冷冻水系统工作原理简介

原标题：冷冻水系统工作原理简介

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一、冷冻水系统工作原理

制冷机通过压缩机将制冷剂压缩成液态后送蒸发器中与冷冻水进行热交换，将冷冻水制冷，冷冻水泵将冷冻水送到各风机风口的冷却盘管中，由风机吹送冷风达到降温的目的。经蒸发后的制冷剂在冷凝器中释放出热量，与冷却循环水进行热交换，由冷却水泵将带有热量的冷却水送到散热水塔上由水塔风扇对其进行喷淋冷却，与大气之间进行热交换，将热量散发到大气中去。

二、冷冻水循环系统

由冷冻泵及冷冻水管道组成。从冷冻主机流出的冷冻水由冷冻泵加压送入冷冻水管道，通过各房间的盘管，带走房间内的热量，使房间内的温度下降。同时，房间内的热量被冷冻水吸收，使冷冻水的温度升高。温度升高了的循环水经冷冻主机后又成为冷冻水，如此循环不已。从冷冻主机流出，进入房间的冷冻水简称为“出水”，流经所有房间后回到冷冻主机的冷冻水简称为“回水”。无疑回水的温度将高于出水的温度形成温差。

三、冷却水循环系统

由冷却泵、冷却水管道及冷却塔组成。冷冻主机在进行热交换、使水温冷却的同时，必将释放大量的热量。该热量被冷却水吸收，使冷却水温度升高。冷却泵将升了温的冷却水压入冷却塔，使之在冷却塔中与大气进行热交换，然后再将降温了的冷却水，送回到冷冻机组。如此不断循环，带走了冷冻主机释放的热量。流进冷冻主机的冷却水简称为“进水”，从冷冻主机流回冷却塔的冷却水简称为“回水”。同样，回水的温度将高于进水的温度形成温差。

四、循环冷却水系统

循环冷却水系统又分为封闭式循环冷却水系统和敞开式循环冷却水系统。

冷却水在完全封闭的、由换热器和管路构成的系统中进行循环时称密闭式循环系统。在密闭式循环系统中，冷却水所吸收的热量一般借空气进行冷却，在水的循环过程中除渗漏外并无其它水量损失，也无排污所引起的环境问题，系统中含盐量及所加药剂几乎保持不变，故水质处理较单纯。但密闭式循环冷却水存在严重的腐蚀剂腐蚀产物问题。密闭式循环系统一般只用于小水量或缺水地区。

冷水流入换热器将热流体冷却，水温升高后，利用其余压流入冷却塔内进行冷却，冷却后的水再用水泵送入换热器循环使用，此系统称为敞开式循环冷却水系统。这种敞开式循环冷却水，由于在循环过程中要蒸发掉一部分水，还要排出一定的浓缩水，故要补充一定的新鲜水（通常称为补水），以维持循环水中的含盐量或某一离子含量在一定值上。

敞开式循环冷却水系统是应用最广泛的系统，也是水质处理技术最复杂的系统。

五、水的冷却原理

循环水的冷却是通过水与空气接触，由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。

_/ ?/ B. W0 e( o. Q1蒸发散热水在冷却设备中形成大小水滴或极薄水膜，扩大与其空气的接触面积和俄延长接触时间，使部分水蒸发，水气从水中带走气化所需的热量，从而使水冷却。

1 Q( u. d w6 P2接触散热水与空气对流接触时，如果空气的温度低于水的温度，则水中的热量会直接传给空气，使空气温度升高，水温降低，二者温差越大，传热效果越好。

3辐射散热辐射散热不需要传热介质的作用，而是由一种电磁波的形式来传播热能的现象。辐射散热只是在大面积的冷却池才起作用。在其他类型的冷却设备中，辐射散热可以忽略不计。

六、冷却构筑物( y" G. }7 L- F' x0 v& o' K; v

1冷却塔* J% J*j" m* Z U

敞开式循环冷却水系统中主要设备之一是冷却塔。冷却塔用来冷却换热器中排出的热水，是循环冷却水蒸发降温的关键设备。在冷却塔中，热水从塔顶向下喷溅成水滴或水膜状，空气则由下向上与水滴或水膜逆向流动，或水平方向交错流动，在气水接触过程中，进行热交换，使水温降低。3 k7 {' r8 B-s1 r1 U% G

冷却塔的形式很多，根据空气进入塔内的情况分为自然通风和机械通风两大类。自然通风型最常见的是风通式冷却塔。机械通风型分为抽风式和鼓风式两种；而根据空气流动方向机械通风型又可分为横流式和逆流式。/ ]' W6N" ]+ s4 b E

冷却塔的工艺构造及其作用3 r2 s; J1 O4 u8 R1 C( W5 u _

①通风筒其作用是创造良好的空气动力条件，减少通风阻力，并将塔内的湿热空气送往高空，

9 : {' I; ]* c W) q5 e* a'H②配水系统配水系统的作用是将水均匀地分配到冷却塔的整个淋水面积上。如分配不均，会使淋水装置内部水流分布不均，从而在水流密集部分通风阻力增大，空气流量减少，热负荷集中，冷效则降低；而在水量过少的部位，大量空气未充分利用而逸出塔外，降低了冷却塔的运行指标。对配水系统的基本要求是：在一定的水量变化范围内（80％～110％），保证配水均匀且形成微细水滴，系统本身水流阻力和通风阻力较小，并便于维修管理。. ` K r/

③淋水填料淋水填料的作用是将配水系统溅落的水滴，经多次溅落成微细小水滴或水膜，增大水和空气的接触面积，延长接触时间，从而保证空气和水的良好热、质交换作用。水的冷却过程主要是在淋水填料中进行，所以是冷却塔的关键部位。7 A, k( a7 k8 分为点滴式、薄膜式、点滴薄膜式3种类型。无论哪种形式，都应满足下列基本要求：

1）具有较高的冷却能力，即水和空气的接触表面积较大，接触时间较长；

2）亲水性强，容易被水湿润和附着；

3）通风阻力小以节省动力；

4）材料易得而又加工方便的结构形式；

5）价廉、施工、维修方便；质轻、耐久。$ y8 |* d+

④通风设备在机械通风冷却塔中利用通风机产生预计的空气流量，以保证要求的冷却效果。常用的是轴流式风机，根据风机安装的位置，又可分为鼓风式和抽风式。* G/ F(G" ]8 A

⑤收水器将排出湿热空气中所携带的水滴与空气分离，减少逸出水量损失和对周围环境的影响。( `. D. |8 Y$S2 J: ]

⑥集水池设于冷却塔下部，汇集淋水装置落下的冷却水。8 x.

2 集水井集水井是收集循环冷却水系统中回流热水的设施，均衡水质。9 v, Z% v2 Z0 R+ o/ @5 v0?

3 旁滤池在旁滤池中通过过滤处理，去除循环冷却水中的悬浮物，澄清的冷却水在回流到循环冷却水系统中。

: j j- }' e0 f;y b七、循环冷却水的水质特点- p+ @6 H9 r'@: N& x+ x&

1 循环水的浓缩作用循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发，因为蒸发掉的水中不含盐分，所以随着蒸发过程的进行，循环水中的溶解盐类不断被浓缩，含盐量不断增加。为了将循环水中含盐量维持在某一个浓度，必须排掉一部分冷却水，同时要维持循环过程中水量的平衡，为此就要不断的补充新鲜水。新鲜水的含盐量和经过浓缩过程的循环水的含盐是不同的，两者的比值N称为浓缩倍数，5其中，冷却水在循环过程中会产生四种水量损失为：

（1）蒸发水量E；

（2）风吹损失量D；

（3）排污水量B；

（4）渗透损失F。

' o- i' s+ D8 v/ E2 循环冷却水中CO2的散失和O2的增加天然水中均含有一定量的重碳酸盐和游离CO2.水在冷却塔内淋洒过程中会引起的CO2的散失，加重了CaCO3沉淀。与此同时，水中O2的增加，又助长了水的腐蚀性。

9 C5 p! `2 _+ ~# n8 ~3 循环冷却水的水质污染循环冷却水中的污染源是多方面的，包括：①大气中的多种杂质（如尘埃、悬浮固体及溶解气体CO2、H2S和NH3等）会通过冷却塔敞开部分不断进入冷却塔中；②冷却塔风机漏油，塔体、填料、水池及其它结构材料的腐蚀剥落物会进入冷却水中；③在冷却水处理过程中加入药剂后所产生的沉淀物；④系统内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以上各杂质中，由微生物繁殖所形成的粘性污物称为粘垢；由无机盐因其浓度超过饱和浓度而沉积出来的称为结垢；由悬浮物、腐蚀剥落物及其它各种杂质所形成的称为污垢。粘垢、结垢和污垢统称为沉积物。; h/ o)F o4 O+ i

4 循环冷却水的水温变化循环冷却水在换热设备中是升温过程。当水温升高，由于平衡CO2的需要量升高，会使水失去稳定性而具有产生结垢性质。反之，循环水在冷却构筑物中是降温过程，水中平衡CO2的需要量降低此时水中CO2具有腐蚀性。

+ m0 j6 M0 G3 w- @* w$ I" y"[2 r$ S+ F总之，循环冷却水的特点就是：具有腐蚀性；产生沉积物；微生物繁殖。这也就是循环冷却水处理所要解决的三个问题，即防腐、阻垢、杀菌灭藻。

) q7 Q# k9 N+ A% k- ?* P" m0y a八、循环冷却水处理- q+ i* N( I5]4 m. r

循环冷却水虽然包括许多组成部分，但循环冷却水处理的目的则主要是为了保护换热器免遭损害。为了达到循环冷却水所要求的水中指标，必须对腐蚀、沉积物和微生物三者的危害进行控制。

$ Q. n% O) u6 D6 p& f' h#a1 腐蚀控制H/ x- E4 t" R7 n4^

（1）设备腐蚀的影响因素

" S b0 j( S& t9 U;m①水质的影响；②PH的影响；③溶解气体（CO2、O2、H2S、NH3、CL2等）的影响；④水温的影响；⑤水流速度的影响；⑥悬浮固体的影响；⑦微生物的影响。

6 D' b: A+ p! j& j（2）防止循环冷却水腐蚀的方法主要是投加某些药剂—缓蚀剂，使在金属表面形成一层薄膜将金属表面覆盖起来，从而与腐蚀介质隔绝，防止金属腐蚀。缓蚀剂所形成的膜有氧化物膜、沉淀物膜和吸附膜三种类型。* @/ j,T C4 ?% o# G& k

①氧化物膜缓蚀剂这类缓蚀剂能使金属表面氧化，形成一层致密的耐腐蚀的钝化膜而防止腐蚀。; u1 o* |3 J,T9 t* d7 C M;

②沉淀物膜缓蚀剂这类缓蚀剂能与水中某些离子和腐蚀下来的金属离子相互结合而沉淀在金属表面上，形成一层难溶的沉淀物或表面配合物，从而阻止了军属的继续腐蚀。4 q' g3 a: c* y |/ U4

③吸附膜缓蚀剂这类缓蚀剂都是有机化合物，在其分子结构中具有吸附在金属表面的亲水基团河这边金属表面的疏水基团。亲水基团定向的吸附在金属表面，而疏水基团则阻碍水及溶解氧向金属扩散，从而达到缓蚀作用。) e$ i8 w% I)o: L

（3）提高冷却水的PH值提高冷却水的PH值或采用碱性水处理可使循环水系统中的金属腐蚀得到控制。

+ U* w7 X$ P4 B. C6 }- B2 沉积物的控制（包括结垢控制和污垢控制）

- d/ F' P; g- H* _（1）结垢控制控制结垢的方法有以下几种

) ?& G1 w, C* |6 A' k①去除水中产生结垢的成分。此法包括水的软化和除盐等，只有在补充水质很差或必须提高浓缩倍数的情况下才使用。

$ ^: ~ j! ^' D: T" C/]3 n②采用酸化法将碳酸盐硬度转变成溶解度较高的非碳酸盐硬度。

0 z( h1 h2 m7 n' t4 r③向水中投加阻垢剂4 Z+ m/S" h% o7 |

目前使用的各种阻垢剂有聚磷酸盐、有机磷酸盐、聚炳烯酸盐等。

9 o/ n" [7 n4 @9 |) O! O( ]8 o阻垢剂的作用机理可以分为三种类型。

! p$ ?$ E. S1 u' }1 k: E0 S一是阴离子型或非离子型的聚合物报胶体颗粒包围起来，使他们稳定在分散状态，这类药剂称为分散剂。二是把金属离子变成一种螯和几或配合剂，从而抑制了它们和阴离子结合产生沉淀物，这类药剂称为螯和剂或配合剂。三是利用高分子混凝剂的凝聚架桥作用，使胶体颗粒形成矾花，悬浮在水中。/n Y- ]" p% b' W( j

（2）污垢的控制# U( z1 ~% ~8 n9 K+ t% V

①降低补充水浊度天然水中尤其是地面水中总夹杂有许多泥沙、腐殖质以及各种悬浮物和胶体物，它们构成水的浊度。作为循环水系统的补充水，其浊度愈低，带入系统中可形成的污垢就愈少。干净的循环水不易形成污垢。: G/ s"L/ d- j

②做好循环冷却水水质处理冷却水在循环使用过程中，如不进行水质处理，必然会产生水垢或对设备，腐蚀产生腐蚀；同时必然会有大量菌藻滋生，从而形成污垢。因此，做好水质处理，是减少系统产生污垢的好办法。

! y" l2 S& M. Y8 Z③投加分散剂分散剂能将粘在一起的泥团杂质等分散成微粒使之悬浮于水中，随着水流流动而不沉积在传热表面上，从而减少污垢对传热的影响，同时部分悬浮物还可随水流排出循环水系统。

^+ m! i: S- A$ F0 s+ x④增加旁滤设备在系统中增设旁流，控制旁流量和进、出旁流设备水的浊度，以减少污垢的生成。

6 3微生物控制在循环冷却水系统中，水的温度和PH值得范围恰好适宜多种微生物的生长。同时微生物的数量和它们生长所需的营业员如有机物、碳酸盐、磷酸盐等，均因浓缩而增加，再加上冷却塔、凉水池常年露置于室外，阳光充分，因此为微生物的生长提供了良好的条件。h U# F k2 C*l循环

九、循环冷却水的预处理

! J) `5 `; F* M. G为防止换热器受循环水损害，应在换热器管壁上预先形成完整的保护膜的基础上，再进行运行过程中腐蚀，沉积物和微生物控制，预处理就是要形成保护膜，简称预膜。预膜形成后，在运行过程中，只是维持或修补已形成的保护膜。

/ j2 R* S2 h5 W1 I! }6 r' @) {为了有效地预膜，必须先对金属表面进行清洁处理。用化学清洗剂是一种处理方法。用化学清洗剂清洗后，要用清水冲洗，将化学清洗剂和杂质全部冲洗干净，即可进行预膜。在现代循环冷却水处理中，循环冷却系统的预处理包括；

（1）化学清洗剂清洗；

（2）清洗干净；

（3）预膜，然后才转入正式运行。: g`

在循环冷却系统第一次投产运行之前；在每次大修、小修之后；在系统发生特低PH之后；在新换热器或管束投入运行之前；在任何机械清洗或酸洗之后；以及在运行过程中某种以外原因有可能引起保护膜损坏等等情况，都必须进行循环系统的预处理。

( O2 i) M9 B& x循环冷却系统中所使用的化学清洗剂有很多种，要结合所清洗的污垢成分来选用。大体来说，以粘垢为主的污垢应选以杀菌剂为主的清垢剂；以污泥为主的污垢应选以混凝或杀菌剂为主的清垢剂；以结垢为主垢物应选以螯和剂、渗透剂、分散剂为主的清垢剂等；以腐蚀产物为主的垢物，也是采用渗透剂、分散剂这类表面活性剂。

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