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冷凍水系統工作原理簡(jiǎn)介
一、冷凍水系統工作原理
制冷機通過(guò)壓縮機將制冷劑壓縮成液態(tài)后送蒸發(fā)器中與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風(fēng)機風(fēng)口的冷卻盤(pán)管中，由風(fēng)機吹送冷風(fēng)達到降溫的目的。經(jīng)蒸發(fā)后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環(huán)水進(jìn)行熱交換，由冷卻水泵將帶有熱量的冷卻水送到散熱水塔上由水塔風(fēng)扇對其進(jìn)行噴淋冷卻，與大氣之間進(jìn)行熱交換，將熱量散發(fā)到大氣中去。
二、冷凍水循環(huán)系統
由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過(guò)各房間的盤(pán)管，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。同時(shí)，房間內的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環(huán)水經(jīng)冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。從冷凍主機流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機的冷凍水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。無(wú)疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。
三、冷卻水循環(huán)系統
由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機在進(jìn)行熱交換、使水溫冷卻的同時(shí)，必將釋放大量的熱量。該熱量被冷卻水吸收，使冷卻水溫度升高。冷卻泵將升了溫的冷卻水壓入冷卻塔，使之在冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換，然后再將降溫了的冷卻水，送回到冷凍機組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機釋放的熱量。流進(jìn)冷凍主機的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“進(jìn)水”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱(chēng)為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進(jìn)水的溫度形成溫差。
四、循環(huán)冷卻水系統
循環(huán)冷卻水系統又分為封閉式循環(huán)冷卻水系統和敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統。
冷卻水在完全封閉的、由換熱器和管路構成的系統中進(jìn)行循環(huán)時(shí)稱(chēng)密閉式循環(huán)系統。在密閉式循環(huán)系統中，冷卻水所吸收的熱量一般借空氣進(jìn)行冷卻，在水的循環(huán)過(guò)程中除滲漏外并無(wú)其它水量損失，也無(wú)排污所引起的環(huán)境問(wèn)題，系統中含鹽量及所加藥劑幾乎保持不變，故水質(zhì)處理較單純。但密閉式循環(huán)冷卻水存在嚴重的腐蝕劑腐蝕產(chǎn)物問(wèn)題。密閉式循環(huán)系統一般只用于小水量或缺水地區。
冷水流入換熱器將熱流體冷卻，水溫升高后，利用其余壓流入冷卻塔內進(jìn)行冷卻，冷卻后的水再用水泵送入換熱器循環(huán)使用，此系統稱(chēng)為敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統。這種敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水，由于在循環(huán)過(guò)程中要蒸發(fā)掉一部分水，還要排出一定的濃縮水，故要補充一定的新鮮水（通常稱(chēng)為補水），以維持循環(huán)水中的含鹽量或某一離子含量在一定值上。
敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統是應用最廣泛的系統，也是水質(zhì)處理技術(shù)最復雜的系統。
五、水的冷卻原理
循環(huán)水的冷卻是通過(guò)水與空氣接觸，由蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散熱三個(gè)過(guò)程共同作用的結果。
_/ ?/ B. W0 e( o. Q 1蒸發(fā)散熱 水在冷卻設備中形成大小水滴或極薄水膜，擴大與其空氣的接觸面積和俄延長(cháng)接觸時(shí)間，使部分水蒸發(fā)，水氣從水中帶走氣化所需的熱量，從而使水冷卻。
1 Q( u. d w6 P 2接觸散熱 水與空氣對流接觸時(shí)，如果空氣的溫度低于水的溫度，則水中的熱量會(huì )直接傳給空氣，使空氣溫度升高，水溫降低，二者溫差越大，傳熱效果越好。
3輻射散熱 輻射散熱不需要傳熱介質(zhì)的作用，而是由一種電磁波的形式來(lái)傳播熱能的現象。輻射散熱只是在大面積的冷卻池才起作用。在其他類(lèi)型的冷卻設備中，輻射散熱可以忽略不計。
六、冷卻構筑物( y G. }7 L- F' x0 v& o' K; v
1冷卻塔* J% J*j m* Z U
敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統中主要設備之一是冷卻塔。冷卻塔用來(lái)冷卻換熱器中排出的熱水，是循環(huán)冷卻水蒸發(fā)降溫的關(guān)鍵設備。在冷卻塔中，熱水從塔頂向下噴濺成水滴或水膜狀，空氣則由下向上與水滴或水膜逆向流動(dòng)，或水平方向交錯流動(dòng)，在氣水接觸過(guò)程中，進(jìn)行熱交換，使水溫降低。3 k7 {' r8 B-s1 r1 U% G
冷卻塔的形式很多，根據空氣進(jìn)入塔內的情況分為自然通風(fēng)和機械通風(fēng)兩大類(lèi)。自然通風(fēng)型最常見(jiàn)的是風(fēng)通式冷卻塔。機械通風(fēng)型分為抽風(fēng)式和鼓風(fēng)式兩種；而根據空氣流動(dòng)方向機械通風(fēng)型又可分為橫流式和逆流式。/ ]' W6N ]+ s4 b E
冷卻塔的工藝構造及其作用3 r2 s; J1 O4 u8 R1 C( W5 u _
①通風(fēng)筒 其作用是創(chuàng )造良好的空氣動(dòng)力條件，減少通風(fēng)阻力，并將塔內的濕熱空氣送往高空，
9 : {' I; ]* c W) q5 e* a'H②配水系統 配水系統的作用是將水均勻地分配到冷卻塔的整個(gè)淋水面積上。如分配不均，會(huì )使淋水裝置內部水流分布不均，從而在水流密集部分通風(fēng)阻力增大，空氣流量減少，熱負荷集中，冷效則降低；而在水量過(guò)少的部位，大量空氣未充分利用而逸出塔外，降低了冷卻塔的運行指標。對配水系統的基本要求是：在一定的水量變化范圍內（80％～110％），保證配水均勻且形成微細水滴，系統本身水流阻力和通風(fēng)阻力較小，并便于維修管理。. ` K r/
③淋水填料 淋水填料的作用是將配水系統濺落的水滴，經(jīng)多次濺落成微細小水滴或水膜，增大水和空氣的接觸面積，延長(cháng)接觸時(shí)間，從而保證空氣和水的良好熱、質(zhì)交換作用。水的冷卻過(guò)程主要是在淋水填料中進(jìn)行，所以是冷卻塔的關(guān)鍵部位。7 A, k( a7 k8 分為點(diǎn)滴式、薄膜式、點(diǎn)滴薄膜式3種類(lèi)型。無(wú)論哪種形式，都應滿(mǎn)足下列基本要求：
1）具有較高的冷卻能力，即水和空氣的接觸表面積較大，接觸時(shí)間較長(cháng)；
2）親水性強，容易被水濕潤和附著(zhù)；
3）通風(fēng)阻力小以節省動(dòng)力；
4）材料易得而又加工方便的結構形式；
5）價(jià)廉、施工、維修方便；質(zhì)輕、耐久。$ y8 |* d+
④通風(fēng)設備 在機械通風(fēng)冷卻塔中利用通風(fēng)機產(chǎn)生預計的空氣流量，以保證要求的冷卻效果。常用的是軸流式風(fēng)機，根據風(fēng)機安裝的位置，又可分為鼓風(fēng)式和抽風(fēng)式。* G/ F(G ]8 A
⑤收水器 將排出濕熱空氣中所攜帶的水滴與空氣分離，減少逸出水量損失和對周?chē)h(huán)境的影響。( `. D. |8 Y$S2 J: ]
⑥集水池 設于冷卻塔下部，匯集淋水裝置落下的冷卻水。8 x.
2 集水井 集水井是收集循環(huán)冷卻水系統中回流熱水的設施，均衡水質(zhì)。9 v, Z% v2 Z0 R+ o/ @5 v0?
3 旁濾池 在旁濾池中通過(guò)過(guò)濾處理，去除循環(huán)冷卻水中的懸浮物，澄清的冷卻水在回流到循環(huán)冷卻水系統中。
: j j- }' e0 f;y b七、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)特點(diǎn) - p+ @6 H9 r'@: N& x+ x&
1 循環(huán)水的濃縮作用 循環(huán)冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí)水分不斷蒸發(fā)，因為蒸發(fā)掉的水中不含鹽分，所以隨著(zhù)蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，循環(huán)水中的溶解鹽類(lèi)不斷被濃縮，含鹽量不斷增加。為了將循環(huán)水中含鹽量維持在某一個(gè)濃度，必須排掉一部分冷卻水，同時(shí)要維持循環(huán)過(guò)程中水量的平衡，為此就要不斷的補充新鮮水。新鮮水的含鹽量和經(jīng)過(guò)濃縮過(guò)程的循環(huán)水的含鹽是不同的，兩者的比值N稱(chēng)為濃縮倍數，5其中，冷卻水在循環(huán)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生四種水量損失為：
（1）蒸發(fā)水量E；
（2）風(fēng)吹損失量D；
（3）排污水量B；
（4）滲透損失F。
' o- i' s+ D8 v/ E 2 循環(huán)冷卻水中CO2的散失和O2的增加 天然水中均含有一定量的重碳酸鹽和游離CO2.水在冷卻塔內淋灑過(guò)程中會(huì )引起的CO2的散失，加重了CaCO3沉淀。與此同時(shí)，水中O2的增加，又助長(cháng)了水的腐蝕性。
9 C5 p! `2 _+ ~# n8 ~ 3 循環(huán)冷卻水的水質(zhì)污染 循環(huán)冷卻水中的污染源是多方面的，包括：①大氣中的多種雜質(zhì)（如塵埃、懸浮固體及溶解氣體CO2、H2S和NH3等）會(huì )通過(guò)冷卻塔敞開(kāi)部分不斷進(jìn)入冷卻塔中；②冷卻塔風(fēng)機漏油，塔體、填料、水池及其它結構材料的腐蝕剝落物會(huì )進(jìn)入冷卻水中；③在冷卻水處理過(guò)程中加入藥劑后所產(chǎn)生的沉淀物；④系統內微生物繁殖及所分泌物形成的粘性污垢，等等。
6 z0 f& X4 G0 T7 a&r x 以上各雜質(zhì)中，由微生物繁殖所形成的粘性污物稱(chēng)為粘垢；由無(wú)機鹽因其濃度超過(guò)飽和濃度而沉積出來(lái)的稱(chēng)為結垢；由懸浮物、腐蝕剝落物及其它各種雜質(zhì)所形成的稱(chēng)為污垢。粘垢、結垢和污垢統稱(chēng)為沉積物。; h/ o)F o4 O+ i
4 循環(huán)冷卻水的水溫變化 循環(huán)冷卻水在換熱設備中是升溫過(guò)程。當水溫升高，由于平衡CO2的需要量升高，會(huì )使水失去穩定性而具有產(chǎn)生結垢性質(zhì)。反之，循環(huán)水在冷卻構筑物中是降溫過(guò)程，水中平衡CO2的需要量降低此時(shí)水中CO2具有腐蝕性。
+ m0 j6 M0 G3 w- @* w$ I y[2 r$ S+ F總之，循環(huán)冷卻水的特點(diǎn)就是：具有腐蝕性；產(chǎn)生沉積物；微生物繁殖。這也就是循環(huán)冷卻水處理所要解決的三個(gè)問(wèn)題，即防腐、阻垢、殺菌滅藻。
) q7 Q# k9 N+ A% k- ?* P m0y a八、循環(huán)冷卻水處理- q+ i* N( I5]4 m. r
循環(huán)冷卻水雖然包括許多組成部分，但循環(huán)冷卻水處理的目的則主要是為了保護換熱器免遭損害。為了達到循環(huán)冷卻水所要求的水中指標，必須對腐蝕、沉積物和微生物三者的危害進(jìn)行控制。
$ Q. n% O) u6 D6 p& f' h#a1 腐蝕控制 H/ x- E4 t R7 n4^
（1）設備腐蝕的影響因素
S b0 j( S& t9 U;m①水質(zhì)的影響；②PH的影響；③溶解氣體（CO2、O2、H2S、NH3、CL2等）的影響；④水溫的影響；⑤水流速度的影響；⑥懸浮固體的影響；⑦微生物的影響。
6 D' b: A+ p! j& j （2）防止循環(huán)冷卻水腐蝕的方法主要是投加某些藥劑―緩蝕劑，使在金屬表面形成一層薄膜將金屬表面覆蓋起來(lái)，從而與腐蝕介質(zhì)隔絕，防止金屬腐蝕。緩蝕劑所形成的膜有氧化物膜、沉淀物膜和吸附膜三種類(lèi)型。* @/ j,T C4 ?% o# G& k
①氧化物膜緩蝕劑 這類(lèi)緩蝕劑能使金屬表面氧化，形成一層致密的耐腐蝕的鈍化膜而防止腐蝕。; u1 o* |3 J,T9 t* d7 C M;
②沉淀物膜緩蝕劑 這類(lèi)緩蝕劑能與水中某些離子和腐蝕下來(lái)的金屬離子相互結合而沉淀在金屬表面上，形成一層難溶的沉淀物或表面配合物，從而阻止了軍屬的繼續腐蝕。4 q' g3 a: c* y |/ U4
③吸附膜緩蝕劑 這類(lèi)緩蝕劑都是有機化合物，在其分子結構中具有吸附在金屬表面的親水基團河這邊金屬表面的疏水基團。親水基團定向的吸附在金屬表面，而疏水基團則阻礙水及溶解氧向金屬擴散，從而達到緩蝕作用。) e$ i8 w% I)o: L
（3）提高冷卻水的PH值 提高冷卻水的PH值或采用堿性水處理可使循環(huán)水系統中的金屬腐蝕得到控制。
+ U* w7 X$ P4 B. C6 }- B2 沉積物的控制（包括結垢控制和污垢控制）
- d/ F' P; g- H* _（1）結垢控制 控制結垢的方法有以下幾種
) ?& G1 w, C* |6 A' k①去除水中產(chǎn)生結垢的成分。此法包括水的軟化和除鹽等，只有在補充水質(zhì)很差或必須提高濃縮倍數的情況下才使用。
$ ^: ~ j! ^' D: T C/]3 n②采用酸化法將碳酸鹽硬度轉變成溶解度較高的非碳酸鹽硬度。
0 z( h1 h2 m7 n' t4 r③向水中投加阻垢劑4 Z+ m/S h% o7 |
目前使用的各種阻垢劑有聚磷酸鹽、有機磷酸鹽、聚炳烯酸鹽等。
9 o/ n [7 n4 @9 |) O! O( ]8 o阻垢劑的作用機理可以分為三種類(lèi)型。
! p$ ?$ E. S1 u' }1 k: E0 S一是陰離子型或非離子型的聚合物報膠體顆粒包圍起來(lái)，使他們穩定在分散狀態(tài)，這類(lèi)藥劑稱(chēng)為分散劑。二是把金屬離子變成一種螯和幾或配合劑，從而抑制了它們和陰離子結合產(chǎn)生沉淀物，這類(lèi)藥劑稱(chēng)為螯和劑或配合劑。三是利用高分子混凝劑的凝聚架橋作用，使膠體顆粒形成礬花，懸浮在水中。/n Y- ] p% b' W( j
（2）污垢的控制 # U( z1 ~% ~8 n9 K+ t% V
①降低補充水濁度 天然水中尤其是地面水中總夾雜有許多泥沙、腐殖質(zhì)以及各種懸浮物和膠體物，它們構成水的濁度。作為循環(huán)水系統的補充水，其濁度愈低，帶入系統中可形成的污垢就愈少。干凈的循環(huán)水不易形成污垢。: G/ sL/ d- j
②做好循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理 冷卻水在循環(huán)使用過(guò)程中，如不進(jìn)行水質(zhì)處理，必然會(huì )產(chǎn)生水垢或對設備，腐蝕產(chǎn)生腐蝕；同時(shí)必然會(huì )有大量菌藻滋生，從而形成污垢。因此，做好水質(zhì)處理，是減少系統產(chǎn)生污垢的好辦法。
! y l2 S& M. Y8 Z③投加分散劑 分散劑能將粘在一起的泥團雜質(zhì)等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著(zhù)水流流動(dòng)而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對傳熱的影響，同時(shí)部分懸浮物還可隨水流排出循環(huán)水系統。
^+ m! i: S- A$ F0 s+ x④增加旁濾設備 在系統中增設旁流，控制旁流量和進(jìn)、出旁流設備水的濁度，以減少污垢的生成。
6 3微生物控制 在循環(huán)冷卻水系統中，水的溫度和PH值得范圍恰好適宜多種微生物的生長(cháng)。同時(shí)微生物的數量和它們生長(cháng)所需的營(yíng)業(yè)員如有機物、碳酸鹽、磷酸鹽等，均因濃縮而增加，再加上冷卻塔、涼水池常年露置于室外，陽(yáng)光充分，因此為微生物的生長(cháng)提供了良好的條件。h U# F k2 C*l循環(huán)
九、循環(huán)冷卻水的預處理
! J) `5 `; F* M. G為防止換熱器受循環(huán)水損害，應在換熱器管壁上預先形成完整的保護膜的基礎上，再進(jìn)行運行過(guò)程中腐蝕，沉積物和微生物控制，預處理就是要形成保護膜，簡(jiǎn)稱(chēng)預膜。預膜形成后，在運行過(guò)程中，只是維持或修補已形成的保護膜。
/ j2 R* S2 h5 W1 I! }6 r' @) {為了有效地預膜，必須先對金屬表面進(jìn)行清潔處理。用化學(xué)清洗劑是一種處理方法。用化學(xué)清洗劑清洗后，要用清水沖洗，將化學(xué)清洗劑和雜質(zhì)全部沖洗干凈，即可進(jìn)行預膜。在現代循環(huán)冷卻水處理中，循環(huán)冷卻系統的預處理包括；
（1）化學(xué)清洗劑清洗；
（2）清洗干凈；
（3）預膜，然后才轉入正式運行。: g`
在循環(huán)冷卻系統第一次投產(chǎn)運行之前；在每次大修、小修之后；在系統發(fā)生特低PH之后；在新?lián)Q熱器或管束投入運行之前；在任何機械清洗或酸洗之后；以及在運行過(guò)程中某種以外原因有可能引起保護膜損壞等等情況，都必須進(jìn)行循環(huán)系統的預處理。
( O2 i) M9 B& x 循環(huán)冷卻系統中所使用的化學(xué)清洗劑有很多種，要結合所清洗的污垢成分來(lái)選用。大體來(lái)說(shuō)，以粘垢為主的污垢應選以殺菌劑為主的清垢劑；以污泥為主的污垢應選以混凝或殺菌劑為主的清垢劑；以結垢為主垢物應選以螯和劑、滲透劑、分散劑為主的清垢劑等；以腐蝕產(chǎn)物為主的垢物，也是采用滲透劑、分散劑這類(lèi)表面活性劑。
濰坊市恒合機電設備有限公司