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一、前言
从循环冷却水系统的实际运行来看，考虑到循环冷却水系统在工业领域的重要应用，循环冷却水系统能否高效率的工作成为了衡量其有效性的重要指标。由于循环冷却水系统中的水质会不断发生变化，并且会伴随着结垢等现象的出现，因此需要对循环冷却水系统进行全面优化，重点处理好溶垢问题、集垢清理工作、灭藻杀菌工作和防腐降氯工作，只有做好这四方面内容，才能从根本上保证循环冷却水系统优化取得积极效果，满足工业生产需要，保证循环冷却水的作用能够得到全面发挥。
二、循环冷却水系统优化应做好溶垢处理工作
在循环冷却水系统工作过程中，由于水质会不断变差，循环水在系统内部会受到管线影响和水质内部变化，会有溶垢现象的发生，影响了循环冷却水系统的正常工作，为此，循环冷却水系统优化应做好溶垢的处理工作：
高频发生器产生低压高频信号，通过电场力作用，水分子在电极间有规则向正极高速运动，电极高频变换，原系统中大分子团水分子剧烈碰撞后，氢键受到破坏，逐步裂解成小分子水体，水体还原电位下降，系统饱和指数上升，通过采取以上措施，循环冷却水中的溶垢得到了消除，溶垢的数量和溶垢面积在逐渐减少，循环冷却水系统的水循环系统得到了一定的清理，使水质变差问题和水质溶垢问题得到解决。所以，在循环冷却水系统优化过程中，必须将溶垢问题处理放在首位，有效消除溶垢。
三、循环冷却水系统优化应做好集垢清理工作
从循环冷却水系统的实际运行可知，由于冷却水在长期循环过程中水质会变差，并且受到管线和循环系统的影响，在运行一段时间之后循环冷却水系统会出现集垢现象。在循环冷却水系统设计过程中，为了保证污垢能够相对集中便于清理，通常都设计了集垢器，集垢的清理难度进一步下降。
已经溶在水中的Fe3+，Ca2+， Mg2+ 由于受到集垢器外网（钛合金永久性负极）电场力的吸引作用，Fe3+，Ca2+， Mg2+ 在集垢器重新集成新垢，而不会在设备内壁上结垢，使用者只需周期性清理集垢器外网即可。
由于循环冷却水系统已经将集垢器作为污垢清理装置，因此在清理集垢过程中，我们重点清理集垢器就可以。正常的做法是定期对集垢器的外网和集垢器内部进行全面清理，保证集垢器内的水垢都被清理掉，满足循环冷却水系统的使用需要。
四、循环冷却水系统优化应做好灭藻杀菌工作
循环冷却水系统与其他水处理系统一样，循环水在使用一段时间之后，水质容易变差，并且会出现藻类漂浮物和多种细菌。处于保护循环冷却水系统和优化循环冷却水系统的目的，我们应做好循环冷却水的灭藻杀菌工作。从目前循环冷却水系统的灭藻杀菌工作来看，电解水是主要的灭藻杀菌方式。
电解水过程产生的部分臭氧和过氧化氢对细菌微生物有较强的杀灭作用，电极安装的铜银合金片电解产生的微量铜银离子可以使蛋白质变性。利用这一过程，可以有效去除循环冷却水系统中的藻类和细菌，达到改善循环冷却水系统水质的目的，使循环冷却水的水质能够得到净化，延长循环冷却水的使用时间，保证循环冷却水系统优化取得积极效果。
为此，我们应将电解水作为灭藻杀菌的主要方式，在系统优化中积极应用电解水过程，提高灭藻杀菌效率。
五、循环冷却水系统优化应做好防腐降氯工作
为了保证循环冷却水系统能够正常工作，需要做好冷却水的防腐降氯工作，主要应从以下几个方面入手：
1.电解水过程中部分活性氧和活性氢结合水体中DO（溶解氧）和水分子生成臭氧和过氧化氢，利用臭氧和过氧化氢的特性有效去除水质中的杂质和细菌，保证循环水水质满足使用要求，提高循环水的活性，达到改善循环水水质的目的。
2.热交换器表面由于除垢效应，变得平整光滑，从而防止了垢下腐蚀，在目前循环冷却水系统中，热交换器表面的污垢是处理重点。如果不能及时处理掉表面的污垢，会影响热交换器的正常工作，因此，做好防腐降氯工作是保证热交换器正常工作的重要手段。
3.系统中氯离子由于蒸发浓缩，浓度逐步增大，氯离子对冷却水的水质影响较大。为此，在防腐降氯过程中，应重点降低循环冷却水中的氯离子，主要应采取吸附和中和反应的方式消除循环冷却水中氯离子。
六、结论
通过本文的分析可知，在循环冷却水系统工作过程中，为了保证系统能够正常工作并延长循环冷却水的使用寿命，我们需要做好系统优化工作，应重点解决溶垢、集垢、灭藻杀菌和防腐降氯问题，提高循环冷却水的使用效率，保障循环冷却水系统正常运行。
参考文献
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中图分类号：F4 文献标志码：A文章编号：1673-291X（2010）25-0209-01
在秋冬交替的季节，雨雪水白天沿井盖流入井内保温盖，晚上温度降低后冻结，第二天地面上融化的雪水又流下来晚上又冻结，反复几次，便将保温层冻成大冰块，与四壁冻结在一起，要打开井盖和保温盖非常困难，这种情况根本无法满足灭火要求。如果要解决以上问题，笔者认为，应从以下两个方面考虑。
一、循环冷却水系统的设计
1.冷却塔防冻措施。气候寒冷地区冬季运行的冷却塔往往会发生结冰现象，严重结冰不仅封堵了进风口甚至造成淋水填料局部或全部倒塌。寒冷或严寒地区的冷却塔，根据具体条件，宜采取下列措施：（1）在进风口上缘设置向塔内喷射热水的喷水管，喷射热水的量，可按冬季设计水量的20%～40%计算。（2）在塔的进水干管上宜设能通过部分循环水的旁路水管至集水池，旁路水量占冬季运行循环水量的大部分或全部。（3）配水系统宜采用分区配水，冬季可加大淋水填料部分的淋水密度。（4）机械通风冷却塔可采取停止风机运行、减小风机叶片的安装角，或采用变速电动机以及允许倒转的风机设备等措施，风机倒转时间一次不超过30min，以防风机损坏和影响冷却。（5）为防止冷空气侵入塔内造成淋水填料结冰，可在冷却塔的进风口设置挡风板，这是目前比较有效的防冻措施。大型风筒式自然通风冷却塔应配备摘、挂挡风板的机械设备。（6）当塔的数量较多时，可减少运行的塔数，将热负荷集中到少数塔上或停运风机，提高冷却后水温以防止结冰。停止运行的塔的集水池应保持一定量的热水循环或采取其它保温措施。（7）逆流式自然通风冷却塔的进风口上缘内壁宜设挡水檐，檐宽宜采用0.3～0.4m，檐与塔内壁夹角宜为45°～60°。（8）机械通风冷却塔的风机减速器有油循环系统时，应有加热油的设施。（9）冷却塔的进水管道，出水管道应有防冻放水管，或其它防冻措施。
2.冷却塔设计选择。循环冷却水系统冷却塔设计选择时，必须明确有关气象参数，包括干、湿球温度或相对湿度，大气压力，风向、风速及冬季最低温度等。空气干、湿球温度一般以近期连续不少于五年，每年最热时期（3个月）的频率为5%～10%的昼夜平均干、湿球温度作为设计依据。
3.循环冷却水系统设计。对于空调制冷机组循环冷却水系统，冬季系统不运行，要求冬季停止运行后将管路中水放空，特别是室外明露管道，以防冰冻。
对于工业建筑的工艺设备的循环冷却水系统，设计时特别要注意冬季的防冰冻问题。
室外埋地冷、热水池应有防冻措施，水池应覆土保温，池顶覆土深度尽量在冰冻深度以下，确保水池溢流水位在冰冻线以下，水池人孔设保温井口及木制保温盖，保温井口及木制保温盖国标97S501-1-64。有条件时冷热水池可设在室内。
冬季冷却水系统运行时管路一般不会冰冻，晚上停止运行后容易冰冻，设计时管道尽可能走室内，尽量减少室外明露管道，为防止冷却水系统停运后冰冻而造成较大的损失，循环管路上设放空阀，晚上停止运行时将室外明露管路（包括冷却塔集水盘）中的水放空，以防止冰冻，白天正常使用，冷却塔可配用双速电机，根据冷水管温度情况，确定启用高速或低速电机。
系统加设旁通管将热水泵出水直接回冷水池，冬季气温很低时，可根据冷水管温度情况，打开旁通管，不使用冷却塔或部分水量经过冷却塔，此时室外明露管道中的水仍需的放空。
二、排水系统的设计
室外无保温措施的生活污水管道或水温和它接近的工业废水管道，宜埋设在冰冻线以下，并应保证管顶最小覆土厚度。
由于雨水管道正常使用是在雨季，冬季一般不降雨，若该地区雨水管内不贮留水，且地下水位较深，则可将管道埋在冰冻线以上，但同时应满足管道最小覆土厚度的要求。一般情况下，室外雨水管埋深要求基本同污水管，有困难时可适当减小埋深。在冰冻深度
大型空分设备用户是能源消耗大户，蕴藏着巨大的节能潜力，其主要关键设备的节能技术已不断取得发展，而循环冷却水系统的节能优化，空分行业对此研究较少。近年来，杭氧对空分项目的循环冷却水系统的节能从理论到实践进行了全面、系统的研究，认为空分项目的循环冷却水泵的扬程余量太大（大部分扬程为45～60m，而实际只需30～35m），余量达到29%～71%，因此仅合理配置水泵扬程，平均就有30%左右的节能空间；同时，由于冷却水流量安全系数重复考虑，造成确定的水泵流量不合理，虽然换热设备冷却水供、回水温差设计值为8～10℃，但实际运行时温差大多为4～6℃，有的更小。尽管有些企业已经实施了一些节能改造，但大多从表象出发，没有抓住本质，盲目性大，因而节能不彻底，效果欠佳。空分项目的循环冷却水系统庞大，其节能空间相当可观。循环冷却水系统的节能工作，需要创新设计，只有在正确、系统的理论指导下，从设计源头入手，才能少走弯路。
1传统循环冷却水系统设计和运行中存在的问题
1.1盲目选择水泵扬程。长期以来，空分行业以产品技术附件中的“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”等内容为依据来确定循环冷却水泵的扬程，大部分选45～60m。理论上，这个做法是一大误区，水泵扬程的确定应根据流体力学基本原理对具体的工程进行详细水力分析计算后确定。实际上，这样确定的水泵扬程余量太大，表现为：如果所配电机功率比较小，则管路上的阀门就不能完全打开（一般只能开30%），需要人为增加阻力损失才能安全运行；如果所配电机功率比较大，水泵就会在超大流量工况下运行，不仅水泵效率低，而且易产生叶轮汽蚀、噪声大、振动大等不利安全运行的问题，同时，如果超额的流量对传热影响不大，本身就是浪费。总之，盲目确定水泵扬程，既浪费投资又使运行能耗增高。1.2缺少必要的水力分析计算。除了水泵扬程的选择缺少必要的水力分析计算外，各换热设备支路也没有经过水力平衡分析设计，阻力损失小的支路实际流量大大超过设计流量，造成流量浪费；阻力损失大的支路实际流量小于设计流量，造成冷却效果不理想，这时只能通过关小阻力损失小的支路上的阀门，提高整个系统的阻力，来调节流量平衡。如果某个支路的阻力损失特别大，这种做法就更不合理。而且，如果没有经过必要的水力分析计算，循环冷却水供水干管在空冷塔位置的压力就没有数据，空冷塔常温水泵和冷却水泵的扬程确定必然盲目，要么过高，要么过低。如果循环冷却水系统变流量运行，更会出现这种情况。1.3不恰当地应用变频调速技术。先盲目增加水泵扬程或流量的余量，再增设变频调速装置，将扬程或流量降下来。这种做法不可取：不仅要增加一大笔投资，而且水泵不可能在高效区工作，变频系统本身也有一定的能量损失，附属装置增加，故障率和维修量均增大。应用变频调速技术的目的是在变工况时调节流量。一台工频泵和一台变频泵联合工作，当变频泵改变流量时，工频泵的流量朝与其相反的方向改变，不能充分发挥变频调速的作用。同时变频泵不可能频率降得很低，否则，变频泵提供的压力比工频泵的低得多，变频泵就泵送不了水。1.4对变频调速系统盲目采用压力自动控制。在市政供水和采暖空调供水系统中，当流量改变时常采用压力自动控制方式，有其具体原因。而盲目地将这种压力自动控制方式应用到空分项目，就会人为增加系统阻力，不利节能。1.5为达到运行工艺要求人为增大阻力损失。受产品技术附件中“供水压力0.45MPa，回水压力0.25MPa”等内容的影响，很多用户都认为“只要压力上去就好”“只要水回得去就好”，一旦回水压力低，水回不去，就去关小回水管阀门。这是运行中的一大误区。循环水泵供水的目的是供给换热设备冷却水流量而不是压力，应该是流量达到要求就好。对一个水力性能可调系统，流量与压力没有直接关系，而换热设备进、出口压差与该设备的流量有直接对应关系（换热设备水力性能已固定），设计和运行时希望系统阀门全开，各点的压力最低，而流量恰好满足要求。1.6不合理确定水泵流量。确定水泵流量的各环节都考虑安全系数，造成重复考虑；工程设计时没有确切的换热设备水流量作为依据，更没有相应的水阻力损失可参考，得出的总流量是个大概数，因此多数情况下所配水泵流量远大于换热设备的设计流量，水泵扬程偏高使实际运行流量进一步增大。实际运行中又认为流量大总是好的，流量大可以使压缩机级间冷却器的空气温度降得更低，可以降低压缩机的功耗。这些都造成水泵流量确定不合理，使大流量、小温差运行成为一种习惯。1.7通过关小水泵进水管阀门来调节水流量。大流量运行对水泵节能和运行不利，所以有的企业采用关小水泵进水管阀门的办法。这种方法操作快，节能效果明显。但是，增加水泵进水管阻力，很容易使叶轮汽蚀，进而使水泵运行效率降低、振动大、噪声大等。1.8不考虑实际湿球温度，冷却塔出水温度一律定为32℃如青海省西宁市的夏季空气调节室外计算湿球温度只有16.6℃，而冷却塔的进、出水温度依然设定为42、32℃。本来可以充分利用气候条件，有效降低压缩机能耗，却被不合理的设计人为抹杀。
2通过创新设计实现先天节能
循环冷却水系统节能改造已形成一个产业，改造规模大且节能效果明显。空分行业传统地以“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”、《氧气站设计规范》（GB50030—2013）标准要求压缩机等设备用冷却水水压宜为0.15～0.50MPa等为依据确定循环水泵扬程，已不能适应节能减排、企业增收节支的需要，设计方法要创新。2.1合理确定水泵流量。首先要合理确定设计工况时的冷却水流量，即夏季装置满负荷运行时所需冷却水流量。冷却水流量大小影响水泵与压缩机、汽轮机的综合能耗，冷却水流量大，对降低压缩机、汽轮机能耗有利，而对降低水泵能耗不利；反之，则对降低压缩机、汽轮机能耗不利，而对降低水泵能耗有利。因此，需要确定一个使压缩机、汽轮机能耗与水泵能耗之和最小的合理流量。根据传热学传热系数公式可以看出，在放热侧的传热系数一定的情况下，在水流速比较小时，换热器的总传热系数随水流速增大明显增大，但当水流速增大到一定程度以后，传热系数就基本不变。因此，流量大到一定程度后，再增大流量，只会增加水泵能耗，不会降低压缩机、汽轮机能耗，这部分流量完全浪费。而处于对总传热系数有影响的流量范围，杭州杭氧制氧机研究所有限公司已有初步研究结论：加大流量后，水泵增加的能耗比压缩机减少的能耗多；并建议供、回水温差在8～10℃运行比较合理，水泵流量安全系数的选择由工程设计统一考虑，其他环节不考虑。2.2科学确定水泵扬程。在合理确定水泵流量的基础上，科学确定水泵扬程。即先合理布置总图，综合考虑投资与运行费用、操作与维修便利性等因素，合理设计管路系统，经反复验算，力求各环路水力平衡、总体阻力损失最小。再计算最不利环路所有局部、沿程阻力损失和净扬水高度（循环水池液面至冷却塔喷头的高度差），作为确定水泵扬程的依据（对个别阻力特别大的换热设备支路要单独考虑增压）；并根据伯努利能量方程计算出供水干管在水冷塔、空冷塔位置的压力，作为空冷塔选取增压泵和判断水冷塔能否直接供水的依据。由上述2点可以确定系统基本水泵的配置，这是最根本的。之后，在固定工况下，系统运行时一次性调节好支管流量平衡阀门，其他阀全开，流量恰好满足要求，系统阻力处于最小状态，平时不用调节阀门、关注压力，操作简化。2.3合理采用变工况时的流量调节措施。循环冷却水系统管道按设计工况即最大流量设计，在科学确定基本水泵配置的基础上，在生产负荷变小或冬季环境温度降低需要降低流量时，要充分利用流体力学原理：“对已定型的系统，流量与水泵功率接近成三次方关系”，水泵功率随流量快速下降，可以在减小流量时取得更可观的节能效果。应根据具体条件采用恰当的辅助手段，如更换叶轮、大小泵搭配（小泵扬程也小）、改变运行台数、双速电机、变频调速、永磁耦合调速和大型水泵采用汽轮机拖动等来减小供给流量，实现变工况时的流量调节。变频调速应用在需要经常频繁调节流量的场合最合适。如果采用变频器调速，建议最好采用所有工作泵同时变频，增加的投资与减少的能耗成本相比微不足道。变频器的调节，在不低于最小流量的前提下，通过观察工艺冷却效果，采用人工调节就可以。设计和运行时要尽可能使阀门全开，尽可能减小系统阻力损失，使流量减小时压力自然降低。2.4合理确定冷却塔出水温度。在不超出常规冷却塔投资的前提下，对夏季湿球温度低的地区，充分利用环境温度优势，降低冷却塔设计出水温度（如西宁市可设定为22℃），很小的代价（冷却塔投资没有节省）就可取得降低压缩机能耗的大效果。2.5选用高效节能型设备和阀门。选用高效节能型水泵固然重要，但工程设计时要保证所选水泵能在高效区运行。如果所选水泵性能与实际装置管路水力性能偏差太大，即使所选水泵效率很高，实际运行时效率也会很低。选择传热系数大、阻力损失小的换热设备和止回阀等，对空分项目循环冷却水系统的节能同样十分重要。
3对已建项目进行节能改造
从长期运行考虑，对已建项目进行节能改造的原则同样遵循新项目设计的思路。对于已经投入运行的循环冷却水系统，都可以通过调整管路上阀门的开度直接读出压力，经过简单计算，就可以确定系统在设计流量下实际所需扬程。如果能根据每个换热设备在设计流量下的阻力进行水力分析计算，进一步验证所测扬程是否可靠，可靠性就更高。3.1对基本配置水泵的改造。基本配置水泵的本质问题是扬程过高、流量偏大，为尽可能一劳永逸、一劳永利，改造方案首选是更换叶轮。如果原叶轮在该型号水泵中属没切割过或切割很少，应首先考虑原型叶轮切割，或者选用改型叶轮。这是最经济、最方便的改造措施。其次，更换泵头，改造内容稍多，需更换水泵进、出口短接头，地脚螺栓孔有时也要调整，投资成本稍高。最后才是更换水泵，工作量大，投资成本最高。3.2变流量时的辅助手段改造。在对基本配置水泵进行改造的基础上，如果要根据生产负荷变小或冬季环境温度降低来减小供给流量，同样可以根据具体条件采用恰当的辅助手段，如更换叶轮、大小泵搭配、改变运行台数、采用双速电机、变频调速等。
4实施节能技术后的经济效益
采用节能技术后，新建项目如不设变频调速装置，投资成本有所降低；对已建项目进行改造，即使更换新泵，半年内也可收回投资成本。因此，其投资成本基本可以忽略。据气体分离设备行业统计，截至2016年，我国深泠分离法制空分设备的总规模在3300万m3/h左右，循环水用电功率估计在100万kW左右。根据调查研究分析，如果合理配置水泵扬程，约有30%的节能空间，每年可节电约57.6亿kW•h；而且，空分设备每年以数百万m3/h的规模增加（2014年新增292万m3/h），节能空间非常大。
5建议
5.1明确换热设备的水流阻力损失值。换热设备的水流阻力损失是换热设备的一个重要技术性能参数，不可缺少，它不仅用于工程设计时确定系统总阻力，而且在进行各支路水力平衡、优化供水方案时也不可缺少（对某个阻力损失特别大的换热设备，而流量又占总流量的小部分时，可考虑局部增压）。5.2完善空分设备技术附件的相关内容。如果空分设备由专用的循环冷却水系统独立供水，空分设备技术附件中“供水压力0.4MPa，回水压力0.25MPa”的内容容易造成设计和运行的误区。如果空分设备由大厂的循环冷却水系统集中供水，在每个装置点确实需要提供供水干管的供水压力和回水干管的回水压力，以便合理配置装置内循环水管道。但这两个值不事先规定，而是在对各用水装置水流阻力损失预估的基础上，对整个循环冷却水系统进行合理设计，根据伯努利能量方程计算得到，不同的位置一般不一样。标准GB50030—2013规定的“压缩机等设备用冷却水水压宜为0.15～0.50MPa”的规定不科学。建议标准修订时完善，更好地发挥标准对循环冷却水系统精细化设计、节能减排的指导作用。
6有待进一步研究的问题
6.1开展流量对综合能耗影响的研究。进入冷却器或冷凝器的冷却水流速不同对总传热系数影响不一样，在水流速比较小时，随水流速增大，总传热系数会明显增大；但当水流速增大到一定程度后，传热系数就基本不变。为了合理确定冷却水流量，需要综合水力学（水系统设计）、传热学（换热器设计）、热力学（压缩机、汽轮机运行能耗）3个方面的专业技术，进一步研究在什么流速下水泵、压缩机和汽轮机的能耗之和为最小，什么流速开始对总传热系数没有影响。进一步研究变工况时，合理流量的确定、调节手段的优化。6.2研究优化水泵出口阀门的设置。目前多数设计在水泵出口管路设置止回阀，阻力损失很大，能耗损失可观。需要进一步明确各种止回阀的阻力特性。期盼有真正低阻力的止回阀产品，或者不设置止回阀，仅设置1只因事故停运泵时能自动关闭的蝶阀。
7结论
针对传统的空分设备循环冷却水系统设计和运行中存在的主要问题，创新设计方法，正确运用流体力学基本原理，结合空分工程的具体特点，抓住关键，从设计源头入手，合理确定水泵流量，科学计算水泵扬程，不仅可以大幅度降低空分项目循环冷却水系统的运行能耗，还可以降低投资成本。对已建项目的改造，具体情况不同会产生多少不等的费用，但这些投资相对节省的运行费用微不足道，因此，需要改变管理观念，该更换的应及时更换。发展节能技术是一项增收节支的有效措施，应积极组织实施空分项目循环冷却水系统节能改造，大幅度降低运行成本，提高企业效益。
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中图分类号：TG375+22 文献标识码：A
1、引言
钢铁厂是用水大户，炼铁、炼钢、连铸、热轧、制氧、冷轧等单元均有循环冷却水系统。循环冷却水系统具有系统复杂、用户多、水量大、循环水介质种类多等特点。各循环冷却水系统就像主工艺生产的生命线，对于正常的生产和设备的维护起着至关重要的作用。由于钢铁厂灰尘多，杀菌难度大和系统没有旁滤器等原因导致沉积物增多，影响换热效果甚至造成系统堵塞，沉积物也会引起垢下腐蚀。因此控制冷却水系统中沉积物的工作对保证循环水系统的正常运行具有十分重要的意义。
2、循环水系统沉积物的分类
循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热设备的表面。这些物质统称为沉积物。他们主要由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常把后三种统称为污垢。
2.1水垢
水垢一般由无机盐组成，通常换热器表面上形成的水垢以碳酸钙为主。
2.2污垢
污垢一般由颗粒较小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎片、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成。
3、悬浮物对粘泥沉积的影响
悬浮物是指103-105 ℃烘干的不可过滤残渣，通俗的说就是悬浮在水中但不溶于水的固体颗粒，粒径一般大于0.1μm，主要是泥土和砂石的微粒以及有机物和水藻类等。下面根据钢厂2个系统的情况说明其影响。
系统一、高炉系统
某钢铁厂高炉系统投产初期，环境灰尘大，系统没有设计旁滤器，投产期间未按要求进行水冲洗，导致半个月内冷却水浊度在100NTU以上运行，这类物质沉积在水流慢的部位，如热风阀下部。检修期间，发现热风阀有大量沉积物，经过我公司实验室分析：沉积因子（550℃ 灼烧减重+酸不溶物+氧化铝）占了垢样组份的55％,说明主要成分为酸不溶物,同时含有氧化铁颗粒、腐蚀产物。
污泥垢样分析结果：
原因分析：
设计方面：该系统未设计安装旁滤器。高炉净环水处理是关键部位，负责水冷壁，热风阀等高温部位的冷却，正常应采用闭路软水，或开路设计，配备旁滤器。旁滤器是日常清除悬浮物必备的设备，高炉的处理环境存在的粉尘量很大，污泥是一个日积月累的过程，所以要做好设备配套，旁滤器就起到日常分离悬浮物的作用。
操作运行方面：循环水运行初期先运行，没有采用水处理药剂进行防护，由于开始时的浊度很高，有时达到150NTU，很多天在50NTU以上，并且没有及时排水置换，系统中已经形成的污垢在日常情况下很难再清除，并且影响传热效果，严重时导致腐蚀和结垢的发生。
粘泥因存留在流速较低的部位，沉积就很难靠药剂除去，建议如下：
加强日常循环水浊度的监测，发现浊度高时要及时排水；
水处理配方中增加分散剂成分；
在负荷较低或检修期间,通过在线局部定期通压缩空气吹除的方法,清洗关键部位。
图1：检修打开的热风阀
系统二：轧钢系统
某钢厂轧钢净环系统运行3年左右，检修时打开某些管道底部有黄褐色粘泥，厚度在3－4cm左右，水冲洗不能清除，取样分析如下：
1）沉积物分析数据表
2）结果分析
以上垢样分析结果表明：
（1)三氧化二铁（Fe2O3）占了整个垢样的28.91％,因其和粘泥混合在一起,不是沉淀在管道表面,说明不是腐蚀产物,而是来源与水中,应是空气中的氧化铁颗粒被冷却塔吸入水中,在流速缓慢处沉淀下来。
（2)结垢因子（CaO+ MgO+ P2O5+950℃ 灼烧减重）占了整个垢样组份的4.31％,占的比例很低,自然状态的粘泥含有微量的钙镁属于正常范围,说明基本没有结垢情况存在。
（3)沉积因子（550℃ 灼烧减重+酸不溶物+氧化铝）占了垢样组份的71％,说明主要成分为酸不溶物,同时含有少量的微生物粘泥。酸不溶物一般认为是硅酸盐等物质, 自然界中的泥沙和粘土均属于此类物质, 应该是水中的泥沙沉积在管道流速较低的部位,。
轧钢厂循环水的水质一直控制良好, 应排除人为控制不当导致的沉积. 从以往的数据看, 主要是因为2次补充水的水质恶劣导致了粘泥的沉积：
在2008年8月22至9月5日由于夏季暴雨导致河水倒灌，长达2周的时间存在补充水含有大量泥沙带入系统的情况, 这应是管道沉积的主要原因。
在2007年6－9月份，因为用水紧张，各个分厂都打井并使用井水，但井水的水质恶劣，含有的泥沙量较多，如2007年6月27日数据：
泥沙沉积是一个缓慢的过程，从我们对现场的了解和沉积物分析的结果看，粘泥粘性很大，几乎没有流动性，沉积的部位也很稳定，冲洗的水流也不足以清除，针对这种情况,建议如下:
1,水处理配方中增加分散剂的含量，尽量在日常运行中逐渐减少粘泥的沉积量。
2，加强日常的浊度控制，如发现浊度偏高的情况应马上采取置换，不能等待否则会有更多的粘泥沉积。
3，关注相关设备的热交換效率，如发现换热不良应及时进行人工清洗。
4，因为粘泥的成分大部分为酸不溶物，且粘度很大，化学药剂均不能清除，如关键部位存在问题，只能通过物理方法进行清除。
补充水浊度变化曲线
图2：2007年2次补充水浊度严重超标
循环水浊度变化曲线
图3：2008年9月暴雨导致河水倒灌导致循环水浊度升高
4、粘泥沉积对循环水系统的影响
4.1粘泥沉积的形成
循环水处理不当，补充水浊度过高，细微泥沙、胶状物质等带入冷却水系统，或者菌藻杀灭不及时，以及操作不慎腐蚀严重、腐蚀产物的形成，另外油污、工艺产物等泄露到冷却水系统中，这些因素都会加剧污垢的形成。当这样的水质流经换热器表面时，容易形成污垢沉积物，特别是水走壳程，流速较慢的部位污垢沉积更多。
4.2粘泥沉积的危害
由于这种污垢体积大、质地稀松，容易引起垢下腐蚀，也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。它们粘附在传热表面上，与水垢一样都会影响换热效率。
当防腐不当时，换热管表面常有锈镏附着，其外壳坚硬，但内部多孔且分布不均。它们常与水垢、微生物粘泥等一起沉积在换热器的传热表面，除了影响传热外，更严重的将助长某些细菌如铁细菌的繁殖，最终导致管壁腐蚀穿孔而泄露。
5、清除粘泥沉积的方法
5.1物理方法
采用高压水射流喷洗，这对于产生生物粘泥堵塞的情况效果良好。
5.2化学方法
采用次氯酸钠及季胺盐类等杀菌剂清洗剝离微生物粘泥。配合使用渗透剂等表面活性剂以促进改善清洗剥离效果.
5.3加强循环水管理工作
循环冷却水的运行管理是一项综合性很强的技术工作,三分药剂，七分管理，遇到水质异常情况应及时采取措施。加强循环水管理工作，预防各种危害。
6、结论
冷却水中悬浮物多，沉积在系统内，影响换热效果（一般悬浮物导热系数不超过1.16W/（m.K），而钢材的导热系数46.4-52.2 W/（m.K））甚至造成换热设备和系统管道堵塞等，粘泥沉积也会引起垢下腐蚀。因此做好循环冷却水的浊度监测和控制对做好水处理工作大有益处。
参考文献
一、生产现状
SH94型气流干燥机工作过程中，其风机高速运行，风机轴承箱内温度较高，需使用冷却水对轴承箱内的油进行冷却。自来水流量为4000Kg/h，该系统工作过程中每千公斤烟丝耗水量为477.3Kg。由于自来水通过轴承箱后获得了一定的热量，其排放后也造成一定的热能损耗。
图1
二、设计思路
1.设计思路。将气流干燥机模拟水罐作为储水罐，在模拟水罐外增加循环水泵，为风机循环冷却系统提供动力。为防止模拟水灌中水温过高，在气流回潮机主进水水管路上加装冷却水罐，使用气流回潮机的主进水对风机循环冷却水进行冷却，经过换热后的气流回潮机主进水水温升高，减少气流回潮机用于热水罐加热的蒸汽消耗。
图2
2.设计过程。一是确定传热任务，计算热负荷。气流干燥机风机轴承箱油的温度上限为60℃～80℃，车间在生产过程中要求轴承箱温度不超过50℃。利用原有管路对风机轴承箱热负荷进行测定，在保证轴承箱温度低于50℃的情况下，所需的最小冷却水流量为550kg/h。而后测定冷却水进水温度和出水温度最大温差为5.8℃，通过热量衡算方程式Q=Wc×（Ic-Ic）=Wc×Cpc×（t2-t1）求得最大热负荷Q为3.7kw，（Cpc=4.18×103J/（kg×℃））。为保证整个循环系统工作稳定，要求换热器热负荷应大于3.7kw，在换热器设计中，设定热负荷量为3.8kw。二是冷却水罐的设计。冷却水罐热负荷Q=3.8kw，冷却水质量流量为550kg/h，通过通过热量衡算方程式Q=Wh×（Ih–Ih）=Wh×Cph×（T1–T2）计算风机轴承箱冷却水进出口温度差t2，t2= T1–T2=Q/（Wh×Cph）=3.8×103×3600/（550×4.18×103）=5.95℃。气流回潮机用水质量流量为700 kg/h，设其进出口温度差为t1，t1=t2–t1=Q/（Wc×Cpc）=3.8×103×3600/（700×4.18×103）=4.68℃。计算两流体平均温度差（逆流，单壳程，多管程），tm=（t2 -t1）/㏑（t2/t1）=1.27/㏑1.27=5.29℃。查相关资料可知水对水传热总传热系数K经验值为850～1700，设定总传热系数K为850，计算传热面积S，S=Q/Ktm=3.8×103/（850×5.29）=0.85m2，计算换热器内盘管总长L=S/（πd）=0.85/（3.14×0.025）=10.83m，冷却水罐采用直径为700mm的不锈钢圆柱筒体，内部盘管环绕直径为600mm，计算其管绕圈数。N=L/（πd）=10.83/（3.14×0.72）=5.74≈6圈。三是水泵选择。由于冷却水罐设置于车间网架上方，与模拟水罐高度落差约有10米，故加装水泵的扬程应大于10米，换热器冷却水入口流量应大于550kg/h。故循环水泵选择 KYLR25-125型水泵，其扬程为20米，流量为1m3/ h（998kg/h），满足设计需要。
三、效益分析
气流干燥机风机循环冷却水系统的研制成功，解决了生产中冷却水消耗大的实际问题，同时节约部分热能损耗。其冷却水消耗量由之前的每千公斤烟丝耗水477.3Kg，下降至每千公斤烟丝耗水50Kg以下，同时，该系统提高了气流回潮机进水温度，减少气流回潮机蒸汽用量0.82m3/h，为企业节约了巨大的生产成本。
参 考 文 献
一、循环冷却水的主要腐蚀机理
1冷却水中金属腐蚀的机理
金属的腐蚀电化学反应实际上是这样的过程：首先是溶液释放自由电子（通常把实施的电子的氧化反应称为阳极反应）；自由电子传递到阴极（接受电子的还原反应称为阴极反应）；电子再由阴极传递到溶液中被其他物质吸收。因此腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相面反应，同时也是一个多步骤的反应。由以上论述中可以看出，一个腐蚀过程至少由一个阳极（氧化）反应和一个阴极（还原）反应组成。
碳钢在冷却水中的腐蚀是一个电化学过程。由于碳钢组织表面的不均一性，因此，当它浸入水中时，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池。
在阳极：FeFe2++2e
在阴极：O2+2H2O+4e4OH-
在水中：Fe2++4OH-Fe（OH）2
阳极区域Fe不断失去电子，变成Fe2+进入溶液，即铁不断被溶解腐蚀，留下的电子通过金属本体移动到阴极渗碳体的表面，与水和溶解在水中的氧起反应生成OH-离子。在水中，阴、阳极反应生成的Fe2+和OH-相遇生成不溶性的白色Fe（OH）2堆积在阴极部位，铁的表面不再和水直接接触，这就抑制了阳极过程的进行。但当水中有溶解氧时，阴极部位的反应还要进行下去，因Fe（OH）2这种物质极易被氧化为Fe（OH）3，即铁锈。由于铁锈基本不溶于水，所以只要水中不断的有氧溶入，这种腐蚀电池的共轭反应也就不断的进行。换而言之，也就是碳钢的腐蚀会不断地进行下去。
上述腐蚀电池中，阳极氧化反应和阴极还原反应必须同时进行，如其中一个反应被停止，则整个反应就会停止，故称为共轭反应。因此，如果能设法控制在其阴极过程或阳极过程，则整个腐蚀过程也就会相应的得到控制。反之，如果在阳极不断除去Fe2+或在阴极表面不断充分补充供给氧，则共轭反应也就会加速进行，即腐蚀过程变快。因此，采用不同的方式控制其阴极或阳极过程，就是控制冷却水系统腐蚀的各种方法的依据。
二、循环冷却水中金属腐蚀的影响因素
1、pH值
冷却水中的pH值对于金属腐蚀速度的影响往往取决于该金属的氧化物在水中的溶解度对pH值的依赖关系。因为金属的腐蚀性能与其表面上的氧化膜的性能密切相关。pH在4.3～10.0时碳钢的腐蚀率几乎不变，但水中钙硬的存在，碳钢表面常有一层碳酸钙保护膜，当pH偏酸性时，其腐蚀率要比pH值偏碱性时高。
2.阴离子
金属的腐蚀率与水中阴离子的种类有密切的关系。水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面具有以下的顺序：
NO3-
冷却水中的SO42-、Cl-等活性离子能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，增加腐蚀反应的阳极过程速度，引起金属的局部腐蚀。
3、络合剂
它能与水中的金属离子（例如铜离子）生成可溶性的络离子，使水中金属离子的游离浓度降低，金属的电极电位降低，从而使金属的腐蚀速度增加。
4、硬度
水中钙离子浓度和镁离子浓度之和称为水中的硬度。钙、镁离子浓度过高时，则会与水中的碳酸根、磷酸根或硅酸根作用，生成碳酸钙、磷酸钙和硅酸镁垢，引起垢下腐蚀。
5、金属离子
冷却水中的金属离子对腐蚀的影响大致有以下几种情况。
冷却水中的碱金属离子，例如钠离子和钾离子对金属和合金的腐蚀速度没有明显的或直接的影响。铜、银、铅等重金属离子在冷却水中对铜、铝、镁、锌这几种常用金属起有害作用。水中这些重金属离子通过置换作用，以一个个小阴极的形式析出在比它们活泼的基体金属的表面，形成一个个微电池而引起基体金属的腐蚀。
在酸性溶液中，Fe3+是一种阴极反应加速剂。在中性溶液中Fe2+却可以抑制铜和铜合金的腐蚀。
锌离子在冷却水中对钢有缓蚀作用，因此锌盐被广泛用作冷却水缓蚀剂。
6、电偶
在冷却水系统中，不同金属或合金材料间的接触或连接常常是不可避免的。发生连接的两种或两种以上的金属或合金，如果彼此的腐蚀电位相差较大，它们再与冷却水相接触，就会形成一个腐蚀大电池或电偶而发生电偶腐蚀。
7、微生物
微生物黏泥是指水中溶解的营养源而引起细菌、丝状、藻类等微生物群的繁殖，并以这些微生物为主体，混有泥砂、无机物和尘土等，形成附着的或堆积的软泥性沉积物。冷却水系统中的微生物黏泥会引起冷却水系统中设备的腐蚀。而铁细菌将二价铁离子氧化位三价铁离子，同时产生大量黏液，构成锈瘤。锈瘤下面的金属表面常常处于缺氧状态，从而构成氧浓差电池，引起腐蚀。硫氧化菌能把元素硫或其他还原态的硫化物氧化为硫酸，使介质的pH值降低。因此有强的腐蚀性。
中图分类号：TB47 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0046-01
某岛国新建滨海电站，该电站一期工程1×300 MW机组已于2010年投产发电。其锅炉为哈尔滨锅炉厂提供的亚临界、一次中间再热、直吹式煤粉炉，汽轮机为哈尔滨汽轮机有限公司提供的亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机，凝汽器为汽轮机厂配套的钛管凝汽器、该机组凝汽器循环冷却水设计为虹吸式海水开式循环冷却水系统，配套的循环冷却水管道为大直径玻璃钢管。循环冷却水管线长度超过500 m，排水口设虹吸井用以回收能量降低循环水泵水头以降低循环水泵功耗，配备两台长沙水泵常生产的88LKXD-17 X型立式式斜流泵，扬程为17 m、流量为8.15 m3/s、效率为87.4%，循环水泵出口设置有液动蝶阀，循环水泵入口前池设置有移动式清污机和旋转滤网、循环水管道采用玻璃钢管道。
由于循环水系统启动失败或因水锤造成管道、膨胀节损伤事故在国内屡屡发生，而该机组循环冷却水管线长且管道为分段连接的玻璃钢管道，虽然该玻璃钢管道耐海水腐蚀但是其材质决定了其耐受变形的能力较差，由于现场管道填埋在沙地下，管道周围全是沙粒，一旦发生泄漏循环水管道周围将发生沙粒流失产生空洞，循环水管道周围产生空洞后由于其管径大在充满水的情况下质量更大，将使循环水管道加快破裂或断裂，同时由于管道泄漏导致的水土流失可能会危急周围的部分固定建筑基础，而且海水的涌入也会导致附近区域地下水成分变化，影响相关区域的植被生长。尽管循环水管道的施工过程受到了严格的质量监督与监控，管道填埋后也进行了全面的内部检查和地表的沉降监测，尽管循环水管道与凝汽器接口设置了膨胀节、管道沿程设置了排空气阀，但是出于安全性与环保性考虑同时为保证调试和商业运行期间循环水系统能安全启动和稳定运行，特设计两种投运方案并对其进行优缺点分析论证而后投入实际应用，两种方案分别如下。
方案一：适当注水或不注水直接启动循环水泵，通过适当开启循环水泵出口蝶阀的方式向系统注水（此方式为常规采用的启动方式），操作步序详见图1。
优点是启动过程简单、节省启动时间。
缺点是初次启动时出口蝶阀开度暂无法确定，启动过程中如果蝶阀中停开度过大将对系统造成较大冲击可能造成膨胀节或循环水管道的损伤，如果蝶阀开度过小可能导致该立式斜流循环水泵启动过电流跳闸导致启动失败。
方案二：先注水形成虹吸后启动循环水泵，操作步序详见图2。
该石化公司净化水厂是在2009年建立了污水深度处理系统，此系统的实际处理能力约为每小时一千吨，次年，与本公司的化肥厂第二套化肥装置相匹配的循环冷却水系统开始回用到净化厂的污水深度处理中，以构成一个循环水系统的补充水。不过，不容忽视的是深度处理污水的水质存在着一定的腐蚀性，最初回用期中，对循环冷却水腐蚀性的碳钢挂片进行了一番详细认真的监测，发现其的腐蚀率较高，更有甚者高于相关标准规定的上限值，即0.075mm/a。所以，笔者认为非常有必要对深度处理污水在循环冷却水系统的回用进行详细的探讨。
1 深度处理污水试验流程
冷却用水必须对以下水质加以考虑：冷却水系统不存在腐蚀现象；不具备生黏液的微生物所需的营养物。此外，对循环冷却水补水的水质有着极为严格的要求，由于钙、镁等一些硬度离子的存在，不同程度上会出现部分特殊的问题。
按照原污水的水质特征以及对深度处理出水的具体要求，在深度处理污水过程中，应根据以下条件选择合适的工艺，即可以将原污水中遗留下来的COD、BOD进一步降低；能够除磷、除氮气的；能够清理悬浮物、减少浊度的；能杀毒、灭菌的。由于原污水中含有一定的盐量和钙镁离子，以及对出水提出的要求，工艺选择时，必须涵盖软化及除盐方法。
在通过一番详细的论证后得出下列深度工艺流程。不过，因原水中存在诸多的细菌，所以，先进行臭氧杀菌，然后加入适当量的加氯予以消毒。所选择的工艺流程是：原水―生物接触氧化―絮凝沉降―过滤―O3氧化―CI2消毒―纳滤膜过滤―出水。以下对这些工艺流程进行概述：
生物接触氧化；主要是在有氧的情况下，凭借好氧微生物的作用，确保有机物能够顺利的产生生化反应。在这一过程中，废水中存在的溶解性有机质会通过微生物的细胞壁及细胞膜被良好的吸收，有的有机物会通过微生物氧化成为简单的有机物，还有的有机物会通过微生物转化成生物体不可缺少的营养物质，进而构成新的细胞促进微生物持续良好的生长与繁殖，产生出大量的菌体。
混凝沉淀；混凝主要指的是将化学药品投入到污水中，对使悬浮固体相互分离的力量予以去除的过程。该过程主要在快速搅拌池中产生物理作用。絮凝指的是悬浮物的聚焦作用，发生因重力影响而沉降的颗粒；沉淀指的是悬浮固体因重力和污水的影响而发生分离。通过实验明确了絮凝剂、助凝剂的类型规格以及具体加量，对他们的实际反应时间和凝聚后的悬浮物沉降时间予以了掌握，为絮凝池的设计提供了重要的依据。在同时加入絮凝剂和助凝剂后，胶体颗粒会逐渐的凝聚，溶液电位不同程度发生变化。絮凝剂与助凝剂在相应的范围领域内如果电位较低，那么，效果就会特别明显，直观矾花就会越大。
过滤；目的在于消毒之前提供洁净的水，这样，就能够减少诸多的有机物、胶状物、悬浮物。颗粒物去除之后，消毒会不同程度上有了改善。要想制定详细的出水浊度标准，就必须做好过滤这一环节。实验过程中，对精密过滤器的操作条件进行了认真的考核，最理想的运行压力是>0.45MPa，对反洗周期、反洗水量等设计所需参数加以了明确。
臭氧消毒；臭氧能够使废水中的细菌、细菌孢子以及营养型微生物失活，同时将有害的病毒去除掉。另外，臭氧和废水中产生的化学氧化物质反应，会使BOD5与COD进一步降低，进而出现氧化有机中间体与最终产物。通过臭氧处理还能够使废水中存在的气味和颜色不断减轻。
加氯消毒；主要在废水中加入氯气或者次氯盐酸。如果采用的是氯，其在和水结合后会产生次氯酸和盐酸。次氯酸属于重要的消毒剂。所以，应确保pH在7.5以下，从而避免次氯酸离解成次氯酸离子。
反渗透；具有三个组成部分，即前处理、反渗透脱矿质、后处理。实验过程中，针对反渗透膜与新型膜材料―纳滤膜的比较，发现只要采用操作条件简单的纳滤膜就能够达到出水的水质要求。
2 缓蚀阻垢剂配方筛选及监测挂片的腐蚀率2.1 缓蚀阻垢剂配方筛选
通过市场中常见的缓蚀剂，制定出新的缓蚀阻垢剂配方，做相关的旋转挂片腐蚀实验，不仅要对锌盐和其他组分的配伍性、药剂的稳定性加以考察，还必须详细认真的考察水中Zn2+浓度和试片腐蚀率间的关联性。
在化肥厂循环冷却水现场取出一定量的已回用了的深度处理污水后的循环冷却水，其的水质分析数据是：磷整体浓度是6.2mg/ L，pH值是8.0，钙实际硬度是805mg/L，Zn2+浓度是1.10mg/L。将去离子水和实验用水进行调配，再分别添加浓度在200mg/L的含磷预备液，确保各烧杯溶液的整体磷浓度不会存在太大差距，最后，分别加入浓度在60mg/L的含锌预备液，以逐渐增加各烧杯溶液的Zn2+浓度。将去离子水当做补充水，每天的早上与晚上进行一次补水，确保液位的稳定性。通过实验得出，当实验水中的Zn2+浓度进一步升高时，挂片腐蚀率就会逐渐降低，这足以证明Zn2+浓度是减少挂片腐蚀率的最佳方法。随水溶液中的Zn2+浓度低于1.2mg/L，随Zn2+浓度的不断升高时，大大降低了缓蚀率；而当水溶液中的Zn2+浓度高出2mg/L时，缓蚀率没有特别明显的提高。2.2 监测挂片的腐蚀率
使用新配方缓蚀阻垢剂之后，循环冷却水系统的锌离子浓度保持在二到四mg/L的范围。在回用深度处理污水之前，循环冷却水的挂片腐蚀率实际控制的较好；回用深度处理污水后的初期阶段，对挂片腐蚀率进行监测后，发现其远远高于0.075mm/a的石化行业上限控制指标，于是，开始使用新研发的缓蚀阻垢剂，挂片腐蚀率有了显著的下降；不过后来由于深度处理污水水质进一步恶化，并且，回用量不同程度上加大，导致循环冷却水的水质发生了极为严重的恶化；此时，应及时的对循环冷却水中缓蚀阻垢剂的有效含量加以适当的控制，以防止循环冷却水发生腐蚀情况。
3 结论
关键词：钢铁企业 循环冷却水系统 节能技术
前言：对于钢铁企业而言，影响成本的因素较多，虽然原材料价格、产品销售等占据主导地位，但是，能源消耗也产生较大影响，关乎企业盈利能力。因此，要注重节能理念的渗透，应用节能技术，切实提升企业竞争能力。面对循环冷却水系统在能耗方面的突出问题，需要重视节能技术应用，节省资源，扩大节能措施的应用范围，强化节能设计，在根本上降低水系统的电耗，实现对整个钢铁企业能耗的合理控制，强化节能减排措施的推行。
1对钢铁企业循环冷却水系统节能技术应用概括介绍
对于钢铁企业的循环冷却水而言，主要构成为直接冷却水开路循环水系统以及间接冷却循环水系统。立足间接系统，主要构成部分为敞开和密闭水处理系统。针对不同的冷却水系统，对水质提出差异性的要求，涉及诸多冷却装置，如冷却塔、冷却器、换热器等。立足常温条件，传统冷却装置能够实现循环水系统温度降低的目的，但是，在温度较高的情况下，循环冷却水温度过高的问题成为困扰钢铁企业的重要问题。另外，立足节能，循环冷却水系统中蕴含大量技术，需要进行深入分析，切实提升技术应用效率。
2对风机、水泵等进行变频改造
在当前的循环冷却水系统中，涉及大量风机和水泵设备，其处于额定功率下运行，在进行风机流量设计的时候，应用的是最大风量需求设计原则，因此，很难形成闭环的控制，忽视省电要求。另外，在调控方式、电气控制等方面都存在不合理的地方。对于风机、水泵的负载，其设计的标准是满负荷工作量，但是，并不是都处于满负荷状态下运行。因此，为了实现对节能的改善，应用变频器实现对风机和水泵负载的控制极具科学性。发挥变频器内部PID软件的作用，对电动机转速进行调节，满足水压和风压的恒定状态，保证整个系统的压力达到运行标准，满足闭环恒压控制状态，这在根本上大大提升了节能效率。另外，变频器能够满足大电动机软起和软停的目的，降低电动机故障率，设备使用周期被延长。这一技术在钢铁企业中得到广泛推广和应用。针对风机、水泵电机的变频改造，需要重视对测试、变频器选择以及使用方面的关注，以更好地提升改造效率，提高改造效果。首先，在进行系统测试的时候，要结合改造标准和要求，制定合理的参数，同时，构建更加严谨的测试方案，结合生产工艺进行合理组织安排，进行具有代表性的多次测试。其次，对于变频设备类型的选择，要结合应用环境与背景，对设备的各种性能进行考量，如速度精度、转矩等，在此基础上实现控制模式的明确，保证防护结构的合理性。再次，在应用变频器的时候，需要注意的是在变频器和电源之间安装断路器，目的是避免变频器发生故障时事态的扩大。总之，通过对风机、水泵电机变频器的改造，节能效果十分显著，对降低维修、改善等费用也产生一定的作用。
3对热泵技术应用的介绍
对于热泵技术而言，主要是借助高位能，促使低位热源流向高位热源装置，是当前水冷却系统中能效比较高的制冷和制热方式。在冬季，水体温度高于环境空气温度，借助这一时差有效提升热泵循环的蒸发能力和供暖能效。而在夏季，水体温度低于空气环境温度，因此，制冷的冷凝温度降低，冷却效果突出，整个机组的运行效率得以显著提升。在实际的应用中，水源热泵优点突出，其主要能源类型为清洁可再生能源，有利于水资源的节约，环保效果突出，满足供暖和制冷的双重需要，改进措施相对简单。与此同时，水温波动相对稳定，不会出现较大的变动，整个热泵机组的运行更加可靠与稳定，维护了系统的高效性与经济性，维护费用大幅降低，有效延长了设备的使用周期。在热泵技术应用与改善中，需要关注经济性指标，加强试验，重视对杂水质循环冷却系统的预处理，制定有效的方案。
4对冷却塔水轮机驱动改造的介绍
在钢铁企业中，比较常见的冷却设备为冷却塔。借助水轮机驱动实现对叶轮风机的替代，势十分突出，首先，能够满足节能和节电的要求。在水轮机驱动的应用下，风机部分的耗电为零。其次，能够达到环保和无噪声的标准。对于水轮机的机量转换而言，其主要完成的位置是水流道内，同时，不需要电机和减速机的支持，有力消除了低频电磁声和机械噪音。再次，凸显高效性。借助水轮机直接驱动风机，省去了减速机，同时，水流量的变化会诱发风量的变化，保证稳定在合适的气水比范畴，散热效果显著。第四，使用寿命被延长。对于水轮机而言，其结构相对简单，技术完善。第五，具有相对安全的运行环境。冷却塔自身存在漏电、爆炸等潜在危险，而水轮机不用电，避免高危环境作业，增加了冷却塔运行环境的安全性。第六，具有较强的适用性，改造费用不高。水轮机驱动改造适合于多种冷却塔，安装相对简单，对原有结构不会产生破坏，设备不需要改变，省去大量场地要求，节约了大量电能和维护支出。鉴于冷却塔水轮机驱动改造技术的优势，同时，考虑到钢铁企业生产运行的连续性需求，在进行具体改造的时候，需要关注几个问题，一方面，要考量水轮机改造之后之后能否适应较为恶劣的运行环境；水轮机驱动改造之后能否对循环水泵的电流产生影响，一旦出现改变，需要进行预防措施的制定；在水轮机改造中，还要全面考虑冷却塔中填料的布置情况，重视冷却塔的规模以及受力结构等技术问题。在整个改造中，最为关键的环节是冷却塔水轮机的改造，要立足水量稳定的前提下进行。
5冷却水温对鼓风汽轮机真空经济性影响的分析
对于鼓风汽轮机凝汽器真空的建立和形成主要分为两个组成部分，即机组的启动和运行两个阶段。在启动时期，凝汽器真空实现的目的是抽出凝汽器中的空气，真空建立的效果主要取决于抽气器的容量和性能，同时，也受到真空系统严密性的制约。在机组启动之后，一旦气体排到凝汽器，在冷介质的影响下出现冷却现象，同时凝结成水，体积被大大缩小，凝汽器成为真空环境。真空的形成实现了对机组危害的有效降低。科学的降低冷却水水温能够提升真空，促使汽轮机理想的比焓降增大，汽轮机的效率得到大幅的升高。冷却水的降低需要大量冷却塔冷风机的支持，因此，要对汽轮机效率与增大冷却风机用电量之间进行经济性的比较。
结束语：综上，对于钢铁企业而言，能源系统备显综合性，涉及诸多能源介质的使用，因此，要重视对能源介质的平衡，以实现能源的最佳匹配。要重视对循环冷却水系统内部工艺和设备的节能改造，在根本上强化对能源系统全流程的管理。
参考文献：
中图分类号：TH03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0016-03
包头煤化工有限责任公司位于包头市九原工业园区内。公司设置有三个循环水场，均采用敞开式循环冷却水工艺。其中第三循环水场主要为MTO装置、烯烃分离装置、PP/PE装置、C4装置提供循环冷却水；系统设有8间冷却水塔、8台风机；系统的设计循环水量为43000m3/h、保有水量为13000 m3；采用正磷酸盐水稳药剂配方，控制系统的腐蚀、结构及微生物，主要工艺控制指标见表一：
2014年6月下旬，第三循环水冷却塔的配水系统、塔内壁、填料及支撑构件上出现了藻类滋生的现象，藻类的大量繁殖，不仅能使换热器有机物结构，而且能导致无机物结垢[1]，水场工艺管理人员安排采用连续投加活力溴、间歇投加次氯酸钠的方式（方案一）进行控制，效果甚微。至8月初，藻类在冷却塔内壁大量滋生，为及时更好控制藻类的进一步繁殖，防止发生生物黏泥沉积，工艺人员在原有控制方案的基础上安排冲击性投加三氯异氰尿酸（方案二），效果甚佳，藻类不但被杀灭而且被剥离，系统恢复正常。
现就上述控制调整过程进行论述，从而更好的指导日常的工作。
1、杀菌剂介绍
1.1 活力溴SW1102
活力溴SW1102是最新一代溴类液体氧化型杀菌剂。同其它常用的氧化型杀菌剂或非氧化杀菌剂比较，活力溴能较好的控制生物膜的形成。 由于活力溴在具备氧化杀菌剂的作用同时，可降低氯离子的产生，更好的稳定水质指标参数[2]。其杀菌灭藻的作用机理：
Br2+H2OHBrO+HBr
HBrOH++BrO-
1.2 次氯酸钠
次氯酸钠是一种强氧化剂，外观为淡黄色的透明液体，有类似于氯气的刺激性气味，具有理想的杀菌效果和漂白、除臭功能，第三循环水系统使用的次氯酸钠的有效氯的浓度为10%。它在水中生成次氯酸根离子，再通过水解反应生成次氯酸，具有杀菌作用。其作用机理：含氯消毒剂在水中形成的次氯酸，作用于菌体蛋白质。次氯酸不仅可与细胞壁发生作用，且因分子小，不带电荷，故侵入细胞内与蛋白质发生氧化作用或破坏其磷酸脱氢酶，使糖代谢失调而致细胞死亡。
另外，当用较高浓度的次氯酸钠时，对循环水系统有良好的黏泥剥离作用，可以用来处理系统中沉积的黏泥。
1.3 三氯异氰尿酸
三氯异氰尿酸英文缩写TCCA？，白色片状，是一种高效有机氯消毒剂，有效氯含量高达90%以上，具有速效、缓释作用的特点，与其他氧化性杀菌剂相比，其性能稳定，储存和使用安全方便，而且不含Ca2+，不会增加水的硬度，三氯异氰尿酸对不锈钢几乎无腐蚀作用，但对黄铜的腐蚀比较严重[3]，作为新型高效的消毒、漂白剂，应用范围很广，且对人体无不良影响。其作用机理：三氯异氰尿酸在水中水解次氯酸和异氰尿酸，由于异氰尿酸的存在，使次氯酸在水中的状态更加稳定，对比其他氯类杀菌剂效果更强。
2、藻类滋生原因分析
2.1 气温：包头地区2014年6月-8月白天最高气温35℃，最低气温24℃。
2.2 光照：光照的时间和强度为一年中最强。
2.3 供回水温度：第三循环水系统在夏季风机全部运行的情况下，供回水温度均接近指标上限（供水温度≤30℃，回水温度≤41℃）。
2.4 pH值：第三循环水系统常年将pH值控制在工艺指标7.9-8.6之间。
2.5 营养源：第三循环水系统采用正磷酸盐的水质稳定剂配方，而磷酸盐是藻类
很好的营养盐。
2.6 二氧化碳：对于敞开式的循环冷却水系统其中溶解大量的二氧化碳。
综上所述：夏季的第三循环水场采用敞开式循环冷却工艺，水温在25-30℃，pH在7.9-8.6，日照充足，水中溶解氧达到饱和，营养源充足，这些都为藻类的滋生提供了良好的环境、能源及营养条件。因此，由补充水与空气带进系统的藻类会很快繁殖起来。
3、系统正常运行时的相关指标（6月1日-6月20日）
系统正常时通过连续投加活力溴，间歇式投加次氯酸钠的方式进行菌藻的控制。其中活力溴日平均投加量439kg，次氯酸钠日平均投加300kg。相关水质指标如下：
3.1 系统余氯
由图1可知：系统余氯平均值为0.14mg/L，接近控制指标下限。同时有5日余氯控制在0.10mg/L以下。
3.2 系统氯离子含量
由图2可知：系统氯离子含量平均值为693.8mg/L，已超中心级控制指标，接近工艺控制指标上限。其中6月15日的氯离子更是超过750mg/L。
经过上述图表及分析可知：
系统正常时余氯值控制偏低，藻类虽未出现滋生繁殖现象，但是只要条件具备，随时都可发生；
可同时由于投加次氯酸钠导致系统中氯离子含量偏高，这样一方面给系统带来腐蚀风险，另一方面又加大了系统的排污置换量（每日平均置换量1820m3）。
4、方案一：投加效果分析（6月21日-8月10日）
方案一：活力溴+次氯酸钠；活力溴采用连续投加，次氯酸钠间歇式投加。其中活力溴日平均投加425kg，次氯酸钠日平均投加658kg，相关水质指标如下：
4.1 系统余氯
由图3可知：系统余氯平均值为0.12mg/L，低于控制指标下限。同时有22天的余氯低于0.10mg/L。
4.2 系统氯离子
由图4可知：系统氯离子含量平均值为686.0mg/L。已超中心级控制指标，接近工艺控制指标上限，且出现3次超标现象。
4.3 系统浊度
由图5可知：系统浊度平均值为5.82NTU。
经过上述图表及分析可知：
系统出现藻类滋生现象后，活力溴的投加和系统正常时的投加量基本持平，次氯酸钠的投加量较系统正常时的投加增加了119%；
系统余氯值控制偏低，藻类出现滋生繁殖，且未能很好控制；
同时由于大量投加次氯酸钠，致使系统中氯离子含量偏高，一方面给系统带来腐蚀风险，另一方面加大了排污置换量（每日平均置换量1663m3）。
5、方案二：投加效果分析（8月11日-8月31日）
方案二：活力溴+次氯酸钠+三氯异氰尿酸；活力溴连续投加，次氯酸钠间歇式投加，三氯异氰尿酸冲击性投加。其中活力溴日平均投加量512kg，次氯酸钠日平均投加量557kg ，三氯异氰尿酸日平均投加量90kg，相关水质指标如下：
5.1 系统余氯
由图6可知：系统余氯平均值为0.155mg/L，在正常工艺控制指标范围内，且系统余氯控制较平稳。
5.2 系统氯离子
由图7可知：系统的氯离子平均值：652.9 mg/L，在正常工艺指标控制范围内，且低于中心控制指标。
5.3 浊度
由图8可知：系统浊度的平均值：9.28NTU。
经过上述图表及分析可知：
方案二较方案一活力溴的投加量增加了20%，次氯酸钠的投加量减少了15%，同时投加了三氯异氰尿酸；
采用方案二后系统的余氯、氯离子控制较好，且系统的浊度出现了三次大的波动，这三次波动和系统余氯的波动情况吻合，说明藻类的滋生繁殖得到了很好的控制，藻类被杀灭剥离，进入系统中致使系统的浊度增加；
系统中氯离子降低，一方面系统腐蚀风险降低，另一方面降低了排污置换量（每日平均置换量1439m3）。
6、结论
通过上述分析可得出以下结论：
夏季的循环水系统如若控制不当，必然出现藻类的滋生与繁殖。为此，必须提前进行预防控制，及时查看相关水质参数，加强现场管控。保证系统余氯在正常指标范围内，且不出现大的波动。如此不仅降低了藻类滋生繁殖产生生物黏泥对系统的危害，而且减少药剂损耗。
次氯酸钠的大量投加，增加了系统氯离子腐蚀的风险，为降低氯离子的危害，需进行大量的的排污置换，致使次氯酸钠在系统中的停留时间太短，药剂未发挥作用，即排出系统，从而导致系统余氯偏低，余氯偏低需再次投加次氯酸钠进行控制。如此恶性循环，即不能保证系统余氯，又造成药剂及水量的损耗。而三氯异氰尿酸在控制藻类滋生繁殖方面具有很好的效果，因其加入系统后有一个溶解的过程，在此过程中药剂持续发挥作用，不仅很好的控制稳定了系统的余氯，而且不会造成氯离子的突然升高，同时可及时将藻类从系统剥离，减少了药剂及水量的损耗。
活力溴不仅对系统没有氯离子的贡献，而且在杀菌灭藻方面具有独特的作用；次氯酸钠可短时间内提升系统余氯，但对系统氯离子贡献高；三氯异氰尿酸在稳定系统余氯及氯离子方面效果显著。因此合理投加三种药剂，发挥药剂间的协同作用，使每种药剂的功效最大化，不仅能够降低药剂成本，而且可以很好的控制藻类的滋生与繁殖。
参考文献
[1] 季国义.藻类在电厂循环冷却水中的危害[J].水处理技术，1987，（04）： 255.
高耗能是化工生产企业的主要特点，因此降耗工作成为企业日常工作中的重中之重。循环冷却水系统是化工生产系统中的重要单元，其能耗在整个化工生产系统中占很大比例，因此如何通过降低循环冷却水系统的运行成本提高生产效益，成为众多化工生产企业探讨的方向。本文主要从循环水降温冷却环节降耗措施进行讨论。
1 循环水系统节能改造简介
1.1 目前循环水系统的运行现状
在工业循环水系统中，一般回流入冷却塔的水流还具有大量的能量，表现在：
1.1.1 因为换热设备位置高，循环水必须泵到很高的位置，循环水从最高位置流到出水口（或热水池）的位差较大，循环回水就具有位能，又叫势能；
1.1.2 水泵富余，就是选用的水泵的额定扬程偏大。这是因为计算系统阻力是经验估算，不准确，设计考虑安全系数，选用的水泵的额定扬程一般就偏大，很多大10米以上，因此，水泵实际提供给循环水的能量就有富余。可以说，目前这两种能量的浪费情况在很多企业是很常见的。
1.2 水轮机项目改造工艺简介
水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于一种利用水能的原动机，其应用大大降低了企业生产电耗，是企业节支降耗的重要途径。
水轮机按原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类，冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转。工作过程中转轮部分受水，与大气联通，主要是动能的转换。
反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式、和贯流式。反击式水轮机中水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用所以在同样的水头下转轮直径小于冲击式水轮机。
每种水轮机有自己的适用范围，不同的水头、流量、应采用相适应的水轮机，才能获得较佳的效率、转速匹配才能达到满意出力。
2 系统概况及能量计算
2.1 改造前系统运行概况及能量试算
本系统有10台4500m3/h冷却塔，总处理水量为：45000m3/h；目前实测回水总量为：38000m3/h，和冷却塔总处理水量相比，水量略微偏小。目前实测单塔回水量Q=3800m3/h，冷却塔温降6℃（40/34 ℃），能满足冷却设备正常生产要求。现工况上塔阀门开度23°，如将上塔阀门23°调整至90°，在流量3800m3/h时，阀门闭压计算如表1、表2。
表1 通过阀门特性参数及公式Kv=Cv/1.167计算流量系数值
表2 蝶阀闭压压差计算（P）
通过以上计算可分析：当改造后经过目前阀门开度23°调整至90°时，在回水压力基本不变的前提下，此处就有有富裕压力P，=P1-P2=0.15-0.00038=0.15（Mp）供水轮机运转。
2.2 改造后凉水塔风机运行工况预算
2.2.1 改造预选水轮机工作参数为
Q=3800～4600m3/h、H=12.5m（3）功率=107～133KW。当改造系统中水量和富裕压力参数符合水轮机设计参数时，改造后水轮机转速600/分通过1：4减速机减速后风机转速达到150转/分钟（可根据旁通进水量调节转速）。
2.2.2 风机电机轴功率和水轮机功率计算
根据风机实测电流243～282A、电压380∨可算出风机实际功率为107KW水轮机输出功率能达到现风机电机实际功率107KW就可取代风机电机做工，
那么水轮机进水按照实测3800 m3/h计算、产生107K动力所需扬程计算：
H（水轮机需要扬程）=P 水轮机要达到的功率/Q容重×G流量（每秒）×η效率
=107÷（9.81×1.0555556×0.85）
=12.1566M
其中：Q容重―水的容重（9.81）
结论：在改造后，当流量为3800m3/h、富裕压力12.16m时，水轮机完全能够满足冷却塔风机转速要求。
3 节能改造方案及改造效果
3.1 具体改造方案
安装水轮机可以将该富余能量变为动能加以利用，在冷却塔原电动机位置用水轮机代替原电动机，通过联轴器、传动轴、减速机（根据工况情况调整减速比，选用配套减速机可有使用方指定品牌保证与原减速机一致）。将上塔主管引到塔平台，将水引到水轮机进口，做功后再从水轮机出口引到原布水主管中，水轮机前进水管路安装一个蝶阀，水轮机进水口安装一个伸缩节，便于安装检修。在原上水管中，水轮机进出引水管之间加一阀门控制水流，如风机转速过高，可以将部分水流从该阀门流进冷却塔，不通过水轮机。该改造利用原循环水系统具有的富余能量，采用水轮机完全代替原来的风机电动机，水轮机达到原电动机转速。改造示意如图1：
图1
3.2 节能改造效果
该改造用水轮机利用原循环水系统具有的富余压能，保持水泵出口压力不变，因此水泵流量也和改造前一样，只是用水轮机将原浪费了的压能转变为旋转的动力，代替电动机驱动风机，节约了电能。该改造完全不改变原冷却塔内部结构，因此，原冷却效果不变。
4 节能改造经济分析
本公司流量4500m3/h中温塔为例：取消电机功率200kW节能计算：（下转第115页）
（上接第112页）冷却塔电机功率200KW（实际功率107KW），每年使用时间按330天，每天按24小时计：107Kw×330天×24小时×10台=8474400度/年。
电价按0.5元/度计：0.5元/度×8474400度/年=423.72万元/年。
电机日常管理和维修保养成本费根据实事求是的普查计算出电机最低的日常管理和维修保养成本（10元/吨/年）：10元/ 吨/年×4500T 台×10台=45万元/年。
