工业循环水系统设计探讨陈姣魏素一

给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４４７　　　工业给排水工业循环水系统设计探讨　　（广州市番创建筑工程设计有限公司，广州　５１１４９５）　　摘要　以某化工项目敞开式循环水系统设计为例，分析总结了循环水系统的工艺流程、自动化控制、设备与配管布置等关键内容的设计，并对国外工程管理公司设计标准与国内规范的整合设计进行了探讨，对整个循环水系统的设计进行了阐述。关键词　循环水系统　循环水站　循环水控制０　引言某化工项目敞开式循环水系统为间接冷却循环系统，采用４台逆流机械通风冷却塔，４台卧式单级双吸离心泵（３用１备），总循环水量７　５００ｍ３／ｈ，循环水温差为１０℃。在设计的过程中主要使用的设计及施工验收规范有《泵站设计规范》（ＧＢ　５０２６５—２０１０）、《给水排水管道工程施工及验收规范》（ＧＢ　５０２６８—２００８）、《火力发电厂水工设计技术规定》（ＮＤＧＺ　５—８８）、《工业循环冷却水处理设计规范》（ＧＢ　５００５０—２００７）、《工业循环水冷却设计规范》（ＧＢＴ　５０１０２—２００３）等。本工程除需满足我国现有规范外，同时还需满足该工程管理公司的设计要求，两个设计标准要求不同时，设计基本按两者中较高标准选用。１　循环水系统设计要点循环水冷却系统主要由冷却塔、循环水池、循环水泵、旁滤系统、加药系统、控制仪表系统及管道、阀门等组成。循环水与工艺装置区经热交换后温度升高，然后分别进入冷却水塔，在塔内与空气进行热交换后滴入塔下冷却水池流入集水池，集水池出水经过双层格栅进入吸水井，再经循环水泵加压后送往各装置区。部分循环水回水进入旁滤系统，以降低循环水的悬浮物浓度。为减少循环冷却水对管道及设备产生腐蚀、结垢，系统设置了一套全自动加药设施。循环水冷却系统原理及水量平衡如图１所示（图中单位为ｍ３／ｈ）。自动控制系统的几个关键因素包括温度、压力、排污、补水处理几方面：（１）温度。循环水的温度通过循环水回水母管图１　循环水冷却系统水量平衡上的温度在线检测仪表测量和显示，并通过冷却塔的变频风机和旁通管（根据需要设置）的温度调节阀进行控制；冷却塔风机的速度应该与循环水的要求和气候条件的变化接近，如果循环水回水干管上测出的温度偏高，风机加速，反之则减速，如果循环水回水温度持续下降，而所有的风机均已停止，则部分循环水回水将通过旁通管直接进入集水池，使循环水的温度不至于太低，此循环水的旁通量由温度调节阀进行控制。冬季或检修时循环水可通过温度调节阀直接排入集水池。（２）压力。循环水的供水压力通过循环水供水干管上的压力在线检测仪表测量和显示。当循环水泵采用定速泵时，可在循环水供水干管处设置装有压力调节阀的旁通管控制循环水供水压力，压力过高时，部分循环水通过旁通管直接回流至循环水池。４８　　　给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４当循环水泵采用变频泵时，可通过变频电机调节循环水供水压力。如果循环水供水管的压力持续过高，而压力调节阀已达到最大开度或循环水泵的转速已达到最低状态，则可以停止一台至几台循环水泵，直至压力满足系统要求。循环水泵出口还接有一条增湿塔管，在冷却塔停用时可以使塔内填料保持湿润。由于湿塔线允许的压力不能超过０．２ＭＰａ，在此管线采用减压孔板减压。（３）排污。在敞开式循环冷却水系统中，由于循环冷却水在循环过程中不断蒸发而浓缩导致水质恶化，不能达到冷却水水质标准，此时必须不断补充新鲜水并将盐分含量较高的浓水排放，使水中的含盐量维持在一定的浓度，以平衡水质。循环水的排污通过安装于循环水回水干管上的电导率仪在线检测和显示，并通过循环水回水干管上设置的电导率调节阀控制，用以控制循环水的溶解固体含量，排污管上还设有在线流量计，显示排污量。（４）补水。集水池上装有液位计在线检测和显示，并通过控制补充水管上设有的液位调节阀来控制补充水量，从而使集水池保持一定的液位。由于集水池的液位对于系统的稳定运行有很大关系，设置了２台液位计，２台液位计测量的液位读数偏差值超过２００ｍｍ时需要运行人员到现场检查。（５）水处理。温度、压力、液位、排污和水处理系统均由ＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）分散控制系统控制，水处理系统由专业的水处理厂家进行设计、施工和运行，根据补充水水质采用加酸、缓蚀阻垢剂、次氯酸钠等药剂控制循环水浓缩倍率在４～６倍。加药系统采用ＤＣＳ自动控制，根据循环水质自动加药，如果所有的循环水泵停止，那么所有的加药泵都应该停止。循环水系统中设置了余氯分析仪、ＴＯＣ分析仪、电导率仪、聚合物分析仪、ｐＨ仪。旁滤装置出水管、补充水管上还设有手动取样阀，供运行人员进行水质分析，在线分析仪表（除ｐＨ计外）均设置在分析室中，取样管只需接至分析室外０．５ｍ处。为安全起见，设置的２套ｐＨ计均直接设置在循环水供水母管处，并且装有低流量报警装置。２　循环水站设计２．１　循环水池容积计算按照《工业循环冷却水处理设计规范》（ＧＢ５００５０—２００７），循环冷却水的系统容积宜小于小时循环水量的１／３，１／３的循环水量为７　５００／３＝２　５００（ｍ３），当按式（１）计算的系统容积超过规定时，应调整水池容积。设计选用４台处理能力为２　０００ｍ３／ｈ的冷却塔，水池有效容积Ｖ１≈Ｖ池＋Ｖ吸水井＝循环水池宽×循环水池长×（循环水池高－保护高度）＋吸水井长×吸水井宽×（吸水井高－保护高度）＝１１×２２．５×（２．５－０．３）＋１４×５．２×（３．５－０．３）＝５４４．５＋２３２．９６＝７７７．４６（ｍ３），即循环水系统容积Ｖ＝７７７．４６＋８０＋３００＝１　１５７．４６（ｍ３），小于２　５００ｍ３，符合规范要求，水池容积不需要调整。Ｖ＝Ｖ１＋ＶＰ＋Ｖｔ（１）式中Ｖ———循环水系统容积，ｍ３；Ｖ１———循环水池容积，ｍ３；Ｖｔ———设备中的水容积，ｍ３，根据设备条件可知取８０ｍ３；ＶＰ———管道容积，ｍ３，由管道条件可知为３００ｍ３。２．２　吸水井格网计算冷却水池应该在水池与吸水井之间设置双层格栅，一层为主格网，另一层为检修用格网，可采用玻璃钢和不锈钢制成。格栅的轨道应有耐腐蚀的金属支撑固定并预埋在混凝土里；格栅上方应根据格栅的重量考虑设置起重装置，可依如下标准：小型格栅（高度不大于１．３７ｍ，重量不超过２０．４ｋｇ）不需要设置永久性的起重设备，但设计应考虑方便格栅吊出及清洗；大型格栅（高度大于１．３７ｍ，重量超过２０．４ｋｇ）应考虑在其垂直上方设置单轨以方便检修，起重量还应考虑格栅与轨道的摩擦力和带水垃圾重，为方便清洗格栅，轨道还应延伸出池子边缘，使运行人员可以方便地把格栅吊到池子旁边就地清洗。吸水井格网的计算如下（过网流速取０．３ｍ／ｓ）：循环水泵的流量：Ｑ＝７　５００ｍ３／ｈ＝２．０８２ｍ３／ｓ；计算需要的格网面积Ａ＝Ｑ／Ｖ＝２．０８２／０．３＝６．９３（ｍ２），使用宽Ｂ＝２　２００ｍｍ，高Ｈ＝２　５００ｍｍ的格网，而有效水深为２．２ｍ，则格网有效过水面积（其中５０％为有效过水面积占总面积的比）ＡＳ＝２．２×２．２×５０％＝２．４２（ｍ２）。格网个数Ｎ＝Ａ／ＡＳ＝给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４４９　　　６．９３／２．４２＝２．８６个，取３个，即每台泵进水口设置一个格网。２．３　循环水管道设计要点大型循环水站的水泵出水管应由应力专业进行应力分析，计算出需使用伸缩节的位置及伸缩节的各方向上的伸缩量及各管道支架的设置位置和类型（使用滑动支架、固定支架还是弹簧支架），并计算出支架在三维方向上的受力情况，以使结构专业跟进支架的结构设计。埋地管道（特别是小口径管道）应考虑管顶在冰冻线以下（循环水管至少应有一半在冰冻线以下）。根据多年经验，地上敷设的大口径循环水管道（直径大于３００ｍｍ）基本不结冰，小管道非常容易结冰，所以小管道最好采用电伴热，本工程加药管、取样管均设置电伴热。２．４　循环水补水、排污及水处理本工程的循环水补水有两路水源，分别是厂区的自备工业水厂和市政自来水水厂，主要补水水源为厂区工业水，工业水源中断时由人工切换至市政生活供水管。根据《建筑给水排水设计规范》（ＧＢ　５００１５—２００３，２００９年版），生活饮用水不得因管道产生虹吸、背压回流而受污染，为防止循环水的回流污染，可以从两方面进行控制：（１）保证补水管道出口与循环水池溢流水位之间的空气间隙大于等于出口管径的２．５倍。（２）如果满足不了（１）中的条件，则应在补充水管上装设真空破坏器。循环水的排污采用连续排污的方式，当循环水回水干管上的电导率仪显示电导率超标时控制排污调节阀，使循环水的电导率维持在最佳范围内。为防止药剂泄露而污染土壤，取样管线及加药管线应敷设于管沟内或设置桥架，并应考虑电拌热，须做电拌热的管道由电拌热系统供应商负责电拌热施工２．５　冷却塔的自动喷水灭火系统根据工程管理公司要求，本工程的冷却塔需设自动喷水灭火系统，由于国内规范并无此项要求，可按《冷却塔防火设计规范》（ＮＦＰＡ２１４—２０１１）设计，此规范适用于自动喷水保护冷却塔的自动喷水灭火系统设计。逆流式冷却塔设计闭式或开式系统，所以湿式系统、干式系统、预作用系统和雨淋系统应允许被采用，本工程采用开式雨淋系统和火灾探测系统。雨淋系统采用开式洒水喷头，由雨淋阀控制喷水范围，由配套的传动管系统监测火灾并自动启动雨淋阀。雨淋阀开启后，其阀后连接的所有开式洒水喷头同时喷水，因此雨淋阀适用于火灾蔓延速度快、闭式喷头开放后喷水喷水不能有效覆盖起火范围的高度危险场所，以及因净空超高、闭式喷头不能及时动作的场所。本工程传动管系统的介质采用压缩空气，由厂区的压缩空气站送至装置区域。当传动管系统的闭式喷头受热爆破，压缩空气排出，系统泄压，气动驱动器气侧压力下降，气动驱动器打开并排水，导致雨淋阀控制膜室的水被排走，雨淋阀控制膜室压力下降，雨淋阀打开，压力开关动作自动启动喷淋水泵向系统供水。最小流量：在逆流冷却塔的风扇下，自动喷水的设计流量为２０．４Ｌ／ｍｉｎ，冷却塔填料的长边大于喷头允许的最大保护距离，喷头应布置在每个水槽托梁的两侧，每个喷头的喷放压力应提供填料长度一半的保护长度。暴露防护：在设计内部系统时，应注意和关心外部系统的设计，管道直径应由水力计算确定，系统的供水应基于保护所有表面积和最小喷水强度为６．１Ｌ／ｍｉｎ。自动喷水灭火系统的供水：当所有冷却塔由一个雨淋系统保护时，系统的供水应满足所有出水槽的供水要求。当保护冷却塔是２个或更多的雨淋系统，且雨淋系统之间提供防火分隔，供水应满足１个最大水力计算需水量的出水要求。冷却塔之间无防火分隔物分隔，系统供水应满足２个相邻最大水力计算需水量的冷却塔所有出水口出水量。３　结语循环水站在工业企业是一个重要的装置区，其５０　　　给水排水　Ｖｏｌ．４０　Ｎｏ．９　２０１４天津市火电厂综合用水定额编制研究１　　２　１　　１（１南开大学环境科学与工程学院，天津　３０００７１；２天津市节约用水事务管理中心，天津　３００２０１）　　摘要　对天津市１７家火电厂的用水构成和用水水源类型进行调查，分析了影响火电厂用水量的各个因素；运用统计分析法、影响因素分析法和经验法，计算得到不同单机容量的火电厂基础用水定额。综合考虑，确定天津市火力发电行业的基础用水定额取２．３ｋｇ／（ｋＷ·ｈ），调节系数取１～２．４３，并对定额与实际用水量、天津市２００３版定额以及国标定额进行了合理性分析，取得了满意结果。关键词　天津市　火电厂　综合用水定额　调节系数０　前言火力发电属于高耗水行业，就全国电力工业而言，火电取水量占全国工业取水量的４０％［１］。根据《取水定额第１部分：火力发电》（ＧＢ／Ｔ１８９１６．１—２０１２）的要求，单位发电量取水量定额为２．４～３．２ｍ３／（ＭＷ·ｈ）［２］。２０１０年，天津市火力发电装机容量为１１　９３３．５ＭＷ，２０１１年发电量是６１９．０８亿ｋＷ·ｈ，比２０１０年增长１１．１％［３］。根据天津市第一次全国水利普查统计，２０１１年电力行业的总用水量为１８　７８５ｍ３，占天津市工业总用水量的２２％。天津市水务局重点项目（ＴＪＳＷＪ２０１２００１）。　　根据《天津市工业经济发展“十二五”