空調(diào)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)研究

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摘要：針對(duì)北京地鐵復(fù)八線空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的節(jié)水問(wèn)題，在理論研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)采用旁流式過(guò)濾技術(shù)和化學(xué)藥劑相結(jié)合的方式，對(duì)天安門(mén)西站的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行了改造。通過(guò)不同的處理方式進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)可行性比較，找出適合地鐵冷卻循環(huán)水處理的方法。

  關(guān)鍵詞：循環(huán)水旁通過(guò)濾器節(jié)水效果   一、情況概述：北京地鐵復(fù)八線西起復(fù)興門(mén)站，東至四惠東站，全線共設(shè)13座車站，是北京地鐵建設(shè)史上第一條設(shè)計(jì)安裝有中央空調(diào)系統(tǒng)的地鐵線路。車站全部采用水冷式制冷機(jī)做為站內(nèi)環(huán)境溫度控制。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中循環(huán)冷卻水的損失量很大，已成為北京地鐵用水量最多的設(shè)備。北京是一個(gè)缺水的大都市，市政府對(duì)節(jié)水要求很高，而且，水費(fèi)又在不斷的提升，使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用在地鐵公司總的費(fèi)用中也占據(jù)了一定的比例。節(jié)約用水，降低運(yùn)行費(fèi)用是地鐵運(yùn)營(yíng)公司的首要任務(wù)，首先我們要確定可以節(jié)約的水量在哪里？在制冷機(jī)運(yùn)行季節(jié)，正常的蒸發(fā)量和合理的飛濺損失量是無(wú)法回收的，只有通過(guò)相應(yīng)的水處理技術(shù)和設(shè)備來(lái)合理的減少排污水量。也就是說(shuō)：減少排污量是開(kāi)展節(jié)約用水工作的重點(diǎn)⑴在制冷機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于水的溫度是通過(guò)蒸發(fā)而降溫的，在蒸發(fā)過(guò)程中也是水質(zhì)濃縮的過(guò)程，系統(tǒng)中水質(zhì)硬度隨著濃縮過(guò)程的進(jìn)行而增加，其表現(xiàn)出的結(jié)垢傾向會(huì)隨著濃縮倍數(shù)的增加而增加。如果僅采取簡(jiǎn)單的減少排污量，甚至不排污的方式，蒸發(fā)器內(nèi)管和冷卻塔上會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，造成能耗增加和檢修工作量增加，這種代價(jià)是不合理的和不可取的。所以為了避免這種代價(jià)的交換，應(yīng)選擇好合理的濃縮倍數(shù)，適量排污?；蜻x擇好的水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)和相應(yīng)的技術(shù)改造，以達(dá)到更好的水處理效果和減少更多的排污⑵。濃縮倍數(shù)的選擇是根據(jù)水質(zhì)情況來(lái)確定的，循環(huán)冷卻水的蒸發(fā)和排污與循環(huán)水量、溫差、濃縮倍數(shù)等因素相關(guān)。在沒(méi)有采用過(guò)濾器前，運(yùn)行期的分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表一：表一2003年天安門(mén)西站運(yùn)行期冷卻水平均分析數(shù)據(jù)站點(diǎn)名稱PH值TDSmg/l總硬度mg/l氯離子mg/l最低濃縮倍數(shù)最高濃縮倍數(shù)平均的濃縮倍數(shù)天安門(mén)西8.821043636771.144.222.54按照常規(guī)預(yù)測(cè)：一套循環(huán)水量在500M3/H的系統(tǒng)，當(dāng)濃縮倍數(shù)在2.54時(shí)，它的排污量大約在2M3/H，每天運(yùn)行12小時(shí)，每天的排污量在24噸，而當(dāng)濃縮倍數(shù)提高到5時(shí)，排污量下降到0.75M3/H，每天是9噸，減少15噸。如果一個(gè)系統(tǒng)可以每天節(jié)水10-20噸，整個(gè)沿線的節(jié)水率是非?？捎^的。按每年運(yùn)行時(shí)間120天計(jì)算，13個(gè)站，每個(gè)運(yùn)行季節(jié)可以節(jié)水22000噸，按每噸水5.7元計(jì)算，節(jié)約費(fèi)用大約是12.54萬(wàn)元，其節(jié)水的社會(huì)、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益非常顯著的。隨著對(duì)環(huán)境和節(jié)水要求的日益提高，循環(huán)冷卻水“零”排污技術(shù)的推廣和應(yīng)用是國(guó)內(nèi)水處理界的新技術(shù)目標(biāo)。二、解決方案----化學(xué)處理與旁流過(guò)濾技術(shù)結(jié)合：在理論上，大幅度提高循環(huán)冷卻水運(yùn)行的濃縮倍數(shù)是可能的，在技術(shù)上是可行的，一些文獻(xiàn)還提出冷卻水處理的“零”排污方案。這種方案是利用化學(xué)水穩(wěn)定劑的處理技術(shù)與旁流過(guò)濾設(shè)備相結(jié)合來(lái)達(dá)到目的⑶。在冷卻水運(yùn)行過(guò)程中，冷卻塔是開(kāi)放式運(yùn)行，塔上的污物很多，像風(fēng)沙帶進(jìn)的懸浮物，破碎的塔片和在冷卻塔上滋生的藻類粘泥，這些污物在冷卻水運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)在流速低的地方沉積，造成水的濁度增加；也會(huì)導(dǎo)致水中成垢物質(zhì)結(jié)集在一起，形成垢質(zhì)，沉積在換熱面上，影響換熱效率。冷卻水的排污，實(shí)際上就是通過(guò)增加的新水降低這些污物的影響。如果能夠通過(guò)過(guò)濾器的方式將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風(fēng)沙及碎塔片等過(guò)濾去除，是可以提高運(yùn)行水的濃縮倍數(shù)，減少排污量的。常規(guī)的物理過(guò)濾處理是在循環(huán)管線上，安裝一個(gè)管道過(guò)濾器。大部分管道過(guò)濾器采用單層濾網(wǎng)直接阻擋機(jī)械雜質(zhì)。由于管道水的正面壓力，濾網(wǎng)很容易堵塞，而小于孔徑的雜質(zhì)依然會(huì)透過(guò)過(guò)濾器。我們采用旁流精確過(guò)濾的方式，是通過(guò)安裝旁路精密管道過(guò)濾器的方式，將冷卻水中的懸浮物，藻類粘泥和風(fēng)沙及碎踏片等過(guò)濾，提高運(yùn)行水的潔凈度。該過(guò)濾器采用剛性濾網(wǎng)與復(fù)合纖維組成，多層過(guò)濾，不但有機(jī)械阻擋作用，還具有溶膠吸附作用，不僅能吸附小于孔徑的雜質(zhì)，還能吸附部分水溶性物質(zhì)，如：銹水、膠體等。這種過(guò)濾器盡管也是串聯(lián)在管道中，但由于采用了切向進(jìn)水，水在容器中形成漩流，這樣，大的雜質(zhì)由于離心力的作用向外擴(kuò)散，進(jìn)而靠重力下移，過(guò)濾層在中心出水管四周。另外由于向心力的作用，水對(duì)過(guò)濾層的正面壓力減小，因而為吸附過(guò)濾制造了條件，即吸附的雜質(zhì)不易因?yàn)樗畨憾高^(guò)過(guò)濾層。不但如此，圍繞中心出水管而旋轉(zhuǎn)的水流對(duì)擋在過(guò)濾層外面的雜質(zhì)還有沖刷作用（用水流對(duì)過(guò)濾層的剪切力自動(dòng)清洗）。向心力形成的旋渦促使雜質(zhì)向下集中，這樣，自動(dòng)控制系統(tǒng)就可適時(shí)的將雜質(zhì)排出。這種過(guò)濾的特殊結(jié)構(gòu)巧妙的使水流產(chǎn)生離心力、向心力、剪切力、漩流沉淀，因此，具有過(guò)濾效果好，不易堵塞，工作可靠的特點(diǎn)。雖然過(guò)濾器并聯(lián)安裝在循環(huán)系統(tǒng)中，但通過(guò)的水量只是循環(huán)水量的5%左右，對(duì)系統(tǒng)總的循環(huán)流量影響不大，即使過(guò)濾器發(fā)生堵塞，也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行有影響。如果采用串聯(lián)方式，利用壓差排污，對(duì)系統(tǒng)的總流量是有影響的，會(huì)減少系統(tǒng)循環(huán)水量，會(huì)直接影響換熱效率，如果發(fā)生堵塞，系統(tǒng)運(yùn)行將有困難。三、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：我們通過(guò)近幾年在地鐵復(fù)八線實(shí)際冷卻水處理技術(shù)的實(shí)施和對(duì)水質(zhì)等問(wèn)題的了解，及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管理和運(yùn)行模式的認(rèn)識(shí)，我們認(rèn)為，在地鐵復(fù)八線推廣“零”排污技術(shù)是可行的，通過(guò)技術(shù)實(shí)施和雙方協(xié)商好的運(yùn)行方式，可以獲得相當(dāng)大的節(jié)水效果。2003年開(kāi)始，我們對(duì)整個(gè)復(fù)八線的濃縮倍數(shù)提升做了一些嘗試，將部分站點(diǎn)的濃縮倍數(shù)達(dá)到6左右，總硬度達(dá)到1000以上。在這個(gè)硬度下運(yùn)行，結(jié)垢傾向會(huì)很嚴(yán)重。由于天安門(mén)西站原設(shè)計(jì)的水箱不合理，每次停機(jī)水都有泄漏問(wèn)題，2003年運(yùn)行期濃縮倍數(shù)只有2.54。在2004年，我們采用了采用旁流過(guò)濾方法，安裝了一臺(tái)20M3/H的精密旁通過(guò)濾器，具體安裝見(jiàn)附圖：運(yùn)行期間，我們請(qǐng)中石化集團(tuán)的水處理藥劑評(píng)定中心進(jìn)行水樣抽檢和腐蝕掛片檢驗(yàn)，其中水樣分析報(bào)告和掛片數(shù)據(jù)見(jiàn)表二和表三⑶⑷⑸。表二水樣分析報(bào)告分析項(xiàng)目自來(lái)水循環(huán)冷卻水總硬度mg/l280-360900-1700總堿度mg/l200-250500-770氯離子mg/l30-46163-352濃縮倍數(shù)6-8按照濃縮倍數(shù)7計(jì)算，排污量為0.6M3/H，每天的排污量為7.2噸，與2003年比，每天節(jié)水16.8噸。達(dá)到了預(yù)期的目的。從運(yùn)行效果看，整個(gè)運(yùn)行期，制冷機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)任何結(jié)垢跡象，從腐蝕掛片的腐蝕率看，效果也很好。表三腐蝕率數(shù)據(jù)懸掛掛片號(hào)材質(zhì)腐蝕率   mm/年說(shuō)明2157碳鋼A30.1017掛片露出水面，所以偏高2152碳鋼A30.08042198碳鋼A30.06792178碳鋼A30.04832151碳鋼A30.05802176碳鋼A30.04112179碳鋼A30.0388平均值0.06236141黃銅0.00136145黃銅0.00116144黃銅0.0002平均值0.0008國(guó)家行業(yè)規(guī)范要求：開(kāi)放式水處理系統(tǒng)腐蝕率允許值：≤0.125mm/年，我們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明均符合國(guó)家水處理規(guī)范要求。四、實(shí)施方案和節(jié)約的費(fèi)用：我們?cè)谘h(huán)管道上引出一條旁路，水量是總循環(huán)水量的1/20，安裝一個(gè)精密過(guò)濾器，水通過(guò)精密過(guò)濾器過(guò)濾后，再返回到運(yùn)行管線中。設(shè)備費(fèi)用大約在8200-10000元采用精密過(guò)濾器的綜合效益可以從幾個(gè)方面統(tǒng)計(jì)：1.節(jié)水量：每臺(tái)制冷機(jī)可以節(jié)約用水10-20噸/天，節(jié)水總量在23400噸2.節(jié)省費(fèi)用：按每噸水5.7元計(jì)算，全年節(jié)水費(fèi)用達(dá)到13.34萬(wàn)元。3.節(jié)能源：當(dāng)采用旁流過(guò)濾技術(shù)后，水的潔凈度增加，在冷卻塔上的附著量減少，提高了冷卻塔的換熱效率，相當(dāng)節(jié)約了能源消耗，估計(jì)至少可以降低5-10%的能源消耗。4.節(jié)約水處理藥劑：水處理藥劑是按照補(bǔ)充水量投加的，當(dāng)采用過(guò)濾器后，補(bǔ)水量降低，加藥量也可以節(jié)省10%左右。安裝一臺(tái)旁流過(guò)濾器的成本從一年的節(jié)水和節(jié)電、藥劑費(fèi)用中就可以收回。五、結(jié)論通過(guò)我們?cè)诘罔F天安門(mén)西站進(jìn)行化學(xué)水處理與旁通過(guò)濾技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用試驗(yàn)表明，在滿足國(guó)家對(duì)循環(huán)水的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以大量減少排污量，節(jié)省水資源。從而真正實(shí)現(xiàn)冷卻水系統(tǒng)的零排污運(yùn)行模式，會(huì)為北京地鐵贏得更好的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)效益。如果在地鐵和相關(guān)單位推廣應(yīng)用、將會(huì)產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。   六、參考文獻(xiàn)：1.金熙等編《工業(yè)水處理技術(shù)問(wèn)答及常用數(shù)據(jù)》北京.化學(xué)工業(yè)出版社，1997年，274-2902.齊冬子編《敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理》北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2001年，8-10，169-181，212；3.中石化總公司水處理藥劑評(píng)價(jià)中心實(shí)驗(yàn)報(bào)告，2004年,未發(fā)表；4.北京宇清源水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，2003年地鐵運(yùn)行總結(jié)報(bào)告未發(fā)表；5.北京宇清源水處理技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司，2004年地鐵運(yùn)行總結(jié)報(bào)告未發(fā)表；