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關(guān)鍵詞：中水回用；濃縮倍數(shù)；計(jì)算方法
中圖分類號(hào)：C32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1 濃縮倍數(shù)介紹
1.1 節(jié)水量和濃縮倍數(shù)的關(guān)系
現(xiàn)在從節(jié)約水資源的角度看以下補(bǔ)充水量M占循環(huán)水量R的百分比M/R與濃縮倍數(shù)N的關(guān)系，以及每提高一個(gè)濃縮倍數(shù)時(shí)節(jié)約的補(bǔ)水百分比（以占循環(huán)水量的百分比表示）
（M/R）/N與濃縮倍數(shù)N的關(guān)系。
呼和浩特石化公司1#循環(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)能力為13500m3/h，向一聯(lián)合裝置、二聯(lián)合裝置（除加氫改制）、硫磺回收及輔助設(shè)施供水，冷卻塔進(jìn)口與出口的水溫分別是40和28℃，當(dāng)濃縮倍數(shù)N分別是1.5-10.0時(shí)的補(bǔ)充水量M和排污水量B以及補(bǔ)充水量占循環(huán)水量的百分比M/R列于表1中。計(jì)算方法如下：
1.1.1 循環(huán)水補(bǔ)水量按公式M=E+D+B計(jì)算:
式中：M為循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)充水量，m3/h;E為蒸發(fā)水量，m3/h；D為風(fēng)吹損失水量，m3/h；B為排污水量，m3/h。
1.1.2 蒸發(fā)水量按公式E=R*CP*T/r計(jì)算:
式中：CP為水的熱容量，Kj/kg·℃，（4.187）；T為冷卻塔溫差，℃；r為水的蒸發(fā)潛熱，Kj/kg，40℃是2401；R為循環(huán)水量，m3/h。
1.1.3風(fēng)吹損失量按公式D=R*0.05%:
式中：D為風(fēng)損失量，m3/h。
1.1.4總排污水量按公式BT=E/(N-1)計(jì)算，排污水量B=BT-D:
式中：BT為總排污水量,m3/h。
由以上公式計(jì)算出的不同濃縮倍數(shù)下冷卻水運(yùn)行參數(shù)M、B、M/R、（M/R）/N的計(jì)算結(jié)果列于表1中：
1.2濃縮倍數(shù)的選擇
從表1可以看出：
1.2.1隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)N的增加，補(bǔ)水量M和排污水量B都不斷減少，因此，提高循環(huán)水的濃縮倍數(shù)可以節(jié)約水資源。
1.2.2每提高一個(gè)濃縮倍數(shù)單位（N=1）,但每提高一個(gè)濃縮倍數(shù)單位所降低的補(bǔ)充水量的百分比（M/R）/N隨濃縮倍數(shù)的增加而降低，當(dāng)N提高到4．0以上時(shí)，再進(jìn)一步提高濃縮倍數(shù)，節(jié)水效果不明顯。如濃縮倍數(shù)由4．0提高到5．0時(shí)，節(jié)水量?jī)H占循環(huán)水量的0.17％，由此，一般循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)通常被控制在2.0-4.0比較理想。
2濃縮倍數(shù)的監(jiān)測(cè)
2.1單一補(bǔ)水循環(huán)水濃度的計(jì)算
對(duì)于用單一補(bǔ)水的循環(huán)水系統(tǒng)日常運(yùn)行時(shí)，我們通常是根據(jù)循環(huán)水中某一組分的濃度或者某一性質(zhì)與補(bǔ)充水中的某一重組分的濃度或者某一種性質(zhì)之比計(jì)算循環(huán)水的濃縮倍數(shù)N。即：N=CR/CM
式中：CR為循環(huán)水中某一組分的濃度或者某一則分的性質(zhì)；
CM為補(bǔ)充水中某一組分的濃度或者某一則分的性質(zhì)。
對(duì)于用來監(jiān)測(cè)濃縮倍數(shù)的組分濃度或者性質(zhì)的要求是：它們只隨濃縮倍數(shù)的增加而成比例地增加，而不受運(yùn)行中其他條件（加熱、曝氣、投加水處理劑、沉淀或者結(jié)垢等）的干擾，通常選用的組分濃度和性質(zhì)有：氯離子濃度、鈣離子濃度、鉀離子濃度、含鹽量和電導(dǎo)率。在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，通常要加入氯、次氯酸鈉等去除水中的微生物，此時(shí)，循環(huán)水中會(huì)引入額外的氯離子，使?jié)饪s倍數(shù)偏高；同時(shí)不少循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中容易結(jié)垢，尤其在高硬度、高堿度和高濃縮倍數(shù)時(shí)，用鈣離子濃度計(jì)算的濃縮倍數(shù)結(jié)果往往偏低；用含鹽量和電導(dǎo)率計(jì)算濃縮倍數(shù)比較簡(jiǎn)單，但是處理藥劑的加入會(huì)使水中的含鹽量和電導(dǎo)率增加，會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)的測(cè)定產(chǎn)生較大誤差。而大多數(shù)鉀離子的溶解度較大，在循環(huán)水的運(yùn)行過程中又不會(huì)從水中析出，鉀離子的水處理劑比較少，所以用循環(huán)水中的鉀離子濃度與補(bǔ)充水中鉀離子濃度之比計(jì)算濃縮倍數(shù)N時(shí)受到的干擾比較小。即：N=〔K+〕R/〔K+〕M
2.2中水回用循環(huán)水濃縮倍數(shù)的計(jì)算
2.2.1中水
所謂中水是相對(duì)于上水（自來水）和下水（污水）而言的，是指污水經(jīng)處理后，達(dá)到規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水。
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水資源越來越緊缺，存在的水污染日益嚴(yán)重的問題，污水超標(biāo)排放和任意排放使城市周圍的地表和地下水源受到嚴(yán)重污染，水質(zhì)惡化使可供利用的水資源急劇減少，部分城市出現(xiàn)污染型缺水，因此中水回用在經(jīng)濟(jì)上顯得尤為重要。
2.2.2多種補(bǔ)水循環(huán)水濃縮倍數(shù)的計(jì)算方法
中水回用循環(huán)水系統(tǒng)后，循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水往往由單一補(bǔ)水變成了復(fù)雜補(bǔ)水。以呼和浩特石化公司循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水為例，該循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水為新鮮水和中水，兩種補(bǔ)水中的用于計(jì)算濃縮倍數(shù)的有效組分或者性質(zhì)存在明顯差異，這樣會(huì)給循環(huán)水場(chǎng)的濃縮倍數(shù)計(jì)算帶來一定困難。
由于循環(huán)水系統(tǒng)不同水源的補(bǔ)水量是變化的，因此應(yīng)采用補(bǔ)水量加權(quán)計(jì)算的方式計(jì)算系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。對(duì)復(fù)雜補(bǔ)水的循環(huán)水系統(tǒng)，以不同水源計(jì)算所得的濃縮倍數(shù)差別很大。以2011年7月某一天的數(shù)據(jù)為例，以新鮮水計(jì)算的濃縮倍數(shù)為5.02，以中水計(jì)算的濃縮倍數(shù)為1.36，而實(shí)際的濃縮倍數(shù)為2.16，更接近于以中水計(jì)算的濃縮倍數(shù)，這取決于新鮮水和中水補(bǔ)水量的比例，這期間中水的補(bǔ)水量大于新鮮水的補(bǔ)水量（中水補(bǔ)水量：81.8m3/h,新鮮水補(bǔ)水量39.3m3/h）。因此，濃縮倍數(shù)計(jì)算方法應(yīng)該同時(shí)考慮新鮮水和中水的補(bǔ)水量。計(jì)算公式應(yīng)為：
濃縮倍數(shù)N=循環(huán)水CR×總補(bǔ)水量/(新鮮水補(bǔ)水量*新鮮水C新+中水補(bǔ)水量×中水C中)
結(jié)論
濃縮倍數(shù)是循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行情況的綜合指標(biāo)，并非越大越好。一般循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)通常被控制在2.0-4.0比較理想。由于除鉀離子以外的其它濃度或者性質(zhì)存在著不同程度的缺點(diǎn)，因此用鉀離子測(cè)定出來的濃縮倍數(shù)較接近實(shí)際值。針對(duì)有不同水質(zhì)作為補(bǔ)水的循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)采用補(bǔ)水量加權(quán)計(jì)算的方式計(jì)算系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，這樣所得的濃縮倍數(shù)更能反應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況。
【關(guān)鍵詞】中水；循環(huán)冷卻水；緩蝕；阻垢；殺菌
1.概述
隨著城市水資源的緊缺，越來越多的生活污水和工業(yè)廢水經(jīng)深度處理后用于循環(huán)冷卻水的補(bǔ)水[1]。中水特點(diǎn)為：水質(zhì)復(fù)雜，懸浮物含量高，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富。廢水經(jīng)深度處理后回用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)最大的潛在危害在于中水中有害離子含量較高，隨著循環(huán)水的不斷濃縮，這些有害離子含量將成倍增加，系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢的潛在危險(xiǎn)增大。在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中，補(bǔ)水水質(zhì)的要求，直接影響對(duì)其設(shè)備的腐蝕及結(jié)垢，而水質(zhì)與緩蝕阻垢劑、殺菌劑的選用又密不可分。
目前大量的研究主要側(cè)重于中水深度處理的工藝的探討研究或集中于廢水的深度處理單元的研究，沒有中水做為循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的化學(xué)處理方法。本文根據(jù)目前已使用中水的循環(huán)水系統(tǒng)作為研究，調(diào)整藥劑，優(yōu)化加藥方式，提出全新的解決中水作為工業(yè)循環(huán)冷卻水給設(shè)備帶來的腐蝕結(jié)垢問題。
2.藥劑制備與化學(xué)處理方法
2.1復(fù)合阻垢緩蝕劑的制備
原料以重量份數(shù)配制：聚環(huán)氧琥珀酸9-11份、2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸18-22份、雙1，6亞己基三胺五亞甲基膦酸19-21份、自制阻垢分散劑25-35份、苯駢三氮唑1-3份，去離子水9-28份組成；
（1）自制阻垢分散劑的制備，由馬來酸酐480-510份、磷酸二氫鈉溶液200-230份、引發(fā)劑100-120份，去離子水290-310份、丙烯酸178-185份組成；制備：將去離子水、馬來酸酐經(jīng)泵吸入反應(yīng)釜中，開啟攪拌，至固體全部溶解；將丙烯酸、磷酸二氫鈉溶液、引發(fā)劑依次滴入反應(yīng)釜中，滴加時(shí)間2.8-3.0小時(shí)，溫度在60-70℃；全部滴加完畢，溫度控制在68-72℃，繼續(xù)攪拌3-4小時(shí)，冷卻至室溫，得到透明粘稠液體為阻垢分散劑，其固含量為30-50%；
其中磷酸二氫鈉溶液是指45份次磷酸二氫鈉溶于155份無離子水中制得溶液；引發(fā)劑是指10-15份過硫酸鉀溶于100份無離子水中制得。
（2）復(fù)合阻垢緩蝕劑的制備：按上述的原料和重量分?jǐn)?shù)，先將聚環(huán)氧琥珀酸加入2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸中，置于容器內(nèi)，混合均勻，依次加入雙1，6亞己基三胺五亞甲基膦酸、自制阻垢分散劑、去離子水，攪拌25-35分鐘，保持溫度在20-35℃，然后加入苯駢三氮唑，繼續(xù)攪拌30-60分鐘，保持溫度在20-35℃，即得復(fù)合阻垢緩蝕劑；
2.2 微生物控制
微生物控制為氧化性殺菌劑、非氧化性殺菌劑、生物分散劑相結(jié)合的處理方法。氧化性殺菌劑為二氯異氰尿酸鈉或三氯異氰脲酸或溴氯二甲基海因，優(yōu)選溴氯二甲基海因，每周投加2次，每次投加20mg/L；非氧化性殺菌劑為改性季銨鹽類殺菌劑，每2周投加1次，每次投加100mg/L；生物分散劑為非離子型表面活性劑，每周投加1次，每次20mg/L；微生物控制藥劑在集水池急流處采用沖擊式人工加藥，投加量按保有水量計(jì)算。
2.3 循環(huán)水優(yōu)化控制
循環(huán)水優(yōu)化采用SYZL ∑sigma 全自動(dòng)總磷在線監(jiān)控加藥系統(tǒng)，控制加藥和補(bǔ)排水。復(fù)合阻垢緩蝕劑的投加量10-15mg/L（以補(bǔ)中水為基準(zhǔn)），控制循環(huán)水總磷在4-7mg/L。濃縮倍率控制在5.0倍左右。循環(huán)水進(jìn)行旁濾處理，并設(shè)有青QYC-120監(jiān)測(cè)換熱器。
上述的化學(xué)處理方法，自制阻垢分散劑固含量大于30%，其余化學(xué)制劑均為市售工業(yè)產(chǎn)品。
3.復(fù)合阻垢緩蝕劑試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證
取表1所述水樣，試驗(yàn)方法按照HG/T 2160-2008《冷卻水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)方法》[2]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1，表2。
由表2所知：本研究的復(fù)合緩蝕阻垢劑在中水回用于循環(huán)冷卻水中，控制系統(tǒng)結(jié)垢與腐蝕效果很好，腐蝕速率遠(yuǎn)控制在GB 50050-2007規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。
4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
本方法用于中試某煤制甲醇廠的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，補(bǔ)水為煤化工廢水制的中水中，復(fù)合阻垢緩蝕劑投加量約為12mg/L；通過氧化性殺菌劑選用溴氯二甲基海因，每周投加2次，每次投加20mg/L；非氧化性殺菌劑為改性季銨鹽類殺菌劑，每周投加1次，每次投加80mg/L；生物分散劑為非離子型表面活性劑，每周投加1次，每次15mg/L；三種藥劑交替間隔投加，運(yùn)行半年，有效控制了結(jié)垢和腐蝕狀況，現(xiàn)場(chǎng)使用情況良好。
本方法循環(huán)水處理采用SYZL ∑sigma 全自動(dòng)總磷在線監(jiān)控加藥系統(tǒng)，控制循環(huán)水總磷4-7mg/L，自動(dòng)補(bǔ)水和排污。氧化性殺菌劑、非氧化性殺菌劑、生物分散劑采用沖擊式人工加藥，在集水池急流處。以保有水量計(jì)算加藥量。循環(huán)水采用旁濾處理裝置和QYC-120監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行循環(huán)水運(yùn)行效果監(jiān)控，控制濃縮倍率為5.0左右運(yùn)行
5.結(jié)論
（1）自制的阻垢分散劑，對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣特別是磷酸鈣垢的形成和沉積有良好的抑制作用，對(duì)三氧化二鐵、污泥、粘土和油垢也有良好的分散性能，特別適用于中水水質(zhì)。
（2）中水中含有大量的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以微生物控制尤為重要，鑒于微生物的特性，采取氧化性殺菌劑、非氧化性殺菌劑、生物分散劑相結(jié)合的處理方法。以充分發(fā)揮三者者的優(yōu)點(diǎn)，并可以消除細(xì)菌對(duì)某種殺生劑產(chǎn)生的抗藥性，并能完全控制中水微生物滋生嚴(yán)重的問題。
（3）回用于循環(huán)水的水質(zhì)控制濃縮倍率控制在5.0左右，循環(huán)水進(jìn)行旁濾處理，防止污垢在換熱器表面沉積。
（4）本方法的控制要點(diǎn)簡(jiǎn)單易行，自動(dòng)化程度高，為企業(yè)的節(jié)能降耗提供了示范作用，彰顯技術(shù)進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】智能控制 循環(huán)水控制系統(tǒng)
在重工業(yè)領(lǐng)域中，循環(huán)水控制系統(tǒng)是獨(dú)立并且十分重要的子系統(tǒng)，循環(huán)水泵是循環(huán)水系統(tǒng)中不可或缺的執(zhí)行器件，它供水效率高，但傳統(tǒng)的控制方式能耗也相對(duì)很高，大約能占一般工廠總用電量的1%-1.5%左右。所以，研究開發(fā)循環(huán)水控制系統(tǒng)中水泵最佳控制方式，對(duì)于節(jié)約能源，提高控制系統(tǒng)適用性有很大意義。
1 研究的背景和意義
在大型企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中，如果只有一臺(tái)變頻器來調(diào)節(jié)一臺(tái)水泵電機(jī)，不但很難達(dá)到控制要求，而且也會(huì)帶來資源的浪費(fèi)和軟硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜性等不足。這時(shí)一臺(tái)變頻器拖動(dòng)幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)循環(huán)水控制系統(tǒng)的恒壓供水控制手段是個(gè)不錯(cuò)的選擇，并且在變頻器周圍提供供水壓力的非開環(huán)控制調(diào)節(jié)，能夠隨著系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)時(shí)地進(jìn)行調(diào)節(jié)。在設(shè)計(jì)幾臺(tái)水泵電動(dòng)機(jī)循環(huán)不斷控制時(shí)需要在外部提供相應(yīng)的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)水泵之間的循環(huán)控制。而在水泵電機(jī)從變頻運(yùn)行到工頻運(yùn)行轉(zhuǎn)換的過程中時(shí)一般都采用主電路軟啟動(dòng)器降低電壓的控制方式來完成之間的轉(zhuǎn)換，這樣就可以有效地保護(hù)好水泵。
循環(huán)水控制系統(tǒng)在制造業(yè)、電力等產(chǎn)業(yè)中很常見，譬如鋼鐵產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在的工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）應(yīng)用面廣，在整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)工藝上從鋼鐵的燒結(jié)、焦化到煉鐵、煉鋼、軋鋼等幾乎全部生產(chǎn)工藝過程，都需要循環(huán)水控制系統(tǒng)為它們冷卻。（2）能耗巨大，對(duì)于中小型鋼鐵廠來說，僅水泵年耗電量就達(dá)3億度以上，約占企業(yè)生產(chǎn)總耗電量的10%左右。（3）自動(dòng)化運(yùn)行程度低，大多數(shù)生產(chǎn)工藝過程使用手動(dòng)操作，降低了生產(chǎn)效率，即使采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)，控制要求和水平也不是很高，同時(shí)也缺乏有效的管理和控制技術(shù)。（4）節(jié)能潛能巨大，循環(huán)水系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)過程的輔助系統(tǒng)，只要能滿足冷卻設(shè)備的溫度要求就可以了，在控制技術(shù)與管理上還比較粗放，節(jié)能潛力很大。
圖1是我們對(duì)通鋼循環(huán)水系統(tǒng)流程框圖，其中包括連鑄系統(tǒng)和軋鋼系統(tǒng)，從圖中可以看出，兩個(gè)系統(tǒng)包含的水泵高達(dá)上百臺(tái)，耗電量非常大，因此對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行研究，對(duì)于企業(yè)的節(jié)能降耗意義重大。
2 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀
近年來，在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，先后出現(xiàn)了一些先進(jìn)的智能控制算法，同時(shí)一些先進(jìn)的技術(shù)也被運(yùn)用到其中，不僅可以滿足控制系統(tǒng)基本要求，而且還可以使系統(tǒng)的運(yùn)行更加節(jié)能和智能化。研究者們轉(zhuǎn)向了其他的高級(jí)控制理論和方法的研究與應(yīng)用，譬如，最優(yōu)控制理論、自適應(yīng)控制理論、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論和模糊控制理論等。把智能控制理論運(yùn)用到實(shí)際控制系統(tǒng)上去，實(shí)現(xiàn)控制要求，這是理論聯(lián)系實(shí)際的一個(gè)重大突破。
智能控制解除了控制對(duì)象精確具體數(shù)學(xué)模型的限制，它以實(shí)時(shí)系統(tǒng)工作狀態(tài)和參數(shù)變化情況對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，不需要精確的數(shù)學(xué)模型作為控制基礎(chǔ)，在干擾多、干擾強(qiáng)，非線性強(qiáng)、強(qiáng)耦合等復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)中，其優(yōu)勢(shì)將會(huì)得到充分的展現(xiàn)。
智能控制算法還具有實(shí)時(shí)控制、性能識(shí)別、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和擬人等優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)控制系統(tǒng)運(yùn)行中計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)得到各種參數(shù)變化的數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過控制器實(shí)時(shí)的處理得出相應(yīng)的控制決策，在進(jìn)一步通過參數(shù)的不斷優(yōu)化和尋求控制器最佳的控制方式，從而獲得整個(gè)控制系統(tǒng)的最佳的控制方式。
循環(huán)水系統(tǒng)屬于大滯后、非線性控制系統(tǒng)，建立數(shù)學(xué)模型相對(duì)困難，模糊控制方法是不需要非線性控制理論和數(shù)學(xué)模型的情況下建立非線性控制的方法，只要確定好模糊變量、模糊因子、論域、以及模糊規(guī)則等參數(shù)就行了。很多文獻(xiàn)提出將模糊算法與常規(guī)PID算法搭在一起構(gòu)成模糊PID算法去控制系統(tǒng)。把這種控制方式應(yīng)用到循環(huán)水的恒壓控制系統(tǒng)中去，這樣就可以在很大程度上改善了循環(huán)水系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)態(tài)精度。
3 結(jié)論
本文介紹課題研究的背景和意義，其次簡(jiǎn)要說明工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并介紹了智能控制理論在工業(yè)循環(huán)水控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以多Agent理論的歷史背景和應(yīng)用現(xiàn)狀。
參考文獻(xiàn)
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作者單位
1.長(zhǎng)春工程學(xué)院 吉林省長(zhǎng)春市 130012
2.沈陽供電公司東陵分公司 遼寧省沈陽市 110000
通過對(duì)煤化工裝置循環(huán)水換熱器查漏方法的綜述,概括出常用的分析檢測(cè)手段,為高效快速查漏提供方法支持。循環(huán)水換熱器查漏可以從物理方法和化學(xué)方法兩個(gè)方面考慮。本文主要結(jié)合近幾年的生產(chǎn)實(shí)際,總結(jié)常用的換熱器查漏的分析方法,以便對(duì)今后的分析工作提供指導(dǎo)。
2換熱器查漏分析方法
2.1物理方法
(1)顏色。通過人眼觀察循環(huán)水顏色變化,判斷泄漏。例如:
煤氣化裝置的黑水廠房換熱器泄漏后,循環(huán)水塔池中水樣顏色明顯由土黃色變?yōu)楹谏?。芳香烴類物質(zhì)泄漏后最明顯的特征是水質(zhì)變紅。在投加非氧化性殺菌劑之后,循環(huán)水顏色恢復(fù)正常,但若漏點(diǎn)不切除,根據(jù)泄漏量的多少,循環(huán)水的顏色在不等的時(shí)間又會(huì)變紅[1].
(2)氣味。通過鼻子聞嗅工藝裝置區(qū)或循環(huán)水的氣味,判斷泄漏。例如:液化氣在常溫常壓下以氣體的狀態(tài)存在,因此發(fā)生泄漏后其中的含硫化合物有臭雞蛋氣味?；旌戏紵N泄漏后,裝置現(xiàn)場(chǎng)有濃烈的汽油味。
(3)氣泡。通過觀察循環(huán)水中的氣泡,判斷泄漏。例如:甲醇泄漏入循環(huán)水中,在水中有積累作用,是促使真菌迅速繁殖的營(yíng)養(yǎng)劑,從而提供了足夠的纖維酶,促使甲基纖維素的合成。因此循環(huán)水中產(chǎn)生了大量細(xì)小稠密的白色泡沫[2].
(4)濁度。通過檢測(cè)循環(huán)水換熱器進(jìn)出口的濁度,判斷泄漏。例如:煤氣化裝置的洗滌水常夾帶煤粉或煤灰,換熱器易磨穿泄漏。黑水或灰水泄漏后,水質(zhì)的濁度變化明顯。
(5)懸浮物。通過檢測(cè)循環(huán)水中懸浮物的多少,判斷泄漏。例如:
MTP裝置的烴類物質(zhì)泄漏進(jìn)入循環(huán)水,會(huì)促使循環(huán)水中微生物的繁殖,產(chǎn)生生物粘泥,水質(zhì)的懸浮物增多。氣化裝置的黑水廠房換熱器泄漏后,水中的懸浮顆粒物增多。
2.2化學(xué)方法
(1)酸堿度。當(dāng)泄漏的物料有明顯的酸堿性,例如液氨、氫氧化鈉、硫酸、鹽酸、胺液或酸性氣等,可以利用pH值來檢測(cè)換熱器進(jìn)出口的變化來判斷泄漏。例如:脫鹽水站的硫酸儲(chǔ)罐中硫酸泄漏進(jìn)入脫鹽水,脫鹽水的PH迅速下降。硫回收裝置的含硫化氫、氨氮含量高的“酸性水”汽提部分換熱器發(fā)生泄漏后,在最初階段表現(xiàn)為堿度、pH值上升,但泄漏一段時(shí)間后,循環(huán)水中的硫細(xì)菌將循環(huán)水中的硫化物轉(zhuǎn)化為硫酸,硝化細(xì)菌將循環(huán)水中的氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝酸。循環(huán)水的堿度、pH值均會(huì)下降,COD上升。
(2)余氯.當(dāng)含有硫化氫、二氧化硫、氨等酸性物質(zhì)泄漏進(jìn)入循環(huán)水時(shí),循環(huán)水中的二氧化氯會(huì)與這些酸性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),二氧化氯的消耗量就會(huì)增加,在投加量不變的情況下,余氯值會(huì)下降或檢測(cè)不出。當(dāng)汽油或油泄漏進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng),余氯也會(huì)下降較快。因此通過檢測(cè)換熱器進(jìn)出口的余氯,進(jìn)出口值差異較大的,可判定為泄漏。
(3)二氧化硅。當(dāng)循環(huán)水或爐水泄漏進(jìn)入蒸汽凝液系統(tǒng)時(shí),二氧化硅含量就會(huì)陡增。因此,可以通過排查蒸汽凝液系統(tǒng)的二氧化硅含量,判斷是否有循環(huán)水泄漏。
(4)氨氮。通過檢查水中的氨氮含量,判斷泄漏。例如:當(dāng)液氨泄漏進(jìn)入循環(huán)水中,初期水質(zhì)的PH、氨氮顯著上升。后期二氧化氯加入量變化明顯,余氯偏低,總鐵升高。泄漏量達(dá)到一定程度時(shí),水體中帶有氨味。
(5)化學(xué)需氧量(COD)。通過檢測(cè)換熱器進(jìn)出口或上下水的COD,可以判定換熱器是否有漏點(diǎn)。循環(huán)水中COD通常在100mg/L以下,當(dāng)烴類、醇類等有機(jī)物質(zhì)工藝物料泄漏進(jìn)入循環(huán)水,會(huì)造成循環(huán)水的COD大幅升高。MTP裝置的E-60311A換熱器泄漏時(shí)的數(shù)據(jù)變化。
(6)水中油。當(dāng)芳烴、汽油或油冷器的油泄漏進(jìn)入循環(huán)水,水體中的油含量會(huì)陡增。甚至有時(shí)可以通過肉眼觀測(cè)到,鼻子聞到。因此通過分析油冷器中循環(huán)回水中的油含量,可以判定換熱器是否有漏點(diǎn)。循環(huán)水中通常會(huì)有5.0mg/L以下的油含量,空分裝置的121-E07油冷器泄漏時(shí),進(jìn)出口的循環(huán)水中油含量達(dá)到10-80mg/L,切除漏點(diǎn)后,系統(tǒng)恢復(fù)正常。121-E07油冷器進(jìn)出口的水中油數(shù)據(jù)變化。
(7)總有機(jī)碳(TOC)。COD和TOC都是反應(yīng)有機(jī)物質(zhì)的含量,因此在MTP、PP裝置排查換熱器有無有機(jī)物質(zhì)泄漏時(shí),也可以分析水中TOC來判定,且總有機(jī)碳分析儀的樣品分析時(shí)間比COD快速消解儀短的多。
(8)水中有機(jī)物。當(dāng)醇類物料泄漏進(jìn)入循環(huán)水,會(huì)引起水中醇類含量增多,濁度、COD、TOC、異氧菌、總鐵、生物粘泥量等水質(zhì)指標(biāo)都會(huì)超標(biāo)。當(dāng)明確工藝物料為醇類時(shí),也可以使用氣相色譜法分析水中高級(jí)醇或水中醇來判定換熱器的泄漏。當(dāng)烴類物料泄漏進(jìn)入循環(huán)水,會(huì)引起水中烴類含量增多,濁度變大,COD和TOC都會(huì)升高。
當(dāng)明確工藝物料為烴類時(shí),也可以使用氣相色譜法分析水中烴類來判定換熱器的泄漏[3].
(9)腐蝕速率。工藝介質(zhì)泄漏后,循環(huán)水系統(tǒng)初期表現(xiàn)PH、余氯、濁度、油含量、COD或氨氮等指標(biāo)異常,時(shí)間長(zhǎng)時(shí)泄漏介質(zhì)會(huì)被水中微生物所消耗,細(xì)菌迅速繁殖,細(xì)菌的代謝產(chǎn)物及其所粘附的泥沙形成了危害更大的生物粘泥。生物粘泥附著的地方,將成為垢下腐蝕的部位。因此在循環(huán)水中懸掛與換熱器相同材質(zhì)的掛片,通過分析掛片的腐蝕速率,可以佐證泄漏的判斷。
MTP裝置的換熱器泄漏期間,在一循循環(huán)水的模擬換熱器、塔池、吸水池三個(gè)地方懸掛掛片,碳鋼、黃銅材質(zhì)掛片的腐蝕速率均出現(xiàn)2-9倍的超標(biāo)。
(10)微生物工藝介質(zhì)泄漏后,一般情況下水中微生物如細(xì)菌、異氧菌的個(gè)數(shù)也會(huì)有大的變化。但由于細(xì)菌、異氧菌分析的時(shí)間較長(zhǎng),因此一般不做為查漏分析的手段。但可以作為判定工藝介質(zhì)泄漏強(qiáng)弱的依據(jù)之一。MTP裝置的換熱器泄漏期間,在一循循環(huán)水的回水管路上取水樣,分析水中的異養(yǎng)菌出現(xiàn)1-9倍的超標(biāo)。
(11)有機(jī)可燃?xì)狻TP裝置的物料多是有機(jī)可燃物。當(dāng)乙烯、丙烯等氣態(tài)烴類物料泄漏時(shí),循環(huán)水中出現(xiàn)較多黃色乳化狀漂浮物,水質(zhì)濁度超標(biāo)、COD超標(biāo)、余氯檢測(cè)不出。由于乙烯、丙烯等氣態(tài)烴類不溶于水,易從水中揮發(fā)出來。因此可以采用揮發(fā)性有機(jī)氣體檢測(cè)儀檢測(cè)循環(huán)水塔池格柵處的可燃?xì)夂?快速判斷現(xiàn)場(chǎng)是否發(fā)生泄漏,再用氣相色譜儀進(jìn)行定性分析,判斷泄漏介質(zhì)組分。
一、引言
在工業(yè)用水中，工業(yè)循環(huán)冷卻用水占的比重很大，化學(xué)工業(yè)(如制藥、煉油等)中的冷卻裝置和火力發(fā)電機(jī)組中的蒸汽輪機(jī)的冷卻裝置，都是需要用到工業(yè)循環(huán)冷卻水，如果對(duì)其不加任何處理，將會(huì)對(duì)設(shè)備以及管道產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕等障礙，因此要重視對(duì)循環(huán)冷卻水的處理[1]。冷卻水的處理，是指針對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)當(dāng)中水質(zhì)、設(shè)備材質(zhì)、工況條件的不同來選擇水處理劑，緩蝕劑、阻垢劑等水處理劑正確匹配組成水處理配方，確定適宜的工藝控制條件，進(jìn)行循環(huán)冷卻水的基礎(chǔ)處理和正常運(yùn)行處理。
二、工業(yè)循環(huán)水處理的機(jī)理研究
1.阻垢機(jī)理
冷卻水系統(tǒng)中和其它受熱面上的結(jié)垢都有鹽類結(jié)晶的析出，以下三種晶體形成的步驟會(huì)影響垢的形成。①形成過飽和溶液；②生成晶核；③晶核成長(zhǎng)，形成晶體。若三個(gè)條件中破壞其一，則垢形成的過程立即會(huì)被抑制或減緩，阻垢劑干擾晶體生長(zhǎng)的基本物理化學(xué)過程是螯合反應(yīng)和表面吸附[2]。
1.1阻垢效應(yīng)
阻垢劑的分子結(jié)構(gòu)在水體系中可能表現(xiàn)出螯合、吸附和分散作用，能夠?qū)⑺幚韯┑摹皠┒嘈А钡墓δ艹浞职l(fā)揮，即一種藥劑會(huì)具備阻垢、絮凝、緩蝕、分散、殺菌等性能中的兩種或兩種以上，體現(xiàn)出不同的阻垢效應(yīng)。研究中會(huì)發(fā)現(xiàn)將多種阻垢劑按一定的比例混合使用的阻垢效果比其中一種藥劑單獨(dú)使用時(shí)的效果會(huì)更好[3]。
1.2凝聚與分散作用
對(duì)于聚羧酸鹽類的阻垢劑來說，在水中離解成含有羧酸根的游離狀態(tài)，當(dāng)與碳酸鈣微晶體發(fā)生作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生吸附現(xiàn)象，在微晶體的表面形成了雙電層。聚羧酸鹽的鏈狀結(jié)構(gòu)可以同時(shí)吸附多個(gè)具有相同電位的微晶，它們之間存在著靜電斥力，因此會(huì)阻止微晶之間的相互碰撞，進(jìn)而避免了晶狀體的產(chǎn)生。
2.緩蝕機(jī)理
鉻系、鉬系、鎢系、磷系是在工業(yè)用水中比較常用的緩蝕劑，這幾種藥劑的緩蝕作用是差別得，但他們的機(jī)理都是在裝置的金屬表面形成不溶于水或難溶于水的一層保護(hù)膜，阻礙了金屬離子的水合反應(yīng)或溶解氧的還原反應(yīng)，已達(dá)到保護(hù)裝置的作用。鉻系緩蝕劑會(huì)在碳鋼表面形成致密且不溶性的Fe203氧化膜，并且與金屬之間接合密切，同時(shí)也不會(huì)影響熱交換器的工作效率，因此表現(xiàn)出較為良好的防腐效果，但是其對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，最終逐漸的被淘汰。
三、工業(yè)循環(huán)冷卻水的處理方法分析
提高對(duì)工業(yè)循環(huán)水的利用率，降低環(huán)境污染已成為當(dāng)今工業(yè)循環(huán)水處理的一大課題。目前在我國(guó)常用的循環(huán)冷卻水的處理方法分析如下。
1.化學(xué)方法
1.1緩蝕劑
相對(duì)而言，緩蝕劑種類較多，作為水處理用的緩蝕劑要具備以下條件：對(duì)于系統(tǒng)中各種金屬要有較好的緩蝕作用；經(jīng)濟(jì)實(shí)用、符合環(huán)保要求[2]。
1.1.1鉬酸鹽：鉬酸鹽是陽極型或氧化膜型的緩蝕劑，在陽極上會(huì)產(chǎn)生一層具有保護(hù)作用的亞鐵―高鐵―鉬氧化物的鈍化膜。但是在使用鉬酸鹽作緩蝕劑時(shí)，劑量往往會(huì)比較大，因此成本相對(duì)較高。
1.1.2磷酸鹽：磷酸鹽是一種陽極緩蝕劑，價(jià)格便宜，無毒，但容易與水中的鈣離子生成磷酸鈣，導(dǎo)致垢的形成，因此常和對(duì)磷酸鈣垢有抑制作用的阻垢劑聯(lián)合使用，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)水中藻類的生長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重。
1.1.3聚磷酸鹽：目前使用最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的緩蝕劑是聚磷酸鹽，三聚酸鈉和六偏磷酸鈉是較為常用的。聚磷鹽成本低，緩蝕效果較好，同時(shí)兼有阻垢作用；易水解，無毒，水解后與Ca2+生成磷酸鈣垢，容易促進(jìn)水中藻類生長(zhǎng)。
1.2阻垢劑
在水處理中常用的阻垢劑有聚磷酸鹽、有機(jī)膦酸、機(jī)膦酸脂、聚羧酸等[2]。
1.2.1聚羧酸：聚羧酸類化合物用量極少，同時(shí)對(duì)碳酸鈣垢具有良好的阻垢作用。
1.2.2有機(jī)膦酸酯：有機(jī)膦酸酯對(duì)抑制硫酸鈣垢的效果比較好，但是在抑制碳酸鈣垢的的產(chǎn)生效果較差，但是易水解，毒性低。
1.2.3有機(jī)膦酸：常用的有EDTMP、HEDP，對(duì)碳酸鈣、水合氧化鐵和硫酸鈣的析出有較好的阻礙效果。
2.物理方法
2.1膜處理法
膜處理法是最近30年來發(fā)展起來的一種高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)，在目前工業(yè)循環(huán)水處理的研究中最活躍的領(lǐng)域之一。膜處理法是利用某些特殊的薄膜對(duì)工業(yè)循環(huán)水中的特定成分進(jìn)行選擇性透過的方法的總稱。主要有以下兩種分析方法[3]。
2.1.1反滲透處理法：反滲透是通過給工業(yè)循環(huán)水一定的壓力，以該壓力為動(dòng)力，并利用反滲透膜的選擇透過性的原理―只能通過過水而不能通過溶質(zhì)，進(jìn)而從工業(yè)循環(huán)水中提取達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的水分離過程。反滲透膜是一種將工業(yè)循環(huán)誰深度凈化處理中的有效分離技術(shù)[3]。
2.1.2納濾處理法：是近些年來發(fā)展較快的一種膜處理工業(yè)循環(huán)水技術(shù)，且操作水壓力僅為0.5MPa左右即可達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)Ca2+、Mg2+等二價(jià)正離子具有較高的剔除率。與反滲透膜進(jìn)行對(duì)比，工業(yè)循環(huán)水在納濾膜中的滲透率得到大大的提高，當(dāng)水中含有二價(jià)離子以及分子量在500~1000的物質(zhì)時(shí)，選擇納濾工藝更為先進(jìn)[3]。
2.2陰極保護(hù)
陰極保護(hù)是加入含有某種離子的保護(hù)介質(zhì)，借助于直流電流，該介質(zhì)流入到被保護(hù)金屬周圍，使被保護(hù)的金屬負(fù)電位移到指定的保護(hù)電位范圍內(nèi)，從而使該電極免于腐蝕的一種金屬保護(hù)方法。在工業(yè)循環(huán)水中，陰極保護(hù)方法可以分為二大類：第一類是外加電流陰極保護(hù)，該保護(hù)方法是通過外加電流來實(shí)現(xiàn)；第二類是犧牲陽極陰極保護(hù)，該方法師通過與犧牲陰極偶聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。
四、結(jié)束語
隨著人們對(duì)工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中問題的日益重視，開發(fā)新型的阻垢劑、緩蝕劑、殺生劑及其復(fù)合配方、研究各種水處理的應(yīng)用技術(shù)已成為十分重要的任務(wù)。近年來，我國(guó)這個(gè)領(lǐng)域的研究已有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，隨著“可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略”的實(shí)行以及國(guó)家《工業(yè)節(jié)水十五規(guī)劃》的推進(jìn)，相信我們會(huì)在水處理方面的研究和應(yīng)用有很大的推動(dòng)作用[5]。
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關(guān)鍵詞 熱量轉(zhuǎn)移；空氣熱泵；水源熱泵
中圖分類號(hào)TH3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2013）95-0069-02
現(xiàn)代工業(yè)要求企業(yè)不斷改進(jìn)方式方法來提高能源效率和減少對(duì)環(huán)境的影響，這是企業(yè)發(fā)展的方向。在不同行業(yè)中的設(shè)備和運(yùn)行模式都不相同，只有結(jié)合自身企業(yè)的實(shí)際情況對(duì)設(shè)備做出調(diào)整、改進(jìn)和協(xié)調(diào)才能達(dá)到較好的效果。
以鋁電解行業(yè)為例，一方面需要大量的冷卻水來鑄造鋁錠，再通過冷卻塔把熱量散發(fā)到空氣中。另一方面又要通過加熱生產(chǎn)生活用水（如洗澡水等）。如果能夠?qū)⒗鋮s循環(huán)水中的熱高效的轉(zhuǎn)移到洗澡水中將會(huì)提高能源利用率。
1熱泵
熱泵是一種通過壓縮冷媒來釋放熱量，再通過蒸發(fā)冷媒來吸熱的裝置?，F(xiàn)今主要用電能來驅(qū)動(dòng)，其他類型驅(qū)動(dòng)熱能的較少見。熱泵有著較高的效率，用能效比（COP）來衡量?，F(xiàn)今大多熱泵能效比在3-4之間（相當(dāng)于使用1KW的電功率能得到3-4KW的熱功率），新型熱泵COP可高達(dá)6-8。熱泵受使用環(huán)境限制，不同的熱泵只能在特定的溫度區(qū)域工作。為使熱泵工作在較高的能效比下，需提供一個(gè)較高且穩(wěn)定的熱源。人們所熟悉的“泵”是一種可以提高位能的機(jī)械設(shè)備，比如水泵主要是將水從低位抽到高位。而“熱泵”是一種能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，提供可被人們所用的高品位熱能的裝置。熱泵在工作時(shí)，它本身消耗一部分能量，把環(huán)境介質(zhì)中貯存的能量加以挖掘，通過傳熱工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)提高溫度進(jìn)行利用，而整個(gè)熱泵裝置所消耗的功僅為輸出功中的一小部分，因此，采用熱泵技術(shù)可以節(jié)約大量高品位能源。
熱泵的分類與特點(diǎn)
熱泵根據(jù)吸收熱源的類型主要分成三大類：空氣源熱泵、地源熱泵和水源熱泵。不管何種類型的熱泵的能效比（cop）都受到熱源溫度的限制，為熱泵找到較高溫度且穩(wěn)定的熱源將是提高熱泵能效的一個(gè)重要手段。
2冷卻循環(huán)水
冷卻循環(huán)水是用來冷卻某些設(shè)備的常見設(shè)備，它通過使用溫度較低的來來帶走設(shè)備上的多余熱量，并且通過冷卻塔將熱量散發(fā)到空氣中。一般都需要一組水泵來驅(qū)動(dòng)水流，并使用冷卻塔電機(jī)汽化水來把熱量從水中散發(fā)到空氣中去。
以某鋁電解廠為例，如每天需鑄造超過1000T的鋁錠，鋁錠從約720℃要冷卻到60℃。鋁的比熱容為0.88×103J/kg℃，從鋁轉(zhuǎn)移到水中的熱量約為70%。每天轉(zhuǎn)移到冷卻水中的熱量超過4.06×1011J。每天再通過冷卻塔使水汽化的方式把這些熱量散發(fā)到空氣中，蒸發(fā)的水超過（以20℃ 水汽化熱2453.4KJ/kg計(jì)算）165.7T。
3空氣熱泵
空氣熱泵是一種通過吸收空氣中的熱量來加熱水的裝置，通過空氣熱泵從空氣中轉(zhuǎn)移熱量加熱洗澡水。空氣熱泵的效能受氣溫影響很大。圖1 某空氣熱泵的COP值
以加熱300M3水為例，使用空氣熱泵加熱洗澡水。夏天時(shí)（環(huán)境20℃，熱泵能效以4.4 出口水溫60℃計(jì)算）平均洗澡水溫在25-30℃，加熱300M3水需要轉(zhuǎn)移1.26×109j，冬天時(shí)（環(huán)境溫度5℃，熱泵能效以2.0，出口水溫60℃計(jì)算）平均洗澡水溫在35℃～40℃，加熱300M3水需要轉(zhuǎn)移熱量超過3.2×1010j。
4水源熱泵
水源熱泵是熱泵的一種，運(yùn)行原理與空氣熱泵相同。不同之處在于熱源的類型并不相同，水源熱泵使用自然界中的水所含的熱量來工作，由于水的比熱容較高、地下水或湖泊中的水溫度變化不大（根據(jù)地理位置和環(huán)境而定）。水源熱泵有著相對(duì)較穩(wěn)定的能效比。
5 水源熱泵使用冷卻循環(huán)水
如果使用水源熱泵來轉(zhuǎn)移冷卻循環(huán)水中的熱量將是一個(gè)較好的選擇，由于循環(huán)水的溫度常年都處于一個(gè)較高的數(shù)值上，所以熱泵的能效比也會(huì)處于較高的范圍內(nèi)。水源熱泵帶走的熱量也可以使冷卻循環(huán)水的溫度降低，這樣就可以停用或少用冷卻塔電機(jī)。使用熱泵系統(tǒng)來隔離開循環(huán)水系統(tǒng)和清潔水系統(tǒng)，使不同水源之間轉(zhuǎn)移熱量，并不混用水源。
6節(jié)能效果
使用水源熱泵來轉(zhuǎn)移循環(huán)水中的熱量，不受氣溫影響。由于循環(huán)水都處于一個(gè)較高的溫度下，所以熱泵效率都會(huì)在較高的之中。表1以某品牌的空氣熱泵的理論計(jì)算得來的結(jié)果，根據(jù)計(jì)算所知。使用水源熱泵在較高溫的循環(huán)水中有顯著的節(jié)能效果。冷卻循環(huán)水由于被轉(zhuǎn)移了部分熱量所以蒸發(fā)量也會(huì)有所減少。
7 結(jié)論
空氣熱泵和水源熱泵都是熱泵類型，只要為熱泵找到合適的熱源就可以提高能效，降低資源損耗。在結(jié)合其他設(shè)備的情況下效果將會(huì)更好。熱泵技術(shù)還受很多因素影響，如主機(jī)效率、冷媒類型、機(jī)械損耗等因素影響，提高其他方面也可以提高效率。熱泵技術(shù)只是很多技能技術(shù)的一種，需要不斷學(xué)習(xí)運(yùn)用新技術(shù)才能更好的改善生產(chǎn)生活條件及能源利用率。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：循環(huán)水泵 效率 檢修
中圖分類號(hào)：TH38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0048-01
為了打破我國(guó)的水泵產(chǎn)品換代速度過于緩慢的局面，近幾年來，我國(guó)各大型水泵生產(chǎn)商和相關(guān)科研單位投入巨大的力量來進(jìn)行水泵節(jié)能高效技術(shù)的研發(fā)，取得不小的成果。其中有代表性的就是100MW發(fā)動(dòng)機(jī)組配置的臥式循環(huán)水泵的高效葉輪改造工作，通過此次改造，水泵的效率有了約14%的提高，這結(jié)束了臥式循環(huán)泵幾十年來沒有改進(jìn)的現(xiàn)狀。但由于我國(guó)目前大型水泵葉輪的鑄造工藝，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還相對(duì)落后，大多時(shí)仍采用木模整體鑄造，即便有精密鑄造工藝，但也只能用于小型葉輪中，且生產(chǎn)成本高，不適于臥式泵葉輪，故而改造后的高效葉輪仍然存在一些不足之處。常見的問題包括鑄造表面粗糙，有汽孔或夾雜等缺陷。該文提出以下幾種方法，以彌補(bǔ)這些缺陷，提高臥式泵葉輪的工作效率。
1 降低水泵表面粗糙度的方法分析
1.1 打磨
要想提高泵表面的光潔程度，打磨工藝是必不可少的。臥式泵的葉輪和流道表面都是曲面，因此無法用機(jī)器打磨，只能通過人工完成。人工打磨的方法是可行的，但也存在一定弊端，比如無法很好的控制水泵光潔程度和尺寸大小，難以達(dá)到機(jī)器打磨的效果。
1.2 噴涂
常用的噴涂方法有三種：電弧噴涂、等離子噴涂和火焰噴涂。三種方法各有利弊：電弧噴涂適用于噴涂溫度不提高的情況下，相對(duì)其他方法，該方法能夠獲得30Mpa左右的較高的結(jié)合強(qiáng)度，其單位面積所噴的金屬重量大，能源的利用率較高。等離子噴涂的缺點(diǎn)在于：投資大，所需設(shè)備體積很大，且需要一定純度的氮?dú)庾鳛樵稀；鹧鎳娡康膬?yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛靈活，噴涂后水泵表面光潔度高，缺點(diǎn)在于噴涂后工件可能會(huì)產(chǎn)生變形，涂層結(jié)合強(qiáng)度只有約10Mpa，相對(duì)較低。
1.3 軸端密封
水泵的密封性對(duì)其工作效率有很大影響，因此，水泵通常都裝設(shè)有軸段密封裝置，以防止水泵內(nèi)的水外漏。然而，由于盤根與盤根套總處在劇烈摩擦的狀態(tài)下，并逐漸磨損，故而水泵的密封性能并不穩(wěn)定。一旦發(fā)生嚴(yán)重泄漏，會(huì)導(dǎo)致水泵無法正常工作，并帶來經(jīng)濟(jì)損失。該研究認(rèn)為可以通過以下方式解決此問題：取消循環(huán)泵的水密封、采用優(yōu)質(zhì)盤根、用油封代替部分盤根、改變常規(guī)的添加盤根以及軸端密封改造效果等。
2 循環(huán)水泵檢修標(biāo)準(zhǔn)分析
2.1 檢修離心泵軸承
（1）橢圓度和軸徑錐度不能大于軸直徑的千分之一。（2）軸徑表面的粗糙度Ra< 1.6um。（3）軸徑與軸瓦的接觸面積不應(yīng)小于60°～90°范圍，它的表面不應(yīng)有腐蝕痕跡。（4）外殼與軸承應(yīng)緊密接觸。（5）軸瓦不可出現(xiàn)砂眼、裂紋和金屬削等。（6）軸承蓋與軸瓦之間的緊力不小于0.02～0.04mm。 （7）滾珠軸承的外徑與軸承箱內(nèi)壁要保持距離。（8）徑向負(fù)荷的滾動(dòng)軸承外圈與軸承箱內(nèi)壁接觸采用H7/h6配合。
2.2 檢修離心泵填料壓蓋
（1）填料壓蓋端面必須軸垂直。（2）填料壓蓋與軸套直徑間隙0.75～1.0mm。（3）填料壓蓋外徑與填料箱間隙0.1～0.15mm。（4）機(jī)械密封壓蓋膠墊要高于接觸面1.50～ 2.50mm。
2.3 檢修離心泵封油環(huán)的技術(shù)
（1）封油環(huán)與軸套間隙1.00～1.50mm。（2）封油環(huán)外徑與端面垂直。（3）填料箱與封油環(huán)外徑間隙0.15～0.2mm。
2.4 檢修離心泵聯(lián)軸器
（1）聯(lián)軸器的平面間隙：冷油泵2.2～ 4.2mm，熱油泵大于前串量1.55～2.05mm。（2）聯(lián)軸器用橡皮圈的直徑比穿孔小0.15～0.35mm。（3）用專用工具拆聯(lián)軸器，保持光潔，以免碰傷。
2.5 檢修離心泵葉輪
（1）葉輪表面無水垢，油泥，裂紋等。 （2）葉輪鍵厚度比鍵槽深度小0.15～ 0.35mm。（3）鍵和鍵槽要密切接觸，不得再加墊。（4）新裝葉輪需要找動(dòng)平衡和靜平衡。（5）葉輪與軸配合采用H7/h6。
安全措施：參與維修人員須嚴(yán)格遵循技術(shù)操作規(guī)程，穿戴好勞動(dòng)防護(hù)用品；工具、材料、配件定置擺放整齊；使用拉馬時(shí)一定注意用力均勻；及時(shí)清理地面油污、雜物，注意防滑。
3 循環(huán)水泵維修方法分析
（1）將電動(dòng)機(jī)的主回路斷路器拉開后，掛號(hào)“禁止合閘”標(biāo)識(shí)牌；（2）關(guān)閉水泵進(jìn)、出口閥門，打開軸承油箱的放油螺栓將油放將電動(dòng)機(jī)的主回路斷路器拉開后，掛好“禁止合閘”標(biāo)識(shí)至廢油回收桶內(nèi)；（3）拆除電機(jī)電纜和地腳螺栓，將電機(jī)挪開；（4）放掉泵內(nèi)存水，取下壓力表，用塞子封閉空口，以免進(jìn)入雜物；（5）拆卸泵支撐地腳螺栓及泵殼螺栓；（6）將泵體內(nèi)組件從泵殼中取出，使用專用扳手將固定葉輪的軸頭螺母擰開；（7）將連接架上的雙頭螺栓螺母擰下，將填料壓蓋松開后，用拉馬將葉輪拔出，拆下平鍵；（8）用拉馬將聯(lián)軸節(jié)拔出，平鍵取出后，拆卸軸承箱兩側(cè)端蓋，利用后端將軸取出；（9）用銅棒從前端（靠近電機(jī)端）將軸、軸承從軸承箱中打出；（10）用拉馬將軸承拔出；（11）備件更換、維修后按相反程序安裝；（12）水泵安裝到位后，對(duì)聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行找平調(diào)整；（13）維修結(jié)束后，現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生清理干凈，工具清點(diǎn)。試車：（1）打開進(jìn)水閥門，手動(dòng)盤車，靈活無卡住現(xiàn)象；（2）將“禁止合閘”的標(biāo)識(shí)牌取下，合上主回路斷路器；（3）點(diǎn)動(dòng)試車，電機(jī)旋轉(zhuǎn)正常、無異音；（4）啟動(dòng)電機(jī)，打開出水閥門；（5）電機(jī)旋轉(zhuǎn)正常，無異音、無徑向傳動(dòng)、震動(dòng)現(xiàn)象，管道壓力升高至正常壓力；（6）運(yùn)行時(shí)間不超過1分鐘，停止水泵運(yùn)行，試車結(jié)束。
4 結(jié)語
該文分析了電廠循環(huán)水泵工作效率普遍低下的原因，認(rèn)為水泵表面粗糙程度對(duì)其工作效率有很大影響，因而提出了幾種光滑處理的方式，通過分析認(rèn)為，這些方式能夠降低循環(huán)水泵表面的粗糙度，改善循環(huán)水泵工作效率。此外，該文還認(rèn)為水泵的密封性對(duì)其工作效率也有很大影響，如果能夠降低泄漏量，就可以降低電機(jī)的損耗，提高其效率，并認(rèn)為可以通過以下措施達(dá)到該目的：取消了水封環(huán)，在最內(nèi)側(cè)采用油封的密封圈來代替盤根，在中部則選擇相對(duì)較軟的聚四氟乙烯浸漬纖維盤根；而在靠壓蘭的一側(cè)選擇相對(duì)較硬的聚四氟乙烯浸漬纖維盤根。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：核電；海水循環(huán)泵；安裝；質(zhì)量控制；振動(dòng)
中圖分類號(hào)：TL4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
近年來，隨著中國(guó)核電業(yè)的迅速發(fā)展，核電能源已經(jīng)成為了國(guó)家提倡環(huán)保、注重工業(yè)安全的重要能源之一?？梢哉f，核電的大力發(fā)展也代表了中國(guó)能源結(jié)構(gòu)日漸優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)的繁榮。但是，作為核電站中的重要設(shè)備之一，海水循環(huán)泵的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程卻并不完善，一直需要依賴進(jìn)口。近年來我國(guó)核電產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，對(duì)于引進(jìn)和自主研發(fā)的投入力度持續(xù)加大，所以核電設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程不斷取得突破，核電海水循環(huán)泵的國(guó)產(chǎn)化已在陽江核電站一期工程率先實(shí)現(xiàn)。
一、核電海水循環(huán)泵應(yīng)用背景
在我國(guó)，核電的開發(fā)和應(yīng)用并不算早，尤其是用于系統(tǒng)的循環(huán)與介質(zhì)輸送的泵類設(shè)備，在設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用均落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。1983年，我國(guó)政府正式確立了利用核電技術(shù)的壓水型反應(yīng)堆核電站。壓水堆核電站占到了全世界投入運(yùn)行核電站總比例的63%。壓水堆一回路與二回路完全隔離，一回路系統(tǒng)中的泵要在大約15.3~16.5MPa下運(yùn)行，確保溫水循環(huán)在300~350℃的條件下不會(huì)產(chǎn)生氣化。壓水堆核電站一般來說有三個(gè)主要部分，第一部分就是會(huì)產(chǎn)生蒸汽的核島；第二部分是將核島所產(chǎn)生的蒸汽要轉(zhuǎn)換為電能的常規(guī)島；BOP是第三部分，為整個(gè)電廠提供冷源、全廠區(qū)管網(wǎng)和各種輔助設(shè)施。在常規(guī)島做功后的蒸汽在凝汽器內(nèi)被循環(huán)水冷卻，循環(huán)水回路處于BOP部分，在泵站內(nèi)的海水循環(huán)泵是驅(qū)動(dòng)循環(huán)水的設(shè)備，每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)海水循環(huán)泵，無備用。在大亞灣核電站、嶺澳核電站、嶺東核電站，海水循環(huán)泵無一例外依賴進(jìn)口，設(shè)備采購、安裝、調(diào)試、檢修備件等受制于國(guó)外廠商。陽江核電站一期，首次使用由沈陽古風(fēng)集團(tuán)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的海水循環(huán)泵，此批產(chǎn)品屬國(guó)產(chǎn)首臺(tái)核電海水循環(huán)泵，本文以此泵為例進(jìn)行論述。
二、海水循環(huán)泵系統(tǒng)
海水循環(huán)泵有CRF（循環(huán)水系統(tǒng)）和CGR（循環(huán)水泵系統(tǒng)）兩個(gè)部分。
（一）CRF系統(tǒng)
泵組的工作，電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，齒輪箱降速，泵端聯(lián)軸器會(huì)帶動(dòng)海水循環(huán)泵葉輪旋轉(zhuǎn)，依靠海水的離心力作用把海水循環(huán)泵中的海水輸送到下游系統(tǒng)，這就是CRF的工作原理。CRF泵組主要由混凝土蝸殼部分、泵芯組件、齒輪箱、立式電機(jī)、獨(dú)立的冷卻過濾裝置、聯(lián)軸器組件、潛水電泵系統(tǒng)等組成。
系統(tǒng)控制方面，主要是在海水循環(huán)泵上下的軸承設(shè)有測(cè)溫元件，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在軸承支架內(nèi)的油箱內(nèi)設(shè)有加熱器，加熱器有溫度開關(guān)和實(shí)時(shí)顯示的溫度計(jì)和油位表。下軸承有液位開關(guān)監(jiān)測(cè)軸承，它會(huì)監(jiān)控油位，如果油位低于最低油位時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)跳閘。
上圖為CRF系統(tǒng)流程圖。
（二）CGR系統(tǒng)
CGR系統(tǒng)包括油箱、電動(dòng)輔助油泵、機(jī)械油泵、冷卻過濾裝置和管路。在海水循環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，CGR的油系統(tǒng)會(huì)不間斷的提供油，保證海水循環(huán)泵軸承和齒輪箱部分的冷卻和。同時(shí)，也可以最大限度的保證CGR系統(tǒng)的穩(wěn)定安全，對(duì)油壓和油溫也有一定的監(jiān)測(cè)和控制作用。CGR系統(tǒng)中也設(shè)置了溫度表和壓力表以及通過遠(yuǎn)傳溫度傳感的傳感器和壓力開關(guān)，這有利于主控室的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。油溫不能過高或者過低，當(dāng)油溫超過允許范圍時(shí)，警報(bào)器都會(huì)報(bào)警，油箱上設(shè)置了溫度傳感器，它會(huì)控制CRF的穩(wěn)定性，如果超出溫度指標(biāo)會(huì)強(qiáng)行關(guān)閉CRF系統(tǒng)。
圖為CGR系統(tǒng)流程圖
三、海水循環(huán)泵的安裝
（一）安裝前準(zhǔn)備
首先要確定被安裝的設(shè)備部件齊全，主要包括預(yù)埋件密封環(huán)、水泵芯包、齒輪箱、聯(lián)軸器、電機(jī)和基礎(chǔ)盤等等。安裝中需要起重設(shè)備、焊接設(shè)備、百分表、水平儀以及照明設(shè)備。安裝過程中需要臨時(shí)性支架、不收縮環(huán)氧灌漿和腳手架以及清洗沖劑等。在安裝前，應(yīng)該對(duì)安裝基礎(chǔ)進(jìn)行檢查，看其是否堅(jiān)固、基礎(chǔ)螺栓孔的清潔程度等等。
（二）海水循環(huán)泵組安裝
1、下部預(yù)埋件密封環(huán)的安裝。首先要調(diào)整入口流道處的腳手架并保證它的安全性，隨后可以在預(yù)埋件上安裝導(dǎo)向螺栓，小心的吊起密封環(huán)并安裝到下部預(yù)埋件中。安裝后要擰緊把合螺栓。
上圖為下部預(yù)埋件密封環(huán)的安裝。
2、泵芯的安裝。四點(diǎn)起吊泵芯并下降到安裝位置，對(duì)正安裝角度后，要把泵芯放到上預(yù)埋件法蘭，并調(diào)整葉輪與密封環(huán)的間隙，擰緊把合螺栓，確保泵芯安裝在正確的位置。
上圖為泵芯
3、電機(jī)基礎(chǔ)盤的安裝?；A(chǔ)盤要安裝在電機(jī)層上，使螺母透過腳螺栓孔，讓螺母懸掛在基礎(chǔ)盤上。并同時(shí)檢查基礎(chǔ)盤在灌漿過程中是否有變化，做好灌漿記錄。
4、齒輪箱支架的安裝。提升齒輪箱支架到泵芯上方，使其與軸承支架上的法蘭配合并調(diào)整齒輪箱支架的位置，定位正確后擰緊把合螺栓，隨后可以安裝齒輪箱。
5、電機(jī)安裝。把電機(jī)提升到電機(jī)支架上方，位置對(duì)正后放下電機(jī)，調(diào)整螺栓的位置從而調(diào)整電機(jī)的位置，對(duì)正位置后，就可以擰緊把合螺栓確定安裝結(jié)束。
6、聯(lián)軸器的安裝。聯(lián)軸器上部與電機(jī)靠背輪通過撓性聯(lián)軸節(jié)連接，聯(lián)軸器下部通過齒形靠背輪與齒輪型太陽輪連接。
7、冷卻過濾裝置。這個(gè)裝置需要放在混凝土板上進(jìn)行二次灌漿，之后方可連接管路。
8、管路的安裝。較為復(fù)雜，分為內(nèi)部油管路和外部油管路。與冷卻過濾裝置連接后還分為電動(dòng)輔助油泵管路和機(jī)械油泵管路。兩套油泵以單獨(dú)個(gè)體進(jìn)行組裝，其預(yù)留部分就是管路的配制空間，由于他們是以單獨(dú)個(gè)體發(fā)送，所以一定程度降低了現(xiàn)場(chǎng)安裝的風(fēng)險(xiǎn)。
在整個(gè)的安裝過程中，應(yīng)該注重現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和防護(hù)措施的清潔，必要時(shí)可以對(duì)安裝的設(shè)備尤其是管路進(jìn)行開口的密封。防止不必要的污染，例如齒輪箱的防銹和保養(yǎng)。另外安裝工序一定要正確，比如在管路沖洗之前不能運(yùn)行油管路和冷卻水管路系統(tǒng)。
四、海水循環(huán)泵的振動(dòng)問題及解決方案
海水循環(huán)泵為多軸和長(zhǎng)軸軸系。這樣的構(gòu)造如果一旦產(chǎn)生泵組振動(dòng)會(huì)對(duì)其磨損非常大，這是嚴(yán)重影響泵穩(wěn)定性的危險(xiǎn)因素，甚至威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行，除了構(gòu)造上的問題外，安裝檢修中對(duì)軸系的處理不當(dāng)也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。
（一）振動(dòng)問題特征
循環(huán)泵的振動(dòng)問題主要體現(xiàn)在電機(jī)上，電機(jī)在上機(jī)架檢測(cè)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)頻譜顯示出1x、3x、5x以此類推的頻譜信號(hào)并且伴有摩擦信號(hào)。電機(jī)上下軸承的金屬也會(huì)有摩擦的聲音出現(xiàn)。
（二）原因分析
我們通過一個(gè)公式可以檢測(cè)到電機(jī)振動(dòng)幅值的變化。在線性系統(tǒng)中，電機(jī)部件所顯現(xiàn)的幅值應(yīng)該與作用在部件上的激振力成正比，和它的剛度成反比，所以就得出了 A=P/Kd的公式。其中A為振幅，P為激振力，Kd為支承系統(tǒng)的動(dòng)剛度。所以說上機(jī)架的振幅值變化由激振力和支承系統(tǒng)的的動(dòng)剛度來雙雙決定。在整個(gè)系統(tǒng)中，支承系統(tǒng)的剛度與基礎(chǔ)本身剛度以及軸承油膜的剛度有很大關(guān)系，所以決定振幅值的兩個(gè)因素也可能是振動(dòng)阻尼的來源。所以說循環(huán)泵振動(dòng)主要來自于系統(tǒng)的機(jī)械部分，比如電機(jī)上機(jī)架軸承室處，泵結(jié)構(gòu)的水管伸縮處甚至是電機(jī)轉(zhuǎn)子，這些位置在海水循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起了一定程度的振幅從而對(duì)泵組產(chǎn)生磨損。
（三）解決方案
首先確保各主要設(shè)備土建基礎(chǔ)及灌漿要可靠，預(yù)埋件數(shù)據(jù)驗(yàn)收合格。
其次電機(jī)轉(zhuǎn)子的端面水平度應(yīng)該調(diào)整到0.02mm/m。
然后是就是要調(diào)整電機(jī)、泵體等，保證軸系的同軸直線度在0.1mm以內(nèi)，同時(shí)要保證泵芯包、電機(jī)支座等主要設(shè)備基礎(chǔ)螺栓的緊固，要達(dá)到規(guī)定力矩。
最后進(jìn)行聯(lián)軸器各個(gè)把合螺栓的緊固。
總結(jié)：
核電海水循環(huán)泵的安裝質(zhì)量由泵組系統(tǒng)各個(gè)元件的結(jié)構(gòu)決定也取決于泵組安裝過程中對(duì)于質(zhì)量的把控。作為一套精密而又龐大的系統(tǒng)，核電海水循環(huán)系統(tǒng)和其他核電站系統(tǒng)共同滿足了人類對(duì)于核能的需求和開發(fā)?？刂瓢惭b質(zhì)量減少泵組振動(dòng)問題，可以有效的延長(zhǎng)泵組及整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的壽命，保證海水循環(huán)泵的可靠運(yùn)行，降低檢修成本。
參考文獻(xiàn)：
[1] 尤洋.核電站常規(guī)島海水循環(huán)泵安裝調(diào)試[D].大連理工大學(xué),2013（33）.