焦雷

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

大多數(shù)化工設(shè)備中都需要用到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，以更好地保證設(shè)備的順暢運(yùn)行。在全球極端天氣加劇、氣候日趨惡化的情況下，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化措施在近年也受到了越來(lái)越多的重視。在此過(guò)程中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水也成為企業(yè)用水中占比較大的一環(huán)。本文中，筆者將對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行分析，并對(duì)優(yōu)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的策略進(jìn)行探究。

1 循環(huán)冷卻水中易存在的問(wèn)題

（1）漂浮物。一些企業(yè)采用海水作為冷卻水，海水里漂著很多雜物，取水口極有可能聚集著大量的樹(shù)枝、塑料瓶、塑料布、藻類(lèi)等。有的發(fā)電廠(chǎng)由于沒(méi)有安裝清潔裝置，柵欄容易被淤泥堵塞，不得已只能把柵欄取出來(lái)人工清潔，使得相關(guān)崗位工作量大，且工作環(huán)境臟亂[1]。另外一些發(fā)電廠(chǎng)進(jìn)水區(qū)域藻類(lèi)和漂浮物較多，僅靠閘門(mén)阻隔和排污無(wú)法滿(mǎn)足要求，需要在進(jìn)水河道前端設(shè)置浮柵和防污網(wǎng)。有的電站緊鄰山地，進(jìn)水區(qū)域聚集了大量樹(shù)枝，嚴(yán)重影響進(jìn)水頭，這種情況可設(shè)置斜狀的浮柵，將樹(shù)枝截?cái)嗉性诟诺囊欢耍@便于集中清理，且效果良好。

（2）淤塞問(wèn)題。淤塞也是水冷卻循環(huán)系統(tǒng)不可忽視的問(wèn)題。許多發(fā)電廠(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況表明，淤泥存在于取水口、二次過(guò)濾器、冷凝器管等部件中，且其附著性強(qiáng)，不易清理。例如某發(fā)電廠(chǎng)的取水閘門(mén)被淤泥堵塞，與取水通道的距離較長(zhǎng)有關(guān)。為了防止和減輕淤塞，必須在設(shè)計(jì)階段就考慮解決。對(duì)各發(fā)電站進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果表明，在取水路和旋轉(zhuǎn)過(guò)濾器底部設(shè)置一定高度的止泥框架是有效的[2]。

（3）資源浪費(fèi)。一些系統(tǒng)的循環(huán)水主要使用軟水和純水，不與空氣直接接觸，因此不需要排放污染水，也不需要補(bǔ)給水。然而，該系統(tǒng)對(duì)噴淋系統(tǒng)和風(fēng)量要求較高，因此需要較大的能耗。此外，由于受水的導(dǎo)熱性的影響，密閉式冷卻系統(tǒng)的處理效率較低，在循環(huán)式冷卻水處理需求強(qiáng)烈的情況下，一些企業(yè)建設(shè)多座密閉式冷卻塔作為補(bǔ)充，但這又需要較大的用地面積[3]。

2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化策略

2.1 提高適當(dāng)?shù)臐饪s倍數(shù)

根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)工程理論，化工企業(yè)的最后階段是水的回收處理，這是為了使廢水影響最小化。為了盡量減少循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的污染，在藥劑有效循環(huán)的過(guò)程中，企業(yè)通過(guò)強(qiáng)化自動(dòng)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)加藥的系統(tǒng)，可以在一定程度上提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)，減少水的補(bǔ)充。根據(jù)我國(guó)各企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，由于各企業(yè)用的水原水質(zhì)、加工工藝不同，企業(yè)需要采取的方式也不同[4]。提高工業(yè)循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)，不僅可以有效減少水源的補(bǔ)充，還可以有效節(jié)約大量水質(zhì)安定劑的消耗。但是，目前我國(guó)很多企業(yè)的循環(huán)冷卻水仍維持在2～3 個(gè)濃縮倍數(shù)，這就需要企業(yè)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充大量的水。如果中國(guó)化工企業(yè)將循環(huán)式冷卻水濃縮倍數(shù)提高到原來(lái)的5～10 倍，每年可至少節(jié)約水資源2380 萬(wàn)m3，減少?gòu)U水2380 萬(wàn)m3，減少?gòu)U氣排放714t。

2.2 加強(qiáng)污水回收利用，增加企業(yè)水源

當(dāng)前很多城市對(duì)水源污染都會(huì)進(jìn)行嚴(yán)厲的懲罰，這不僅顯示出人們開(kāi)始關(guān)心水質(zhì)狀況，而且對(duì)優(yōu)質(zhì)的飲用水資源有了更高的需求。在有關(guān)飲用水資源的投訴中，飲用水中氯氣等氣味的排放占全部投訴的90%以上。這也顯示一部分地區(qū)達(dá)不到城市居民對(duì)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)要求。工業(yè)生產(chǎn)中，一旦出現(xiàn)突出的水污染事件，相關(guān)企業(yè)不僅缺乏必要的污水處理能力，而且不能有效處理各類(lèi)二次水污染問(wèn)題。另一方面，現(xiàn)在一些城市設(shè)計(jì)中應(yīng)用了很多新工藝，有些新工藝的不成熟，在其使用過(guò)程中又帶來(lái)新的問(wèn)題，如微生物流失以及臭酸鹽等問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在，給管網(wǎng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。大部分企業(yè)將總用水量的70%左右用于企業(yè)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。但是，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水源補(bǔ)充往往比較單一，例如僅依賴(lài)地下水、湖水、海水淡化水和水庫(kù)水等。這種相對(duì)單一的補(bǔ)水模式對(duì)企業(yè)具有較強(qiáng)的依賴(lài)性，如果企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)出現(xiàn)水的問(wèn)題，將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，給企業(yè)造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失正在接受。因此，企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)冷卻水系統(tǒng)的水源供應(yīng)渠道，近年來(lái)，許多企業(yè)開(kāi)始重視水資源保護(hù)措施，通過(guò)采取節(jié)水減排的方法，提高水資源的保護(hù)和利用效率。大量的研究也證明，企業(yè)在生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中自行產(chǎn)生的廢水、污水在日常生活中通過(guò)預(yù)處理后，可以補(bǔ)充有效的作為冷卻系統(tǒng)的水，企業(yè)可以根據(jù)污水處理情況，適當(dāng)配合止溶劑、油分的使用效率可估算有效保證水質(zhì)穩(wěn)定[5]。同時(shí)也應(yīng)加強(qiáng)雨水收集和處理工作，以更好地實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能工程。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中，要進(jìn)一步完善雨水收集工作，可以更好地發(fā)揮雨水收集的作用和價(jià)值，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。為了能夠達(dá)到良好的節(jié)水效果，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)從理念和管理上改變。首先，要貫徹節(jié)能節(jié)水理念，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)，都要注意是否節(jié)水。管理部門(mén)也要監(jiān)督好設(shè)計(jì)方案、生產(chǎn)過(guò)程，確認(rèn)其符合節(jié)約用水、節(jié)約用水的理念。在具體的雨水和凈化收集過(guò)程中，必須明確徑流雨水水質(zhì)、水量和處理標(biāo)準(zhǔn)等。很多設(shè)計(jì)人員過(guò)去沒(méi)有想要再利用廢水的想法，能源的浪費(fèi)逐年加劇，因此，必須扭轉(zhuǎn)相關(guān)設(shè)計(jì)人員的思想，使其重視水資源的利用。另外大量的化工生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，如何讓廢水發(fā)揮作用，已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的重要課題。事實(shí)上化工生產(chǎn)排出的廢水經(jīng)過(guò)處理后可以變成可重復(fù)使用的水，這類(lèi)水可以用于綠化、灌溉農(nóng)田，也可以用于工廠(chǎng)、建設(shè)工地等。這相當(dāng)于能源的循環(huán)利用，達(dá)到了節(jié)約用水的效果。

2.3 加強(qiáng)先進(jìn)水處理設(shè)備技術(shù)的應(yīng)用

為了提高水處理藥劑的投入效果，實(shí)現(xiàn)循環(huán)水處理的高效穩(wěn)定，大部分企業(yè)都使用循環(huán)水系統(tǒng)自動(dòng)加藥設(shè)備。但是，目前我國(guó)大部分企業(yè)使用的自動(dòng)加藥設(shè)備，其功能僅僅是對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行加藥，并沒(méi)有對(duì)整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此企業(yè)可考慮設(shè)計(jì)符合實(shí)際的估算系統(tǒng)加藥監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)水原投入藥劑補(bǔ)充和監(jiān)控污水排放，通過(guò)有效監(jiān)控水中循環(huán)指標(biāo)數(shù)值，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

2.4 循環(huán)冷卻水的蒸發(fā)飛濺

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水塔在實(shí)際工作過(guò)程中，主要依靠水的循環(huán)和冷氣的熱交換過(guò)程中產(chǎn)生的蒸發(fā)熱向空氣中傳遞，但這個(gè)熱量蒸發(fā)過(guò)程中蒸發(fā)的水量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算。在目前我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀下，對(duì)于冷水塔的蒸發(fā)飛散，也可采取相應(yīng)的節(jié)水措施。首先，可采用防結(jié)冰降霧型節(jié)水冷塔，該方法可通過(guò)塔上或塔底有效預(yù)算冷卻器空氣對(duì)循環(huán)冷卻水的預(yù)算，這樣做的目的是降低換熱負(fù)荷，估算換熱過(guò)程也可以減少形成過(guò)多的水量蒸發(fā)，但該技術(shù)在我國(guó)南方地區(qū)并不適合，在經(jīng)濟(jì)效益方面沒(méi)有突出優(yōu)勢(shì)。另一種方法是可以采用冷水塔的蒸發(fā)水蒸氣來(lái)回收，這種技術(shù)主要是通過(guò)安裝蒸汽回收裝置來(lái)回收水塔頂端的蒸汽。但是，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中或多或少會(huì)影響水塔的冷卻效果。

2.5 循環(huán)水熱交換網(wǎng)絡(luò)集成器的節(jié)水優(yōu)化

在工化企業(yè)環(huán)節(jié)，重復(fù)用水利用率高的企業(yè)，冷水的循環(huán)使用量也大，但在實(shí)際工作中，循環(huán)冷卻水成本低，節(jié)水效果也小。因此循環(huán)冷卻水熱交換網(wǎng)絡(luò)綜合優(yōu)化系統(tǒng)在實(shí)際操作中需要提高效率。未來(lái)煤化企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)循環(huán)水管理，提高水的運(yùn)行效率，引進(jìn)管理設(shè)備和節(jié)水先進(jìn)技術(shù)，做好相關(guān)研究和優(yōu)化工作，確保技術(shù)的可實(shí)施性，企業(yè)也要根據(jù)自身特點(diǎn)，提高生產(chǎn)技術(shù)，降低能源消耗。

2.6 水冷機(jī)冷卻水的節(jié)約能源方法

根據(jù)水冷機(jī)的工作原理，冷卻系統(tǒng)將化工設(shè)備產(chǎn)生的熱空氣傳輸?shù)绞彝鈺r(shí)，會(huì)受到設(shè)備工作溫度變化的影響。所以在實(shí)際操作中，降低水冷機(jī)的能耗可以有多種方式，比如對(duì)冷水系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者對(duì)制冷劑系統(tǒng)進(jìn)行工作狀況調(diào)節(jié)等。例如：調(diào)節(jié)制冷劑系統(tǒng)的工作狀況時(shí)，當(dāng)冷水溫度發(fā)生變化時(shí)，可以對(duì)制冷劑壓縮機(jī)的進(jìn)氣量進(jìn)行調(diào)整，這樣壓縮機(jī)的輸入功率也可以發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)功率調(diào)節(jié)的控制過(guò)程可以。常用的調(diào)節(jié)方法有兩種。一個(gè)是4 級(jí)能量調(diào)節(jié)，另一個(gè)是5 級(jí)能量調(diào)節(jié)，同時(shí)在壓縮機(jī)上也可以設(shè)置程序控制器，人們?cè)谑褂脡嚎s機(jī)的時(shí)候可以從進(jìn)水溫度變化的情況到室內(nèi)環(huán)正確掌握環(huán)境溫度變化情況，然后正確調(diào)節(jié)能量大小，也會(huì)影響到壓縮機(jī)的吸氣量，最終反映壓縮機(jī)輸入功率的變化。冷卻水的循環(huán)系統(tǒng)在工作過(guò)程中會(huì)受到各種因素的影響，在調(diào)節(jié)冷卻水的流量時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)水路閥門(mén)的打開(kāi)程度、水泵系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率（例如水泵的轉(zhuǎn)速）來(lái)調(diào)節(jié)水流量[2]。

（1）調(diào)整冷卻水流量：水路閥門(mén)

根據(jù)水泵工作過(guò)程的電阻變化情況，當(dāng)水泵轉(zhuǎn)速相同時(shí)，管道的電阻系統(tǒng)不增加，但通常情況下，水泵運(yùn)行中當(dāng)阻力升高時(shí)，水流量會(huì)迅速下降，揚(yáng)程也會(huì)不斷提高，但揚(yáng)程提高的速度要高于水流量降低的速度。這樣，當(dāng)流量降低時(shí)，水流量和揚(yáng)程的乘積降低，輸入功率降低。因此，為了減少流量，可以通過(guò)提高電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)減少電力消耗量來(lái)降低能源消耗量。在調(diào)節(jié)電阻的具體操作過(guò)程中，可將流量調(diào)節(jié)雙通閥安裝在冷卻水回路中。根據(jù)水泵揚(yáng)程的變化特點(diǎn)，當(dāng)水系統(tǒng)的阻力保持不變時(shí)，水泵的轉(zhuǎn)速降低，流量和揚(yáng)程降低，輸入功率也隨之降低。根據(jù)這一原理，要降低水泵的輸出功率，減少水泵的能源消耗，可以通過(guò)降低水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)減少水流量和揚(yáng)程，最終達(dá)到節(jié)約能源的目的。在具體的操作實(shí)踐過(guò)程中，要更科學(xué)地減少水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)，在水泵電機(jī)上設(shè)置變頻控制器，根據(jù)水泵運(yùn)行實(shí)際情況調(diào)整水泵的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，確保工作性能，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

（2）調(diào)整冷卻水流量：水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)

壓縮機(jī)的揮發(fā)效率會(huì)影響冷卻水的流量，該組控件為水冷螺旋桿單元，在操作過(guò)程中必須嚴(yán)格按照要求和規(guī)定，才能使壓縮機(jī)正常工作，并使其正常工作把氣溫和凝固氣溫限制在一定的界限之內(nèi)。如果揮發(fā)的氣溫過(guò)低，吸入氣體壓力過(guò)低（小于0.5kg/cm2），稀薄的制冷劑會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)中的冷凍油在冷凍機(jī)中溶解，導(dǎo)致壓縮機(jī)軸承缺油，終導(dǎo)致壓縮機(jī)的油電機(jī)的轉(zhuǎn)子不能像平常那樣工作了。綜上所述，凝固的氣溫過(guò)高會(huì)改變壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，使壓縮機(jī)不能正常工作，進(jìn)而影響輸入電流的穩(wěn)定性。因此，應(yīng)嚴(yán)格按照操作要求，注意冷卻水的具體相關(guān)參數(shù)。并將冷卻溫度和揮發(fā)溫度限制在一個(gè)有效的極限內(nèi)。

2.7 重視管網(wǎng)建設(shè)

冷卻水管道應(yīng)根據(jù)地區(qū)的地理環(huán)境選擇適當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)。管道的材質(zhì)是破裂的一個(gè)重要原因。設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師需要綜合考慮，在管道材料的選擇上，設(shè)計(jì)師也需要綜合考察。在管道的分類(lèi)上有很多不同，比較常見(jiàn)的有鍍鋅管道、玻璃管道、塑料管道、塑料管道和復(fù)合管道等不同類(lèi)別的管道。但是，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)者需要以經(jīng)濟(jì)合理性的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇鋼材。例如，在生產(chǎn)環(huán)境中機(jī)械強(qiáng)度高的情況下，設(shè)計(jì)者需要選擇耐腐蝕、耐便利的管材。以下，對(duì)各管材的評(píng)價(jià)，是筆者在實(shí)際工作上的個(gè)人見(jiàn)解。給水管網(wǎng)中常用鋼管，鋼管具有較強(qiáng)的抗壓耐震性能，且質(zhì)地較低，鋼管輕薄，長(zhǎng)度適中，具有這些優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它不易連接，這一問(wèn)題使得不銹鋼管必須接口少，這類(lèi)特點(diǎn)使其可以作為環(huán)保管道，主要應(yīng)用于管徑需要大的項(xiàng)目中，并且水壓高的項(xiàng)目中運(yùn)用也可以提高經(jīng)濟(jì)效益。在常見(jiàn)的管材中，也有玻璃鋼管，但是它的運(yùn)用率不高，主要被用于引水管。玻璃鋼管具有耐腐蝕、重量輕、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，但由于其脆弱，利用率不高。另外一種常見(jiàn)的管材是塑料管，這種管材有很多優(yōu)點(diǎn)，比如質(zhì)量低、操作好、光滑等，缺點(diǎn)也很明顯，不能長(zhǎng)時(shí)間使用，其材料容易腐蝕或腐蝕很容易出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，造成損失。在許多地區(qū)，由于不注意地理環(huán)境的差異，或者當(dāng)供水管道的跨度大，連接不同的區(qū)域，如果選擇相同材質(zhì)的供水管道，就有可能破裂。管道破裂的概率因材質(zhì)不同而不同。以前我國(guó)一般選擇灰口鑄鐵材質(zhì)的管道，這種管道費(fèi)用較便宜，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，強(qiáng)度小，脆性大，不能滿(mǎn)足現(xiàn)在的要求，在受力不均勻的情況下容易破裂。供水管道的破裂會(huì)嚴(yán)重影響人們的正常生活，且維護(hù)成本高，因此供水管道的選擇要考慮多種因素。通過(guò)改善水管的連接工程，可以降低水管的破裂率。傳統(tǒng)的水管接口中，接口的密封性和強(qiáng)度等都可能存在較大的問(wèn)題，但這些都是容易被注意到的問(wèn)題，而水管的整體性卻被忽視了。今后的接口可以結(jié)合剛度和柔軟性來(lái)確保整個(gè)水管的穩(wěn)定性。例如，采用在水管接口上結(jié)合水泥的方式，可以提高整個(gè)水管的耐壓性和耐彎性。

3 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化可以從設(shè)備、水源等方面進(jìn)行。相關(guān)從業(yè)人員應(yīng)積極了解相關(guān)信息，以更好的優(yōu)化循環(huán)冷卻水處理技術(shù)，降低能耗，節(jié)省資源、降低污染。