺滅作用，電極安裝的銅銀合金片電解產生的微量銅銀離子可以使蛋白質變性。利用這一過程，可以有效去除循環冷卻水系統中的藻類和細菌，達到改善循環冷卻水系統水質的目的，使循環冷卻水的水質能夠得到凈化，延長循環冷卻水的使用時間，保證循環冷卻水系統優化取得積極效果。
為此，我們應將電解水作為滅藻殺菌的主要方式，在系統優化中積極應用電解水過程，提高滅藻殺菌效率。
三、循環冷卻水系統優化應做好防腐降氯工作
為了保證循環冷卻水系統能夠正常工作，需要做好冷卻水的防腐降氯工作，主要應從以下幾個方面入手：
1.電解水過程中部分活性氧和活性氫結合水體中DO（溶解氧）和水分子生成臭氧和過氧化氫，利用臭氧和過氧化氫的特性有效去除水質中的雜質和細菌，保證循環水水質滿足使用要求，提高循環水的活性，達到改善循環水水質的目的。
2.熱交換器表面由于除垢效應，變得平整光滑，從而防止了垢下腐蝕，在目前循環冷卻水系統中，熱交換器表面的污垢是處理重點。如果不能及時處理掉表面的污垢，會影響熱交換器的正常工作，因此，做好防腐降氯工作是保證熱交換器正常工作的重要手段。
3.系統中氯離子由于蒸發濃縮，濃度逐步增大，氯離子對冷卻水的水質影響較大。為此，在防腐降氯過程中，應重點降低循環冷卻水中的氯離子，主要應采取吸附和中和反應的方式消除循環冷卻水中氯離子。
四、設備工藝優化
1.循環水系統變頻運行
循環水系統采用高壓電機拖動水泵工頻運行的方式進行生產，根據所需水量不同，需要靠閥門對系統壓力、流量進行控制，電能浪費較大。經技術人員研究，對該水泵進行高壓變頻器改造，把電機、水泵共同組合成為一體，操作人員根據生產工藝的實際情況設定系統壓力期望值，通過變頻器閉環控制程序結合DCS模擬采樣、控制的方式，跟蹤和調整工藝指標，自動運行電機轉速，調整系統壓力和流量；也可手動設置頻率，根據工藝要求運行水泵，從而節約大量電能。根據實測：改造前后每月可節約132480kw/h，節能意義巨大。
2.優化循環水系統管理
公用循環水泵在其變頻基礎上，其后續單位用水量的多少直接導致水泵頻率的高低，高低最高可相差20%，因響應公司節能降耗，避峰用電號召，很多用水設備都是間歇運行，用水量的多少與各崗位員工的責任心有直接關系加強員工責任心意識，就能在停用設備的時候即使關閉循環水閥門從而降低循環水用水量。
為了降低公用循環水泵運行頻率，對用水崗位循環水閥門關閉的及時性進行考核并制定了具體考核辦法。此舉極大地提高了員工崗位責任心，避免了崗位員工對此種現象習以為常，不肯做出改變，通過循環水系統優化管理措施，有效提高了員工責任心和節能減排意識，公用循環水泵頻率都有了很大降低，降低循環水泵耗電量。經過方案實施后統計，公用循環水泵頻率由原來的95%降低為現在的80%左右，每天節約電耗3000度。
種種措施，目的只有一個，那就是使循環水系統運行達到最優化，使系統處理效率最高，使其運行成本最低，進而真正做到節能減排。
結語：隨著我國的工業進程也在不斷發展和加速，冷卻水在一般的工業生產中占到了百分之八十以上的比例，是工業在發展過程中一個不可忽視的、舉足輕重的環節。所以，為了更好更快的發展工業建設，我們就必須先研究好冷卻水循環問題。只有做好的了冷卻循環水系統的節能工作，我們才能在財政上減少一筆開支；只有做好了冷卻循環水系統的應用工作，我們才能真正在實際工作中得到事半功倍的收獲效果。
參考文獻：
關鍵詞：循環；冷卻水；
中圖分類號： U664.81+4 文獻標識碼： A 文章編號：
熱電站是生產裝置的主要電力和熱力供應單位。電站有一套閉式循環水系統，為熱電站汽輪機、鍋爐等裝置提供循環冷卻水。工業冷卻水的循環使用是工業節水的重要措施，并已被推廣，但由于冷卻塔的冷卻原理主要是依靠傳質傳熱，即依靠水的蒸發，從液態變成氣態時吸收大量的氣化熱實現的，所以工業冷卻水循環系統存在一定數量的水的蒸發消耗。另外，冷卻水循環系統為避免水蒸發引起水中鹽分的過度濃縮還必須有一定量的排污，因此，為了保持系統水量的平衡，必須對系統進行補充新鮮水。水的蒸發消耗量在目前的情況下相對難于收回，因此，在正常工況下，如何能夠減少新鮮水的補充量減少排污是節水減排的關鍵。
一、 循環水系統的組成
循環水系統中主要是由風吹損失、蒸發損失、排污、系統滲漏、旁濾反洗排污等幾部分損失構成了系統補水量，在下面將對其進行技術分析，提出循環水節水減排的措施。
二、分析與探討
2.1 蒸發水量
冷卻塔傳熱依靠熱傳質，傳質即水的蒸發將熱量從水傳遞到空氣，然后由蒸汽帶出塔外，在這部分熱量傳遞過程中，冷卻塔水的蒸發水率按下式計算：
Pe=KzfΔt
即：E/R=（0.1+0.002T）（T1+T2）
式中：E為水的蒸發量，m3/h；R為循環水量，m3/h；T為進塔空氣干球溫度，℃；T1、T2為進塔和出塔水溫，℃。
在一般情況下：T=30℃，T1-T2=10℃，則E =1.6%R。
由上式可見：蒸發水量為循環水量的1.6%。往往占到補水量的70%左右。良好的水質，較大的水量，在冷卻塔上是否可以考慮蒸氣水的回收系統，回用到循環水補水上，是十分有益的。
2.2 旁路過濾
冷卻塔利用空氣將水中的熱量帶出塔外，但同時又將空氣中大量的灰塵洗滌至水中。清潔空氣含塵量約為0.2mg/L，中溫差冷卻塔運行氣水比為0.8，洗塵率為10%，則要冷卻1m3工業冷卻水約有14.3mg灰塵進入循環水，灰塵的絕大部分會沉淀，但其中一小部分會懸浮水中增加水的懸浮物含量。除此之外，循環水懸浮物含量還與水中原有的泥砂、粘土、難溶鹽、生物粘土、菌藻以及電解質的滲透等因素有關。由于他們會對系統造成污垢和腐蝕，因此，為了保證循環水系統的正常運行，必須控制循環水的懸浮物含量、加大旁濾水處理量，旁濾水量建議為循環水量的10%左右。在旁濾效果不能保證時，循環水的排污水量將大幅度增加，控制好旁濾效果是循環水節水的最重要措施之一。
大型敞開式循環冷卻水系統采用旁流處理的目的是節約用水，主要思路是采用適當旁流處理工藝，將循環冷卻水系統中不斷增加的、限制水處理效果的有害成分除去，并將排污水再生處理后作為補充水回用到循環冷卻水系統中。 這樣可以提高工業水的重復利用率、減少廢水的排放量，基本實現系統的“零排放”，具有節水、節能及降低生產成本等作用。
2.3 改善循環水水質，提高濃縮倍數
循環水系統的排污損失水量應根據對循環水水質的要求通過計算確定，可按下式計算：
Qb=【Qe－（N－1）Qw】/（N－1）
式中：Qb為排污損失水量，m3/h；Qe為蒸發損失水量，m3/h；Qw為風吹損失水量，m3/h；N為循環濃縮倍率。
由上式可以看出：濃縮倍數的提高意味排污損失的減少，節水率的提高，但也使系統的含鹽量越來越高，運行也越來越不穩定。因此循環水的水質控制是提高濃縮倍數的關鍵。基于循環水處理藥劑的水平和使用局限性，為使目前的循環系統在高濃縮倍數，特別是隨著水質相對較差的新水或回用水做系統補充水的狀況下，系統能夠保持平穩運行，不帶來嚴重的污垢、生物粘泥、腐蝕和結垢等問題，需要針對不同性質的補充水和循環水質開發經濟有效的水處理工藝和設備，適度改善循環水水質。減小排污水量、提高濃縮倍數，是循環冷卻水系統節約用水、降低水處理成本的重要措施。 采用旁流處理選擇性地去除冷卻水中的懸浮物、 溶解固體和微生物等有害成分， 是實現冷卻水系統即時在線清潔和冷卻水水質改善的積極措施。 與提高濃縮倍數和市政污水再生回用等手段相比，旁流處理是容易實現而且成本較低的節水方式，它與化學處理相配合使用時， 一方面可以不斷改善冷卻水水質， 提高緩蝕阻垢效果， 延長生產設備的使用壽命，改善換熱設備的傳熱效果；另一方面還可以顯著減少系統的排污水量和補充水量， 減少因排污而導致的水處理劑的流失， 并減輕由此引起的水體污染 高華生提出的由“化學混凝纖維過濾—弱酸樹脂軟化—反滲透” 三個基本單元構成的新型三級旁流處理工藝，具有流程簡單、功能齊全、設備緊湊、
經濟合理、操作靈活、便于實施等特點，適用于大型工業循環冷卻水系統，以實現系統的“零排放”運行。分析結果表明，采用三級旁流軟化—凈化處理工藝，
可以大大減少補充水、 排污水量和水處理劑等費用支出，在實現系統的“零排放”運行的同時可以改善水質處理效果，具有良好的經濟效益。
3 結語及展望
通過以上幾點分析，標明循環冷卻系統的節水應主要以提高穩定濃縮倍數、加強旁濾處理效果等為主要技術手段。我們對循環冷卻水節水技術展望如下：
（1）加強對循環冷卻水的現場監測，包括水質、黏泥、掛片及監測換熱器等，應用和開發新型的查漏技術，做好節水工作。
（2）開發高效的高濃縮倍數循環冷卻水處理技術及其節水成套技術。
（3）重視水質穩定處理技術的進步，采用高效優質水處理藥劑和配方來適應高濃縮倍數運行的要求。
（4）重視補充水水質，降低補充水濁度以減少帶入循環水中的泥沙等懸浮物的含量， 對補充水進行軟化，采用混合補水模式，提高濃縮倍數，減少排污和新鮮水的用量。
（5）重視循環冷卻水的回用，開發循環冷卻水回用新技術、新工藝，達到節約用水的目的。
參考文獻：
[1]史貴華. 火電廠降低循環冷卻水損耗及優化運行的措施[J]. 熱電技術,2007,01:15-17.
【關鍵詞】 空調 冷卻水系統 設計
引言
空調系統管路錯綜復雜，循環冷卻水管理系統以整體的形式安裝在一個經防腐處理的金屬機箱內，直接固定于系統的機房就進測量、便于觀察的墻壁上，水路，電路經過防水接頭連接分別進入干箱和濕箱。因為水體具有很大的比熱物理特性，是良好的冷媒，因此，空調的循環冷卻水系統多是利用自來水作為冷卻的載體，迅速帶走制冷機組壓縮機轉移的熱量。本文著重探討一下空調冷卻水系統的設計問題。
1.空調冷卻水系統的設計原則
1.1靈活性
冷卻系統設計應具有的特點是減少或避免與安裝新設備有關的系統停運。這些特點應適用于集中站房內的冷卻系統和建筑物內的冷水管路構架，其中一些特點包括為以后的設備，如水冷式機架、集中式空調器、計算機房空調器與集中站房設備等安裝時需預留管道閥門和管蓋。集中站房應考慮在負荷增加時能添加冷水機組、水泵與冷卻塔。全面的靈活性時常會受到集中站房內管道分布系統的限制。當數據中心在線后，從避免運行中斷和實施費用的角度看，一般禁止用改變管道尺寸的方法去求得容量增加。
1.2可擴展性
冷卻系統需要有擴展能力，以適應負荷增加。建筑物內的管路系統設計，應能支持建筑物內的冷負荷密度。還需考慮水泵的能耗、系統的靈活性和冷水儲存，以確定總投資。機房應有足夠的空間供未來的冷水機組、水泵和冷卻塔之用。機房內冷水和冷卻水系統的分、集水器的大小，從運行的第一天起到容量增加，以及達到未來的規劃容量，應都能很好地適應其變化。
1.3便捷性
冷卻水系統設計應安裝方便，位置可見、易近。設計者應提供維護與操作閥門、控制裝置、傳感器和大型設備所需的通道。在集中機房內，可設置升降機、吊車、起重機等，用于搬動重的設備和部件。冷水管與冷卻水管的走向應避免與冷卻系統的設備搬動發生沖突；像水泵、冷水機這類機械設備的布置，應方便徹底更換；切斷閥門的位置也必須能在更換時不便服務中斷。因此，它們的布置與整個管路系統的集成是非常重要的。
2. .空調冷卻水系統的設計
2.1水冷卻
水冷卻的方法采用一套復雜的外置冷卻系統，通過機架內一個閉合回路水冷系統對電子元件進行冷卻，供水和排水管道布滿整個數據中心。這種緊湊型的系統能夠減少空氣流過的路徑，從而減少了風扇的能耗。這種緊湊型散熱方法最大程度上降低甚至是完全消除了冷熱空氣的混合，解決當前數據中心大幅增長的能耗成本的問題。
2.2安裝傳感器
在回水母管循環水泵的前方，設置一個引流口，通過一個針形調節閥引出一個很小的水樣，濾除較大的顆粒膠體或雜質進入測量裝置，有效延長傳感器的維護周期，流經電導池測量裝置之后另一端與大氣開放進入積水槽，這個測量旁流流量僅有100-300mL/min，這個水量與冷卻塔蒸發和風吹損失水量相比顯得微不足道。冷卻水管理系統的整體機箱盡可能與取樣點的距離就近安裝，水樣進入流通測量裝置后，可以再通過流通裝置上的兩調節閥進行微調，使出水到集水槽末端口的流量控制在200-400mL/min之間，又因為流通裝置的出水口與大氣相通，傳感器不承受壓力會使得傳感器的運行更加平穩、使用壽命明顯延長很久。因為循環水水質的老化是一個緩慢的進程，不存在測量數據滯后的問題，測量裝置和儀表直接安裝在一個壁掛的箱體內，由于就近測量減少了很多干擾的可能，檢查維護顯然十分方便。加強循環冷卻水的運行管理是空調實現節能減排，延長設備使用壽命的重要環節，而通過電導率的變化控制循環冷卻水濃縮倍數，實現有科學依據的排污、換水又是節省水力資源的優先手段，可以有效的避免過量的排污造成水源的浪費，加大廢水處理的投入，減少藥劑的浪費，實現高效、低耗、節能運行。
2.3設置排污管
排污管采用插入母管的形式安裝，已獲得最大的固定強度，靠近母管的附近設置一個高壓截止閥，供檢修時關閉水源。排污管路一般在工程施工的過程已經預留，電導率濃縮倍數超標排污是由循環冷卻水管理系統來自動驅動完成的，當達到預先設置的濃縮倍數的上限時系統自動啟動排污。在遭遇低氣壓引起的循環水溫度很難降下來的工況下，循環冷卻水管理系統的溫度傳感器檢測到持續超溫之后自動啟動超溫緊急換水程序，這項功能系統內部自動組態指向排污，啟動同一個電磁閥實現緊急排污。由于靜態水壓取決于建筑物的高度，循環水的壓力可能會很高，必須選擇先導型電磁閥，并充分的考慮電磁閥的耐受壓力等級。如果空調具有利用谷電制冰水功能，當出現持續超溫狀況時，還能自動啟動冰水熱交換功能的循環，以最快的速度平抑熱負荷過載。
2.4測量取樣管
取樣管采用1/2無縫鋼管焊接，母管里面的開口迎向水流，避免沿管壁形成的雜質進入取樣管線，增加內部過濾器的負荷。針形閥上方一定要設置截止閥以便于維修。
2.5信號傳輸設計
循環冷卻水系統具有流量統計功能，在排污口和補水口安裝兩臺電磁流量變送器，將信號傳遞給管理系統，可以獲得整整一個運行季節的排污量統計，補水量統計，蒸發損失量統計，能夠提供一個運行季節的經濟數據的分析數據，對于提升運行經濟性管理至關重要。為補充緩釋阻垢藥劑的補充與投加提供了數據支持，管理系統的內部可以自動依據每噸水量需要補充的藥劑數量，或者通過藥劑的濃度比例自動算的補充藥劑數量，換算成計量泵的動作時間或脈沖數量，這一功能完全實現了藥劑投加的量化管理，及節省藥劑成本，又能有效的避免藥劑的不足引發的運行隱形事故，有效地延長設備的使用年限。系統在設計安裝排污或補水流量計時充分的考慮到系統的壓力不確定性，安裝距離的不確定性，而選擇電磁流量計做配套，使用遠傳信號做信息傳輸。
2.6整體化機箱
循環冷卻水管理系統采用集成的模式，將電化學專業測量、人機界面、熱工測量，組態控制、專業軟件，通信軟件，取樣流通等技術全部整合成為一個整體的弱電系統，形成一個系統化的整機，系統具有很好的兼容性和穩定性，客戶能夠通過一站式采購得到成套管理系統，并且有制造商提供技術支持和商業培訓，在產品升級換代時可以得到相應的升級。循環冷卻水管理系統分為干箱和濕箱兩個部分，干箱內部是電子系統，濕箱內部是取樣流通、過濾裝置。所有的測量都在濕箱完成，僅需將水樣的管路進行連接就可以了；干箱內部集合了全部測量和控制系統。
結束語
綜上所述，冷卻水的設計僅是空調系統設計的一部分，采用綜合控制系統，可以使工程施工更加輕松，循環水系統得到更多的保護和監控，確保空調系統的正常運行。
參考文獻：
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