焦雷

（中煤能源新疆煤電化有限公司，新疆 昌吉 831799）

0 引言

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

1 循環(huán)冷卻水中易存在的問題

（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枝、塑料瓶、塑料布、藻類等。有的發(fā)電廠由于沒有安裝清潔裝置，柵欄容易被淤泥堵塞，不得已只能把柵欄取出來人工清潔，使得相關崗位工作量大，且工作環(huán)境臟亂[1]。另外一些發(fā)電廠進水區(qū)域藻類和漂浮物較多，僅靠閘門阻隔和排污無法滿足要求，需要在進水河道前端設置浮柵和防污網。有的電站緊鄰山地，進水區(qū)域聚集了大量樹枝，嚴重影響進水頭，這種情況可設置斜狀的浮柵，將樹枝截斷集中在浮柵的一端，這便于集中清理，且效果良好。

（2）淤塞問題。淤塞也是水冷卻循環(huán)系統不可忽視的問題。許多發(fā)電廠的實際運行狀況表明，淤泥存在于取水口、二次過濾器、冷凝器管等部件中，且其附著性強，不易清理。例如某發(fā)電廠的取水閘門被淤泥堵塞，與取水通道的距離較長有關。為了防止和減輕淤塞，必須在設計階段就考慮解決。對各發(fā)電站進行調查的結果表明，在取水路和旋轉過濾器底部設置一定高度的止泥框架是有效的[2]。

（3）資源浪費。一些系統的循環(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，也不需要補給水。然而，該系統對噴淋系統和風量要求較高，因此需要較大的能耗。此外，由于受水的導熱性的影響，密閉式冷卻系統的處理效率較低，在循環(huán)式冷卻水處理需求強烈的情況下，一些企業(yè)建設多座密閉式冷卻塔作為補充，但這又需要較大的用地面積[3]。

2 循環(huán)冷卻水系統的優(yōu)化策略

2.1 提高適當的濃縮倍數

根據相關系統工程理論，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)冷卻水系統的污染，在藥劑有效循環(huán)的過程中，企業(yè)通過強化自動監(jiān)測和自動加藥的系統，可以在一定程度上提高循環(huán)水的濃縮倍數，減少水的補充。根據我國各企業(yè)的發(fā)展現狀，由于各企業(yè)用的水原水質、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，不僅可以有效減少水源的補充，還可以有效節(jié)約大量水質安定劑的消耗。但是，目前我國很多企業(yè)的循環(huán)冷卻水仍維持在2～3 個濃縮倍數，這就需要企業(yè)的循環(huán)冷卻水系統補充大量的水。如果中國化工企業(yè)將循環(huán)式冷卻水濃縮倍數提高到原來的5～10 倍，每年可至少節(jié)約水資源2380 萬m3，減少廢水2380 萬m3，減少廢氣排放714t。

2.2 加強污水回收利用，增加企業(yè)水源

當前很多城市對水源污染都會進行嚴厲的懲罰，這不僅顯示出人們開始關心水質狀況，而且對優(yōu)質的飲用水資源有了更高的需求。在有關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)達不到城市居民對飲用水的標準要求。工業(yè)生產中，一旦出現突出的水污染事件，相關企業(yè)不僅缺乏必要的污水處理能力，而且不能有效處理各類二次水污染問題。另一方面，現在一些城市設計中應用了很多新工藝，有些新工藝的不成熟，在其使用過程中又帶來新的問題，如微生物流失以及臭酸鹽等問題，這些問題的存在，給管網設計設計帶來了更大的挑戰(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。但是，循環(huán)冷卻水系統的水源補充往往比較單一，例如僅依賴地下水、湖水、海水淡化水和水庫水等。這種相對單一的補水模式對企業(yè)具有較強的依賴性，如果企業(yè)循環(huán)冷卻水系統出現水的問題，將會嚴重影響系統的正常運轉，給企業(yè)造成較嚴重的經濟損失正在接受。因此，企業(yè)應加強冷卻水系統的水源供應渠道，近年來，許多企業(yè)開始重視水資源保護措施，通過采取節(jié)水減排的方法，提高水資源的保護和利用效率。大量的研究也證明，企業(yè)在生產活動過程中自行產生的廢水、污水在日常生活中通過預處理后，可以補充有效的作為冷卻系統的水，企業(yè)可以根據污水處理情況，適當配合止溶劑、油分的使用效率可估算有效保證水質穩(wěn)定[5]。同時也應加強雨水收集和處理工作，以更好地實現綠色節(jié)能工程。因此，在生產過程中，要進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值，實現節(jié)約能源的目標。為了能夠達到良好的節(jié)水效果，設計人員首先應從理念和管理上改變。首先，要貫徹節(jié)能節(jié)水理念，從設計到生產，都要注意是否節(jié)水。管理部門也要監(jiān)督好設計方案、生產過程，確認其符合節(jié)約用水、節(jié)約用水的理念。在具體的雨水和凈化收集過程中，必須明確徑流雨水水質、水量和處理標準等。很多設計人員過去沒有想要再利用廢水的想法，能源的浪費逐年加劇，因此，必須扭轉相關設計人員的思想，使其重視水資源的利用。另外大量的化工生產會產生大量的廢水，如何讓廢水發(fā)揮作用，已經成為當今社會的重要課題。事實上化工生產排出的廢水經過處理后可以變成可重復使用的水，這類水可以用于綠化、灌溉農田，也可以用于工廠、建設工地等。這相當于能源的循環(huán)利用，達到了節(jié)約用水的效果。

2.3 加強先進水處理設備技術的應用

為了提高水處理藥劑的投入效果，實現循環(huán)水處理的高效穩(wěn)定，大部分企業(yè)都使用循環(huán)水系統自動加藥設備。但是，目前我國大部分企業(yè)使用的自動加藥設備，其功能僅僅是對循環(huán)水系統進行加藥，并沒有對整個循環(huán)水系統進行實時監(jiān)控。因此企業(yè)可考慮設計符合實際的估算系統加藥監(jiān)控系統，對整個水原投入藥劑補充和監(jiān)控污水排放，通過有效監(jiān)控水中循環(huán)指標數值，遠程實時控制循環(huán)冷卻水系統。

2.4 循環(huán)冷卻水的蒸發(fā)飛濺

循環(huán)冷卻水系統的水塔在實際工作過程中，主要依靠水的循環(huán)和冷氣的熱交換過程中產生的蒸發(fā)熱向空氣中傳遞，但這個熱量蒸發(fā)過程中蒸發(fā)的水量無法準確計算。在目前我國的發(fā)展現狀下，對于冷水塔的蒸發(fā)飛散，也可采取相應的節(jié)水措施。首先，可采用防結冰降霧型節(jié)水冷塔，該方法可通過塔上或塔底有效預算冷卻器空氣對循環(huán)冷卻水的預算，這樣做的目的是降低換熱負荷，估算換熱過程也可以減少形成過多的水量蒸發(fā)，但該技術在我國南方地區(qū)并不適合，在經濟效益方面沒有突出優(yōu)勢。另一種方法是可以采用冷水塔的蒸發(fā)水蒸氣來回收，這種技術主要是通過安裝蒸汽回收裝置來回收水塔頂端的蒸汽。但是，這種方法在實際應用中或多或少會影響水塔的冷卻效果。

2.5 循環(huán)水熱交換網絡集成器的節(jié)水優(yōu)化

在工化企業(yè)環(huán)節(jié)，重復用水利用率高的企業(yè)，冷水的循環(huán)使用量也大，但在實際工作中，循環(huán)冷卻水成本低，節(jié)水效果也小。因此循環(huán)冷卻水熱交換網絡綜合優(yōu)化系統在實際操作中需要提高效率。未來煤化企業(yè)應加強循環(huán)水管理，提高水的運行效率，引進管理設備和節(jié)水先進技術，做好相關研究和優(yōu)化工作，確保技術的可實施性，企業(yè)也要根據自身特點，提高生產技術，降低能源消耗。

2.6 水冷機冷卻水的節(jié)約能源方法

根據水冷機的工作原理，冷卻系統將化工設備產生的熱空氣傳輸到室外時，會受到設備工作溫度變化的影響。所以在實際操作中，降低水冷機的能耗可以有多種方式，比如對冷水系統進行調節(jié)，或者對制冷劑系統進行工作狀況調節(jié)等。例如：調節(jié)制冷劑系統的工作狀況時，當冷水溫度發(fā)生變化時，可以對制冷劑壓縮機的進氣量進行調整，這樣壓縮機的輸入功率也可以發(fā)生變化，實現壓縮機功率調節(jié)的控制過程可以。常用的調節(jié)方法有兩種。一個是4 級能量調節(jié)，另一個是5 級能量調節(jié)，同時在壓縮機上也可以設置程序控制器，人們在使用壓縮機的時候可以從進水溫度變化的情況到室內環(huán)正確掌握環(huán)境溫度變化情況，然后正確調節(jié)能量大小，也會影響到壓縮機的吸氣量，最終反映壓縮機輸入功率的變化。冷卻水的循環(huán)系統在工作過程中會受到各種因素的影響，在調節(jié)冷卻水的流量時，可以通過調節(jié)水路閥門的打開程度、水泵系統的運轉效率（例如水泵的轉速）來調節(jié)水流量[2]。

（1）調整冷卻水流量：水路閥門

根據水泵工作過程的電阻變化情況，當水泵轉速相同時，管道的電阻系統不增加，但通常情況下，水泵運行中當阻力升高時，水流量會迅速下降，揚程也會不斷提高，但揚程提高的速度要高于水流量降低的速度。這樣，當流量降低時，水流量和揚程的乘積降低，輸入功率降低。因此，為了減少流量，可以通過提高電阻值來實現，通過減少電力消耗量來降低能源消耗量。在調節(jié)電阻的具體操作過程中，可將流量調節(jié)雙通閥安裝在冷卻水回路中。根據水泵揚程的變化特點，當水系統的阻力保持不變時，水泵的轉速降低，流量和揚程降低，輸入功率也隨之降低。根據這一原理，要降低水泵的輸出功率，減少水泵的能源消耗，可以通過降低水泵的轉速來減少水流量和揚程，最終達到節(jié)約能源的目的。在具體的操作實踐過程中，要更科學地減少水泵的轉動，在水泵電機上設置變頻控制器，根據水泵運行實際情況調整水泵的轉動動作，確保工作性能，實現節(jié)能目的。

（2）調整冷卻水流量：水泵的運轉

壓縮機的揮發(fā)效率會影響冷卻水的流量，該組控件為水冷螺旋桿單元，在操作過程中必須嚴格按照要求和規(guī)定，才能使壓縮機正常工作，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。如果揮發(fā)的氣溫過低，吸入氣體壓力過低（小于0.5kg/cm2），稀薄的制冷劑會導致壓縮機中的冷凍油在冷凍機中溶解，導致壓縮機軸承缺油，終導致壓縮機的油電機的轉子不能像平常那樣工作了。綜上所述，凝固的氣溫過高會改變壓縮機的工作狀態(tài)，使壓縮機不能正常工作，進而影響輸入電流的穩(wěn)定性。因此，應嚴格按照操作要求，注意冷卻水的具體相關參數。并將冷卻溫度和揮發(fā)溫度限制在一個有效的極限內。

2.7 重視管網建設

冷卻水管道應根據地區(qū)的地理環(huán)境選擇適當的材質。管道的材質是破裂的一個重要原因。設計階段，設計師需要綜合考慮，在管道材料的選擇上，設計師也需要綜合考察。在管道的分類上有很多不同，比較常見的有鍍鋅管道、玻璃管道、塑料管道、塑料管道和復合管道等不同類別的管道。但是，在實際的設計過程中，首先需要考慮經濟問題，設計者需要以經濟合理性的標準來選擇鋼材。例如，在生產環(huán)境中機械強度高的情況下，設計者需要選擇耐腐蝕、耐便利的管材。以下，對各管材的評價，是筆者在實際工作上的個人見解。給水管網中常用鋼管，鋼管具有較強的抗壓耐震性能，且質地較低，鋼管輕薄，長度適中，具有這些優(yōu)點，但同時它不易連接，這一問題使得不銹鋼管必須接口少，這類特點使其可以作為環(huán)保管道，主要應用于管徑需要大的項目中，并且水壓高的項目中運用也可以提高經濟效益。在常見的管材中，也有玻璃鋼管，但是它的運用率不高，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，但由于其脆弱，利用率不高。另外一種常見的管材是塑料管，這種管材有很多優(yōu)點，比如質量低、操作好、光滑等，缺點也很明顯，不能長時間使用，其材料容易腐蝕或腐蝕很容易出現各種各樣的問題，造成損失。在許多地區(qū)，由于不注意地理環(huán)境的差異，或者當供水管道的跨度大，連接不同的區(qū)域，如果選擇相同材質的供水管道，就有可能破裂。管道破裂的概率因材質不同而不同。以前我國一般選擇灰口鑄鐵材質的管道，這種管道費用較便宜，但其內部結構松散，強度小，脆性大，不能滿足現在的要求，在受力不均勻的情況下容易破裂。供水管道的破裂會嚴重影響人們的正常生活，且維護成本高，因此供水管道的選擇要考慮多種因素。通過改善水管的連接工程，可以降低水管的破裂率。傳統的水管接口中，接口的密封性和強度等都可能存在較大的問題，但這些都是容易被注意到的問題，而水管的整體性卻被忽視了。今后的接口可以結合剛度和柔軟性來確保整個水管的穩(wěn)定性。例如，采用在水管接口上結合水泥的方式，可以提高整個水管的耐壓性和耐彎性。

3 結語

總的來說，循環(huán)冷卻水系統的優(yōu)化可以從設備、水源等方面進行。相關從業(yè)人員應積極了解相關信息，以更好的優(yōu)化循環(huán)冷卻水處理技術，降低能耗，節(jié)省資源、降低污染。