冷凍水系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)介

一、冷凍水系統(tǒng)工作原理

制冷機(jī)通過壓縮機(jī)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(jī)風(fēng)口的冷卻盤管中，由風(fēng)機(jī)吹送冷風(fēng)達(dá)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(duì)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(tǒng)

由冷凍泵及冷凍水管道組成。從冷凍主機(jī)流出的冷凍水由冷凍泵加壓送入冷凍水管道，通過各房間的盤管，帶走房間內(nèi)的熱量，使房間內(nèi)的溫度下降。同時(shí)，房間內(nèi)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(jī)后又成為冷凍水，如此循環(huán)不已。從冷凍主機(jī)流出，進(jìn)入房間的冷凍水簡(jiǎn)稱為“出水”，流經(jīng)所有房間后回到冷凍主機(jī)的冷凍水簡(jiǎn)稱為“回水”。無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(tǒng)

由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機(jī)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(jī)組。如此不斷循環(huán)，帶走了冷凍主機(jī)釋放的熱量。流進(jìn)冷凍主機(jī)的冷卻水簡(jiǎn)稱為“進(jìn)水”，從冷凍主機(jī)流回冷卻塔的冷卻水簡(jiǎn)稱為“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(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又分為封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

冷卻水在完全封閉的、由換熱器和管路構(gòu)成的系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)時(shí)稱密閉式循環(huán)系統(tǒng)。在密閉式循環(huán)系統(tǒng)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)過程中除滲漏外并無其它水量損失，也無排污所引起的環(huán)境問題，系統(tǒng)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(yán)重的腐蝕劑腐蝕產(chǎn)物問題。密閉式循環(huán)系統(tǒng)一般只用于小水量或缺水地區(qū)。

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(nèi)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(tǒng)稱為敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。這種敞開式循環(huán)冷卻水，由于在循環(huán)過程中要蒸發(fā)掉一部分水，還要排出一定的濃縮水，故要補(bǔ)充一定的新鮮水（通常稱為補(bǔ)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。

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛的系統(tǒng)，也是水質(zhì)處理技術(shù)最復(fù)雜的系統(tǒng)。

五、水的冷卻原理

循環(huán)水的冷卻是通過水與空氣接觸，由蒸發(fā)散熱、接觸散熱和輻射散熱三個(gè)過程共同作用的結(jié)果。

_/ ?/ B. W0 e( o. Q 1蒸發(fā)散熱 水在冷卻設(shè)備中形成大小水滴或極薄水膜，擴(kuò)大與其空氣的接觸面積和俄延長(zhǎng)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(duì)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傳播熱能的現(xiàn)象。輻射散熱只是在大面積的冷卻池才起作用。在其他類型的冷卻設(shè)備中，輻射散熱可以忽略不計(jì)。

六、冷卻構(gòu)筑物( y G. }7 L- F' x0 v& o' K; v

1冷卻塔* J% J*j m* Z U

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中主要設(shè)備之一是冷卻塔。冷卻塔用來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(shè)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(cuò)流動(dòng)，在氣水接觸過程中，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(jù)空氣進(jìn)入塔內(nèi)的情況分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)兩大類。自然通風(fēng)型最常見的是風(fēng)通式冷卻塔。機(jī)械通風(fēng)型分為抽風(fēng)式和鼓風(fēng)式兩種；而根據(jù)空氣流動(dòng)方向機(jī)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(gòu)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(nèi)的濕熱空氣送往高空，

9 : {' I; ]* c W) q5 e* a'H②配水系統(tǒng) 配水系統(tǒng)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(nèi)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(fù)荷集中，冷效則降低；而在水量過少的部位，大量空氣未充分利用而逸出塔外，降低了冷卻塔的運(yùn)行指標(biāo)。對(duì)配水系統(tǒng)的基本要求是：在一定的水量變化范圍內(nèi)（80％～110％），保證配水均勻且形成微細(xì)水滴，系統(tǒng)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(tǒng)濺落的水滴，經(jīng)多次濺落成微細(xì)小水滴或水膜，增大水和空氣的接觸面積，延長(zhǎng)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種類型。無論哪種形式，都應(yīng)滿足下列基本要求：

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(zhǎng)；

2）親水性強(qiáng)，容易被水濕潤(rùn)和附著；

3）通風(fēng)阻力小以節(jié)省動(dòng)力；

4）材料易得而又加工方便的結(jié)構(gòu)形式；

5）價(jià)廉、施工、維修方便；質(zhì)輕、耐久。$ y8 |* d+

④通風(fēng)設(shè)備 在機(jī)械通風(fēng)冷卻塔中利用通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生預(yù)計(jì)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(jī)，根據(jù)風(fēng)機(jī)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(duì)周圍環(huán)境的影響。( `. D. |8 Y$S2 J: ]

⑥集水池 設(shè)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(tǒng)中回流熱水的設(shè)施，均衡水質(zhì)。9 v, Z% v2 Z0 R+ o/ @5 v0?

3 旁濾池 在旁濾池中通過過濾處理，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(tǒng)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)冷卻水通過冷卻塔時(shí)水分不斷蒸發(fā)，因?yàn)檎舭l(fā)掉的水中不含鹽分，所以隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，循環(huán)水中的溶解鹽類不斷被濃縮，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)過程中水量的平衡，為此就要不斷的補(bǔ)充新鮮水。新鮮水的含鹽量和經(jīng)過濃縮過程的循環(huán)水的含鹽是不同的，兩者的比值N稱為濃縮倍數(shù)，5其中，冷卻水在循環(huán)過程中會(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(nèi)淋灑過程中會(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(zhǎng)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)通過冷卻塔敞開部分不斷進(jìn)入冷卻塔中；②冷卻塔風(fēng)機(jī)漏油，塔體、填料、水池及其它結(jié)構(gòu)材料的腐蝕剝落物會(huì)進(jìn)入冷卻水中；③在冷卻水處理過程中加入藥劑后所產(chǎn)生的沉淀物；④系統(tǒng)內(nèi)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為粘垢；由無機(jī)鹽因其濃度超過飽和濃度而沉積出來的稱為結(jié)垢；由懸浮物、腐蝕剝落物及其它各種雜質(zhì)所形成的稱為污垢。粘垢、結(jié)垢和污垢統(tǒng)稱為沉積物。; 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(shè)備中是升溫過程。當(dāng)水溫升高，由于平衡CO2的需要量升高，會(huì)使水失去穩(wěn)定性而具有產(chǎn)生結(jié)垢性質(zhì)。反之，循環(huán)水在冷卻構(gòu)筑物中是降溫過程，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(hù)換熱器免遭損害。為了達(dá)到循環(huán)冷卻水所要求的水中指標(biāo)，必須對(duì)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(shè)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，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型。* @/ j,T C4 ?% o# G& k

①氧化物膜緩蝕劑 這類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 這類緩蝕劑能與水中某些離子和腐蝕下來的金屬離子相互結(jié)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(xù)腐蝕。4 q' g3 a: c* y |/ U4

③吸附膜緩蝕劑 這類緩蝕劑都是有機(jī)化合物，在其分子結(jié)構(gòu)中具有吸附在金屬表面的親水基團(tuán)河這邊金屬表面的疏水基團(tuán)。親水基團(tuán)定向的吸附在金屬表面，而疏水基團(tuán)則阻礙水及溶解氧向金屬擴(kuò)散，從而達(dá)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(tǒng)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(jié)垢控制和污垢控制）

- d/ F' P; g- H* _（1）結(jié)垢控制 控制結(jié)垢的方法有以下幾種

) ?& G1 w, C* |6 A' k①去除水中產(chǎn)生結(jié)垢的成分。此法包括水的軟化和除鹽等，只有在補(bǔ)充水質(zhì)很差或必須提高濃縮倍數(shù)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(zhuǎn)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(jī)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(jī)理可以分為三種類型。

! p$ ?$ E. S1 u' }1 k: E0 S一是陰離子型或非離子型的聚合物報(bào)膠體顆粒包圍起來，使他們穩(wěn)定在分散狀態(tài)，這類藥劑稱為分散劑。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(jié)合產(chǎn)生沉淀物，這類藥劑稱為螯和劑或配合劑。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(bǔ)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(gòu)成水的濁度。作為循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水，其濁度愈低，帶入系統(tǒng)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)使用過程中，如不進(jìn)行水質(zhì)處理，必然會(huì)產(chǎn)生水垢或?qū)υO(shè)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(tǒng)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(tuán)雜質(zhì)等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動(dòng)而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對(duì)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(tǒng)。

^+ m! i: S- A$ F0 s+ x④增加旁濾設(shè)備 在系統(tǒng)中增設(shè)旁流，控制旁流量和進(jìn)、出旁流設(shè)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(tǒng)中，水的溫度和PH值得范圍恰好適宜多種微生物的生長(zhǎng)。同時(shí)微生物的數(shù)量和它們生長(zhǎng)所需的營(yíng)業(yè)員如有機(jī)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(zhǎng)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(yù)處理

! J) `5 `; F* M. G為防止換熱器受循環(huán)水損害，應(yīng)在換熱器管壁上預(yù)先形成完整的保護(hù)膜的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行運(yùn)行過程中腐蝕，沉積物和微生物控制，預(yù)處理就是要形成保護(hù)膜，簡(jiǎn)稱預(yù)膜。預(yù)膜形成后，在運(yùn)行過程中，只是維持或修補(bǔ)已形成的保護(hù)膜。

/ j2 R* S2 h5 W1 I! }6 r' @) {為了有效地預(yù)膜，必須先對(duì)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(yù)膜。在現(xiàn)代循環(huán)冷卻水處理中，循環(huán)冷卻系統(tǒng)的預(yù)處理包括；

（1）化學(xué)清洗劑清洗；

（2）清洗干凈；

（3）預(yù)膜，然后才轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行。: g`

在循環(huán)冷卻系統(tǒng)第一次投產(chǎn)運(yùn)行之前；在每次大修、小修之后；在系統(tǒng)發(fā)生特低PH之后；在新?lián)Q熱器或管束投入運(yùn)行之前；在任何機(jī)械清洗或酸洗之后；以及在運(yùn)行過程中某種以外原因有可能引起保護(hù)膜損壞等等情況，都必須進(jìn)行循環(huán)系統(tǒng)的預(yù)處理。

( O2 i) M9 B& x 循環(huán)冷卻系統(tǒng)中所使用的化學(xué)清洗劑有很多種，要結(jié)合所清洗的污垢成分來選用。大體來說，以粘垢為主的污垢應(yīng)選以殺菌劑為主的清垢劑；以污泥為主的污垢應(yīng)選以混凝或殺菌劑為主的清垢劑；以結(jié)垢為主垢物應(yīng)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、分散劑這類表面活性劑。

                                                                          濰坊市恒合機(jī)電設(shè)備有限公司