冷却水系统技术要点

冷却水系统技术要点冷却水系统作为工业生产和建筑空调领域的核心配套设施，其技术管理水平直接影响设备运行效率、能源消耗及系统寿命。全面掌握冷却水系统的技术要点，对于保障系统安全、稳定、经济运行具有重要意义。一、系统构成与基本原理冷却水系统主要由冷却塔、循环水泵、换热设备、水质处理装置、管道阀门及控制系统组成。冷却塔通过蒸发散热降低水温，循环水泵提供动力维持水循环，换热设备实现热量交换，水质处理装置保障水质达标，管道阀门输送介质，控制系统实现自动化管理。系统工作原理基于热力学蒸发冷却效应。热水从换热设备流出，通过管道进入冷却塔上部，经布水系统均匀喷洒至填料层。空气在风机作用下自下而上流经填料，与热水形成逆流或横流接触。部分水分蒸发吸收汽化潜热，使剩余水体温度降低。冷却后的水汇集至塔底集水池，由循环水泵加压送回换热设备，完成闭式或开式循环。根据循环方式，系统分为开式系统和闭式系统。开式系统水与大气直接接触，冷却效率高但水质易受污染；闭式系统水在管内循环，通过外部喷淋或空气冷却，水质稳定但初投资较高。选择何种形式需根据工艺要求、水质条件、气候特点综合评估。二、设计选型关键技术参数设计阶段需准确计算系统热负荷。热负荷计算应基于工艺设备最大散热量，并考虑10%-15%余量。计算公式为Q=cmΔt，其中Q为热负荷（千瓦），c为水的比热容（4.2千焦每千克摄氏度），m为循环水流量（千克每秒），Δt为供回水温差（摄氏度）。通常设计温差为5-8摄氏度，过度增大温差虽可减少流量，但会降低冷却塔效率。冷却塔选型应关注冷却能力、逼近度、气水比三个核心参数。冷却能力需满足设计工况下出水温度要求，逼近度指冷却塔出水温度与湿球温度之差，一般设计值为3-5摄氏度。气水比即空气流量与水流量的质量比，开式系统通常为0.6-1.0。选型时应要求厂家提供热力性能曲线，并验证在极端气象条件下的冷却能力。循环水泵选型需精确计算系统阻力损失。阻力包括沿程阻力和局部阻力，沿程阻力按达西-魏斯巴赫公式计算，局部阻力根据管件类型按当量长度法或阻力系数法计算。水泵扬程应满足最不利环路阻力，并增加5%-10%余量。流量按设计值选取，不考虑备用系数。水泵效率应不低于国家标准规定的节能评价值，优先选用能效等级1级或2级产品。水质处理设备配置需根据补充水水质和浓缩倍数确定。浓缩倍数N指循环水与补充水的含盐量之比，一般控制在3-5倍。过高会导致结垢加剧，过低则浪费水资源。补充水量包括蒸发损失、风吹损失、排污损失和渗漏损失，其中蒸发损失占主导，可按经验公式估算：蒸发量（立方米每小时）=循环水量（立方米每小时）×温差（摄氏度）×0.0015。三、安装施工质量控制要点冷却塔安装基础应进行承载力验算。基础混凝土强度不低于C25，表面平整度偏差不大于5毫米每米。地脚螺栓预埋位置偏差不大于2毫米，螺栓露出长度应保证螺母拧紧后露出2-3扣。塔体组装时应保证各模块间密封严密，连接螺栓按规范力矩值拧紧，通常M12螺栓拧紧力矩为60-80牛米，M16螺栓为180-220牛米。管道安装需严格控制坡度和支吊架间距。水平管道坡度不应小于0.002，坡向应利于排空。钢管支吊架间距：DN50以下不大于3米，DN65-DN150不大于4.5米，DN200以上不大于6米。塑料管因刚度较低，支吊架间距应缩短20%-30%。管道穿越墙体或楼板时应设置套管，套管与管道间填充柔性不燃材料，防止冷桥和振动传递。水泵安装应进行精确定位和减振处理。水泵底座水平度偏差不大于0.1毫米每米，联轴器对中偏差径向不大于0.05毫米，轴向不大于0.1毫米。减振器选型应根据水泵运行重量和振动频率计算，压缩量控制在额定值的70%-80%。水泵进出口应设置柔性接头，避免管道应力传递至泵体。电气控制系统安装需符合电气安全规范。控制柜接地电阻不大于4欧姆，电缆敷设应横平竖直，弯曲半径不小于电缆外径的6倍。传感器安装位置应能真实反映系统状态，温度传感器应插入管道中心，压力传感器应安装在直管段，上游直管段长度不小于10倍管径，下游不小于5倍管径。接线端子应紧固可靠，并做好线号标识。四、运行维护管理规程系统启动前应进行全面检查。第一步，检查冷却塔集水池水位是否正常，补水阀门是否开启，浮球阀动作是否灵活。第二步，检查循环水泵进出口阀门是否处于正确位置，泵体排气阀是否打开，手动盘车确认无卡阻。第三步，检查风机叶片与塔体间隙是否均匀，叶片角度是否一致，制动装置是否可靠。第四步，检查控制系统电源电压是否正常，各传感器信号是否准确，联锁保护功能是否投入。日常运行监控应每2小时记录一次关键参数。记录内容包括：供水温度、回水温度、湿球温度、系统压力、水泵电流、风机电流、冷却塔水位、补充水量和排污量。发现供水温度持续升高超过设定值2摄氏度时，应检查冷却塔填料是否堵塞、风机运行是否正常、水分布是否均匀。水泵电流超过额定值10%时，应检查管道是否堵塞、阀门开度是否异常、水泵是否气蚀。定期维护保养应按计划执行。每月清洗冷却塔填料和集水池，清除藻类、污泥和杂物。每季度检查风机皮带松紧度，用手指按压皮带中部，挠度应在10-15毫米范围内，否则应调整。每半年对水泵进行解体检修，更换磨损的密封环和轴套，检查叶轮腐蚀情况。每年对管道系统进行冲洗，清除管壁沉积物，冲洗流速不应低于1.5米每秒。冬季防冻措施需根据当地最低气温制定。当室外温度低于5摄氏度时，应关闭冷却塔进风百叶，开启旁通管使循环水不经过塔体。对于间歇运行的系统，可在水中添加防冻液，乙二醇溶液浓度根据防冻温度确定，一般-10摄氏度对应浓度25%，-20摄氏度对应35%。长期停机时应排空系统存水，并用压缩空气吹扫干净。五、水质处理与监控技术水质监控指标应包括硬度、碱度、pH值、电导率、浊度、总铁、氯离子和微生物含量。硬度控制在200-400毫克每升（以碳酸钙计），过高易结垢，过低易腐蚀。碱度控制在100-300毫克每升，与硬度保持适当比例可维持水质稳定。pH值应控制在7.5-9.0，低于7.0会加速金属腐蚀，高于9.5会导致碱性腐蚀。电导率反映水中溶解盐类总量，应控制在2000微西门子每厘米以下。阻垢缓蚀处理是水质管理的核心。阻垢剂主要通过螯合、分散、晶格畸变作用防止碳酸钙、硫酸钙沉积，常用有机膦酸盐、聚羧酸类聚合物，投加浓度一般为5-20毫克每升。缓蚀剂在金属表面形成保护膜，碳钢系统常用钼酸盐、钨酸盐，投加浓度10-30毫克每升；铜材系统需添加苯并三氮唑，浓度1-2毫克每升。两种药剂应分别投加，避免相互作用。微生物控制需综合采用氧化性和非氧化性杀菌剂。氧化性杀菌剂如次氯酸钠、二氧化氯，通过破坏微生物细胞结构起效，投加频率每周2-3次，每次维持余氯0.5-1.0毫克每升，持续4-6小时。非氧化性杀菌剂如异噻唑啉酮、季铵盐，用于杀灭耐氯性微生物，每月投加1-2次，浓度50-100毫克每升。两种杀菌剂应交替使用，防止微生物产生抗药性。水质监控应建立在线监测与实验室分析相结合的制度。在线仪表实时监测pH值、电导率、浊度，数据上传至控制系统。实验室每周进行一次全面分析，包括硬度、碱度、总铁、微生物总数。当浓缩倍数超过设定值时，应加大排污量，排污量按公式计算：排污量=蒸发量÷(浓缩倍数-1)-风吹损失。补充水水质变化时应及时调整药剂配方。六、常见故障诊断与处理冷却能力下降表现为供水温度升高。第一步，检查冷却塔风机运行状态，测量电流是否低于额定值，检查叶片角度是否调整一致，偏差不应大于2度。第二步，检查填料是否堵塞，通过塔体观察窗查看水分布是否均匀，局部无水膜覆盖表明该处填料堵塞，应拆卸清洗。第三步，检查布水系统，旋转布水器转速应为5-10转每分钟，固定式喷头应无脱落堵塞。第四步，测量逼近度，若逼近度大于设计值3摄氏度以上，表明冷却塔选型偏小或填料老化，需更换高效填料。水泵流量不足或扬程下降影响系统循环。第一步，检查进出口阀门开度，确认阀门完全开启且阀芯未脱落。第二步，测量水泵进出口压力，计算实际扬程，若扬程低于额定值20%以上，应检查叶轮是否磨损或堵塞。第三步，检查吸入管路是否漏气，运行中停泵，若压力表指针迅速归零表明吸入管漏气，应检查法兰密封和管道焊缝。第四步，检查水泵气蚀情况，若泵体有噼啪异响且出口压力波动，应降低安装高度或提高吸入液面。水质恶化导致结垢腐蚀。结垢表现为换热设备进出口温差减小，传热系数下降，垢样分析碳酸钙含量大于50%。处理方法是加大酸洗频率，盐酸浓度控制在5%-8%，缓蚀剂浓度0.3%-0.5%，清洗时间4-6小时，流速0.3-0.5米每秒。腐蚀表现为管道点蚀穿孔，腐蚀速率大于0.125毫米每年，应提高缓蚀剂浓度，检查pH值是否过低。微生物黏泥表现为填料和管道内壁滑腻，异养菌总数大于10的5次方个每毫升，应加强杀菌剂投加，清洗冷却塔死角。电气控制系统故障可能导致系统停机。第一步，检查电源电压是否稳定，电压波动范围不应超过额定值的±10%。第二步，检查热继电器整定值，应按电机额定电流的1.1-1.2倍整定，过小易误动作。第三步，检查PLC输入输出模块，测量传感器信号是否在4-20毫安标准范围内，检查接触器线圈电压是否正常。第四步，检查程序逻辑，模拟各种工况验证联锁保护功能，特别是低水位停泵、超温报警等功能必须可靠。七、节能优化技术措施冷却塔节能运行应优化风机控制策略。采用变频调速技术，根据供水温度自动调节风机转速，频率调节范围30-50赫兹，避免风机频繁启停。多台冷却塔并联时，应根据负荷变化合理确定运行台数，避免所有塔低负荷运行。利用夜间低温时段，可停止风机运行，依靠自然通风冷却，节能率可达30%-40%。定期清洗填料和除水器，减少空气阻力，风机电流可降低5%-10%。水泵节能改造应进行系统水力平衡调试。实测各环路流量，计算不平衡率，通过调整阀门开度使各环路流量偏差不大于设计值的10%。对于长期低负荷运行的系统，可切削水泵叶轮直径，切削量不应超过原直径的20%，或更换小流量水泵。采用二级泵系统，冷热源侧一级泵定流量运行，负荷侧二级泵变流量运行，可显著降低输送能耗。水质管理优化可减少排污和补水。提高浓缩倍数至5-6倍，可减少排污量30%-40%，但需加强水质监控，防止结垢加剧。采用旁流过滤技术，取循环水量的3%-5%进行过滤，去除悬浮物，可延长排污周期。利用中水或再生水作为补充水源，需进行深度处理，硬度去除率应大于80%，浊度小于5NTU，可节约新鲜水资源50%以上。智能控制技术可实现系统整体优化。建立冷却水系统能耗模型，实时采集温度、压力、流量、功率等参数，计算系统能效比。采用模型预测控制算法，根据气象预报和负荷预