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冷凍水系統工作原理簡介
一、冷凍水系統工作原理
制冷機通過壓縮機將制冷劑壓縮成液態后送蒸發器中與冷凍水進行熱交換，將冷凍水制冷，冷凍水泵將冷凍水送到各風機風口的冷卻盤管中，由風機吹送冷風達到降溫的目的。經蒸發后的制冷劑在冷凝器中釋放出熱量，與冷卻循環水進行熱交換，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扇對其進行噴淋冷卻，與大氣之間進行熱交換，將熱量散發到大氣中去。
二、冷凍水循環系統
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，通過各房間的盤管，帶走房間內的熱量，使房間內的溫度下降。同時，房間內的熱量被冷凍水吸收，使冷凍水的溫度升高。溫度升高了的循環水經冷凍主機后又成為冷凍水，如此循環不已。從冷凍主機流出，進入房間的冷凍水簡稱為“出水”，流經所有房間后回到冷凍主機的冷凍水簡稱為“回水”。無疑回水的溫度將高于出水的溫度形成溫差。
三、冷卻水循環系統
由冷卻泵、冷卻水管道及冷卻塔組成。冷凍主機在進行熱交換、使水溫冷卻的同時，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，帶走了冷凍主機釋放的熱量。流進冷凍主機的冷卻水簡稱為“進水”，從冷凍主機流回冷卻塔的冷卻水簡稱為“回水”。同樣，回水的溫度將高于進水的溫度形成溫差。
四、循環冷卻水系統
循環冷卻水系統又分為封閉式循環冷卻水系統和敞開式循環冷卻水系統。
冷卻水在完全封閉的、由換熱器和管路構成的系統中進行循環時稱密閉式循環系統。在密閉式循環系統中，冷卻水所吸收的熱量一般借空氣進行冷卻，在水的循環過程中除滲漏外并無其它水量損失，也無排污所引起的環境問題，系統中含鹽量及所加藥劑幾乎保持不變，故水質處理較單純。但密閉式循環冷卻水存在嚴重的腐蝕劑腐蝕產物問題。密閉式循環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行冷卻，冷卻后的水再用水泵送入換熱器循環使用，此系統稱為敞開式循環冷卻水系統。這種敞開式循環冷卻水，由于在循環過程中要蒸發掉一部分水，還要排出一定的濃縮水，故要補充一定的新鮮水（通常稱為補水），以維持循環水中的含鹽量或某一離子含量在一定值上。
敞開式循環冷卻水系統是應用最廣泛的系統，也是水質處理技術最復雜的系統。
五、水的冷卻原理
循環水的冷卻是通過水與空氣接觸，由蒸發散熱、接觸散熱和輻射散熱三個過程共同作用的結果。
_/ ?/ B. W0 e( o. Q 1蒸發散熱 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接觸時間，使部分水蒸發，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，如果空氣的溫度低于水的溫度，則水中的熱量會直接傳給空氣，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的作用，而是由一種電磁波的形式來傳播熱能的現象。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
敞開式循環冷卻水系統中主要設備之一是冷卻塔。冷卻塔用來冷卻換熱器中排出的熱水，是循環冷卻水蒸發降溫的關鍵設備。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，或水平方向交錯流動，在氣水接觸過程中，進行熱交換，使水溫降低。3 k7 {' r8 B-s1 r1 U% G
冷卻塔的形式很多，根據空氣進入塔內的情況分為自然通風和機械通風兩大類。自然通風型最常見的是風通式冷卻塔。機械通風型分為抽風式和鼓風式兩種；而根據空氣流動方向機械通風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通風筒 其作用是創造良好的空氣動力條件，減少通風阻力，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淋水面積上。如分配不均，會使淋水裝置內部水流分布不均，從而在水流密集部分通風阻力增大，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，延長接觸時間，從而保證空氣和水的良好熱、質交換作用。水的冷卻過程主要是在淋水填料中進行，所以是冷卻塔的關鍵部位。7 A, k( a7 k8 分為點滴式、薄膜式、點滴薄膜式3種類型。無論哪種形式，都應滿足下列基本要求：
1）具有較高的冷卻能力，即水和空氣的接觸表面積較大，接觸時間較長；
2）親水性強，容易被水濕潤和附著；
3）通風阻力小以節省動力；
4）材料易得而又加工方便的結構形式；
5）價廉、施工、維修方便；質輕、耐久。$ y8 |* d+
④通風設備 在機械通風冷卻塔中利用通風機產生預計的空氣流量，以保證要求的冷卻效果。常用的是軸流式風機，根據風機安裝的位置，又可分為鼓風式和抽風式。* 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圍環境的影響。( `. D. |8 Y$S2 J: ]
⑥集水池 設于冷卻塔下部，匯集淋水裝置落下的冷卻水。8 x.
2 集水井 集水井是收集循環冷卻水系統中回流熱水的設施，均衡水質。9 v, Z% v2 Z0 R+ o/ @5 v0?
3 旁濾池 在旁濾池中通過過濾處理，去除循環冷卻水中的懸浮物，澄清的冷卻水在回流到循環冷卻水系統中。
: j j- }' e0 f;y b七、循環冷卻水的水質特點 - p+ @6 H9 r'@: N& x+ x&
1 循環水的濃縮作用 循環冷卻水通過冷卻塔時水分不斷蒸發，因為蒸發掉的水中不含鹽分，所以隨著蒸發過程的進行，循環水中的溶解鹽類不斷被濃縮，含鹽量不斷增加。為了將循環水中含鹽量維持在某一個濃度，必須排掉一部分冷卻水，同時要維持循環過程中水量的平衡，為此就要不斷的補充新鮮水。新鮮水的含鹽量和經過濃縮過程的循環水的含鹽是不同的，兩者的比值N稱為濃縮倍數，5其中，冷卻水在循環過程中會產生四種水量損失為：
（1）蒸發水量E；
（2）風吹損失量D；
（3）排污水量B；
（4）滲透損失F。
' o- i' s+ D8 v/ E 2 循環冷卻水中CO2的散失和O2的增加 天然水中均含有一定量的重碳酸鹽和游離CO2.水在冷卻塔內淋灑過程中會引起的CO2的散失，加重了CaCO3沉淀。與此同時，水中O2的增加，又助長了水的腐蝕性。
9 C5 p! `2 _+ ~# n8 ~ 3 循環冷卻水的水質污染 循環冷卻水中的污染源是多方面的，包括：①大氣中的多種雜質（如塵埃、懸浮固體及溶解氣體CO2、H2S和NH3等）會通過冷卻塔敞開部分不斷進入冷卻塔中；②冷卻塔風機漏油，塔體、填料、水池及其它結構材料的腐蝕剝落物會進入冷卻水中；③在冷卻水處理過程中加入藥劑后所產生的沉淀物；④系統內微生物繁殖及所分泌物形成的粘性污垢，等等。
6 z0 f& X4 G0 T7 a&r x 以上各雜質中，由微生物繁殖所形成的粘性污物稱為粘垢；由無機鹽因其濃度超過飽和濃度而沉積出來的稱為結垢；由懸浮物、腐蝕剝落物及其它各種雜質所形成的稱為污垢。粘垢、結垢和污垢統稱為沉積物。; h/ o)F o4 O+ i
4 循環冷卻水的水溫變化 循環冷卻水在換熱設備中是升溫過程。當水溫升高，由于平衡CO2的需要量升高，會使水失去穩定性而具有產生結垢性質。反之，循環水在冷卻構筑物中是降溫過程，水中平衡CO2的需要量降低此時水中CO2具有腐蝕性。
+ m0 j6 M0 G3 w- @* w$ I y[2 r$ S+ F總之，循環冷卻水的特點就是：具有腐蝕性；產生沉積物；微生物繁殖。這也就是循環冷卻水處理所要解決的三個問題，即防腐、阻垢、殺菌滅藻。
) q7 Q# k9 N+ A% k- ?* P m0y a八、循環冷卻水處理- q+ i* N( I5]4 m. r
循環冷卻水雖然包括許多組成部分，但循環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，使他們穩定在分散狀態，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合產生沉淀物，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、腐殖質以及各種懸浮物和膠體物，它們構成水的濁度。作為循環水系統的補充水，其濁度愈低，帶入系統中可形成的污垢就愈少。干凈的循環水不易形成污垢。: G/ sL/ d- j
②做好循環冷卻水水質處理 冷卻水在循環使用過程中，如不進行水質處理，必然會產生水垢或對設備，腐蝕產生腐蝕；同時必然會有大量菌藻滋生，從而形成污垢。因此，做好水質處理，是減少系統產生污垢的好辦法。
! 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等分散成微粒使之懸浮于水中，隨著水流流動而不沉積在傳熱表面上，從而減少污垢對傳熱的影響，同時部分懸浮物還可隨水流排出循環水系統。
^+ 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、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。同時微生物的數量和它們生長所需的營業員如有機物、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，陽光充分，因此為微生物的生長提供了良好的條件。h U# F k2 C*l循環
九、循環冷卻水的預處理
! J) `5 `; F* M. G為防止換熱器受循環水損害，應在換熱器管壁上預先形成完整的保護膜的基礎上，再進行運行過程中腐蝕，沉積物和微生物控制，預處理就是要形成保護膜，簡稱預膜。預膜形成后，在運行過程中，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行清潔處理。用化學清洗劑是一種處理方法。用化學清洗劑清洗后，要用清水沖洗，將化學清洗劑和雜質全部沖洗干凈，即可進行預膜。在現代循環冷卻水處理中，循環冷卻系統的預處理包括；
（1）化學清洗劑清洗；
（2）清洗干凈；
（3）預膜，然后才轉入正式運行。: g`
在循環冷卻系統第一次投產運行之前；在每次大修、小修之后；在系統發生特低PH之后；在新換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，都必須進行循環系統的預處理。
( O2 i) M9 B& x 循環冷卻系統中所使用的化學清洗劑有很多種，要結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。
濰坊市恒合機電設備有限公司