區(qū)域供冷水系統(tǒng)應(yīng)用淺析

谷 巖

（天津于家堡能源運(yùn)營管理有限公司 天津 300000）

1 引言

區(qū)域供冷系統(tǒng)（District Cooling System）是指在區(qū)域內(nèi)設(shè)置集中的制冷站制備冷水，首先經(jīng)過冷凍水的輸配管網(wǎng)向區(qū)域內(nèi)用冷建筑提供冷水，在經(jīng)過設(shè)置在樓宇內(nèi)的板式換熱器或者直接與樓宇內(nèi)的風(fēng)機(jī)盤管等用冷末端進(jìn)行冷水交換，以滿足其用冷的需求。區(qū)域供冷系統(tǒng)有環(huán)境友好，能源綜合利用效率高，可改變區(qū)域內(nèi)建筑熱環(huán)境，與蓄冷相結(jié)合可實現(xiàn)移峰填谷提高電廠及電網(wǎng)效率，減少電網(wǎng)不平衡等優(yōu)點。隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型商業(yè)建筑群，區(qū)域集中樓宇建筑不斷涌現(xiàn)，這些建筑集中在同一區(qū)域內(nèi)，具有建筑密度大，建筑類型多的特點。這為采用區(qū)域供冷系統(tǒng)創(chuàng)造了良好的條件。

一般區(qū)域供冷中心水系統(tǒng)主要包含：冷卻水系統(tǒng)，冷凍水系統(tǒng)，乙二醇溶液系統(tǒng)，融冰（站內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)）系統(tǒng)等。其中冷卻水系統(tǒng)主要是將制冷機(jī)通過壓縮機(jī)制冷產(chǎn)生的熱量帶走，經(jīng)過冷卻塔進(jìn)行散熱，較低溫度的水經(jīng)水泵流回制冷機(jī)；冷凍循環(huán)水一般是將站內(nèi)制備的冷水，經(jīng)過輸配管網(wǎng)將冷量帶入末端用戶的板換處（或末端釋冷系統(tǒng)），經(jīng)過換冷后在流回供冷中心。乙二醇溶液系統(tǒng)主要應(yīng)用于蓄冰系統(tǒng)中，利用乙二醇溶液的冰點低的特點，通過制冷機(jī)制備-5.6℃（25%乙二醇溶液）左右的乙二醇溶液進(jìn)入蓄冰裝置進(jìn)行蓄冰。融冰（站內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)）系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由于供冷中心與室外管網(wǎng)從在高度差，需要將蓄冰或蓄水系統(tǒng)的冷水在制冷中心與冷凍循環(huán)水系統(tǒng)經(jīng)板換進(jìn)行能量交換后，再由冷凍水循環(huán)系統(tǒng)將冷水通過輸配系統(tǒng)進(jìn)行供冷，此系統(tǒng)在某些實際應(yīng)用中可由定壓裝置代替。

因此，在區(qū)域供冷系統(tǒng)中，對水系統(tǒng)中水質(zhì)的控制將顯得尤為重要，有效的控制系統(tǒng)中的水質(zhì)可以保證區(qū)域供冷系統(tǒng)的運(yùn)行效率，減少板換、制冷機(jī)等設(shè)備熱交換面的結(jié)垢，減少水溶液中細(xì)菌含量，并且延長設(shè)備使用壽命。

2 區(qū)域供冷水系統(tǒng)預(yù)處理

2.1 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的預(yù)處理

區(qū)域供冷系統(tǒng)中冷卻水的水質(zhì)控制指標(biāo)主要由系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，濁度，PH值、堿度、硬度、電導(dǎo)率、氯離子等指標(biāo)構(gòu)成，其參數(shù)應(yīng)滿足國標(biāo)中冷卻循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)。其中，冷卻水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)一般要求在3至5之間。濃縮倍數(shù)的計算可按照下式計算[1]：

式中：N——濃縮倍數(shù)

Qm——補(bǔ)水量（m3/h）

Qb——排污水量（m3/h）

Qw——風(fēng)吹損失水量（m3/h）

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的預(yù)處理主要包括：管道水清洗，管道化學(xué)清洗，預(yù)膜處理。管道水清洗包括：粘泥剝離，啟動管路水循環(huán)進(jìn)行初步?jīng)_洗直至水系統(tǒng)濁度小于20NTU和全鐵小于1mg/l；管道化學(xué)清洗包括：加入化學(xué)清洗藥劑，進(jìn)行閉路循環(huán)48小時，更換新水進(jìn)行循環(huán)直至系統(tǒng)濁度和全鐵達(dá)到國標(biāo)要求；預(yù)膜處理：根據(jù)工藝情況和管道材質(zhì)特性加入化學(xué)緩蝕阻垢劑和預(yù)膜清洗劑進(jìn)行處理，持續(xù)時間不宜小于120小時。

2.2 閉路水系統(tǒng)的預(yù)處理。

區(qū)域供冷中心中，大部分的水系統(tǒng)均為閉路系統(tǒng)。其水溶液具有以下特點：閉路系統(tǒng)的水溶液主要是經(jīng)過熱交換器等間接加熱或冷卻沒有蒸發(fā)，因此不存在濃縮的問題；控制過程中沒有必要為控制水質(zhì)而進(jìn)行強(qiáng)制排水；[2]這類系統(tǒng)由于水在管道內(nèi)長期運(yùn)行，因此主要是控制水對管道系統(tǒng)的腐蝕及結(jié)垢。

閉路系統(tǒng)的預(yù)處理方式與冷卻水系統(tǒng)基本一致，只是在化學(xué)處理過程中使用的藥劑不同。其主要是使用化學(xué)緩蝕劑和化學(xué)阻垢劑進(jìn)行處理。

3 循環(huán)冷卻水常見危害

3.1 水垢附著

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,會因各種原因在換熱器表面上形成污垢。長期以來,換熱設(shè)備的結(jié)垢問題一直困擾著人們,污垢帶來的危害主要體現(xiàn)在以下三個方面[3]：①惡化制冷機(jī)，冷卻塔，板式換熱器的傳熱效果,增加能耗損失。②增加設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，需定期清理冷卻塔換熱設(shè)備等。③威脅設(shè)備安全，局部的結(jié)垢可增加結(jié)垢周邊換熱表面的腐蝕和點蝕速率。

3.2 設(shè)備腐蝕

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中有金屬換熱器、金屬管道等不同的金屬材料的設(shè)備和配件。冷卻水在其中循環(huán)換熱,與金屬材料長時間的接觸,必然會造成金屬材料的腐蝕。循環(huán)冷卻水對金屬的腐蝕,最主要的是電化學(xué)腐蝕。這種腐蝕是不可能完全消除的,因此在實際應(yīng)用中只能將金屬腐蝕控制在一個可以接受的水平上。[4]

4 區(qū)域供冷系統(tǒng)水系統(tǒng)管理策略

水系統(tǒng)的運(yùn)營管理中主要包括：每日對水系統(tǒng)的PH值，電導(dǎo)率，緩蝕阻垢劑等進(jìn)行實際測量并與既定標(biāo)準(zhǔn)核對，定期分析數(shù)據(jù)偏差原因，做好數(shù)據(jù)分析及記錄。其中冷卻水的水質(zhì)應(yīng)滿足國標(biāo)GB50050中冷卻循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)；空調(diào)循環(huán)冷水的水質(zhì)應(yīng)滿足國標(biāo)GB/T 29044中對集中空調(diào)循環(huán)冷水系統(tǒng)的水質(zhì)要求。運(yùn)行中建議在所有的水系統(tǒng)中增加掛片檢測系統(tǒng)，通過定期測量掛片變化以確定水系統(tǒng)中的溶液是否對掛片的腐蝕速率控制在碳鋼腐蝕速率小于0.075mm/a，銅合金和不銹鋼腐蝕速率小于0.005mm/a的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，若出現(xiàn)腐蝕速率過快，需要及時調(diào)整水處理化學(xué)藥劑的投放種類及數(shù)量，并做好后期及時的跟蹤。

其中冷卻水系統(tǒng)中需要進(jìn)行在線監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)與冷卻水加藥系統(tǒng)聯(lián)鎖控制并將數(shù)據(jù)上傳區(qū)域供冷DCS控制系統(tǒng)，其中PH值與加酸量聯(lián)鎖，電導(dǎo)率與排污水量聯(lián)鎖，ORP與殺菌劑聯(lián)鎖，緩蝕阻垢劑與其的投加量進(jìn)行連鎖，并將所有數(shù)據(jù)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，以保證與冷卻水系統(tǒng)相連的設(shè)備及管道的平穩(wěn)運(yùn)行。文獻(xiàn)[5]中還指出在運(yùn)營管理時應(yīng)對冷卻水系統(tǒng)中補(bǔ)水量和排污水量檢測進(jìn)行記錄，并計算檢測其運(yùn)行時濃縮倍數(shù)，通過將濃縮倍數(shù)控制在合理范圍內(nèi)，以確保供冷系統(tǒng)運(yùn)營過程中節(jié)約水資源。

結(jié)語

區(qū)域供冷作為新興的空調(diào)能源供給方式，其系統(tǒng)中的水處理的優(yōu)劣對于整個系統(tǒng)平穩(wěn)高效的運(yùn)行有至關(guān)重要的作用。只有通過對系統(tǒng)中冷卻水的實時監(jiān)測才可以提早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中存在的問題，定期測量掛片變化可以直觀的反應(yīng)出系統(tǒng)對管道及設(shè)備的腐蝕情況。因此，只有做好區(qū)域供冷中水系統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)工作，才可以使區(qū)域供冷系統(tǒng)發(fā)揮更好的作用。

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會化工分會，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范，GB50050-2007

[2]采暖空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)，GB/T29044-2012

[3]周柏青，胡夢莎，工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)降耗減排綜述2017.3

[4]唐愛印，戴友芝，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：5-20

[5]朱凱，虹橋機(jī)場供冷系統(tǒng)冷卻水水質(zhì)控制管理科學(xué)創(chuàng)業(yè)家，2013