循环水系统基础知识

循环冷却水系统简介
热交换器热效率下降 热交换器泄漏
材质强度下降 热交换器堵塞 泵压上升、流量下降 促进腐蚀 浪费药剂 冷却塔效率下降 冷却塔填料变型下陷 视觉污染 淤泥堆积
循环水必要性
▪ 节约水源 ▪ 减少排污水量 ▪ 防止热污染 ▪ 减少设备体积，节约钢材。
循环冷却水的产生
工业冷却水
化学工业、石油工业、冶金工业及建筑的生活 系统中常需要将热工艺介质进行冷却，水的特性很 适合用作冷却介质。工业冷却水通过换热器(或称热 交换器，水冷却器、水冷器)与工艺介质间接换热。 热的工艺介质在热交换过程中降低温度，冷却水被 加热而温度升高。工业冷却水的用量往往很大，在 化学工业许多企业中占到工业用水总量的90％～95 ％以上。因此要进行回收循环使用。
▪ 水质处理系统：投加缓蚀阻垢剂系统；加碱 系统；加氯系统；旁滤系统；
一循主要设备
▪ 冷却塔 ：钢筋混凝土结构逆流式机械通风冷 却塔，20台。风机20台。单台处理能力4000 m3/h。填料为薄膜填料。
▪ 循环水泵：水平中开卧式离心泵，共10台，8 开2备。单泵流量10000 m3/h，扬程52m。
因此，它的冷却效率只有开放式冷却
高温冷却液 塔的一半。
洒水
洒水
这种类型的冷却塔较多应用于水质较
差的地区，如：电脑和半导体加工区
，或空气质量较差的地区(灰尘较重
空气
地区)。
低温冷却液
水槽
密闭式冷却塔 冷却液不直接与空气接触
冷却方式
优点
开放式冷却塔 高效
1,冷却液可以保持干净 密闭式冷却塔 2,冷却液在冬天不会发生雾化
▪ 西门子200PLC控制，整套加药装置自动运行。加药 系统的工作状态可在工控机上显示，并控制。
二循设计
▪ 设计规模：32000m3/h 。
▪ 供水对象： EO/EG、MTBE/丁烯-1、西区罐 区、全厂公用仓库等装置和辅助设施
▪ 组成：循环冷却部分、旁滤部分、水质处理 部分、水质监控部分组成 。
循环水基础知识
循环水系统简介、工作原理 与控制参数
2014年12月
目录
▪ 乙烯循环水场设计简介 ▪ 循环冷却水处理基础知识简介 ▪ 循环水冷却原理 ▪ 循环水处理设施 ▪ 循环水场主要控制指标 ▪ 循环水主要水质指标
如何确定循环水场水质处理方案？
乙烯工程简介
▪ 一、乙烯装置（含干气预精制） 100万吨/年
▪ 装置边界处循环热水工作压力 0.25MPa
▪ 循环冷水系统设计温度
33℃
▪ 循环热水系统设计温度
43℃
▪ 冷却塔设计干球温度(θ)
33.0℃
▪ 冷却塔设计湿球温度(τ)
28.5℃
▪ 冷却塔设计大气压力
99.99167KPa
▪ 污垢热阻值
1.72×10-4m2·k/w
▪ 浓缩倍数
≥ 4.0
主要设备
(2)tf=θ
Pq,θ， Pq",tf, t
Hβ
Hβ
H=Hα+ Hβ
(3) tf<θ
Hβ
H= Hβ (4) tf=τ<θ
Hβ
H=Hβ- Hα
H=0
提高蒸发传热的措施
▪ 增加热水与空气的接触面积。接触面积越大， 则水分子逸出的机会就越多，蒸发越快；
▪ 提高水面空气流动的速度，使逸出的水蒸气 分子迅速扩散。维持蒸发扩散动力为常数， 不使降低。
▪ 二、裂解汽油加氢装置
70万吨/年
▪ 三、丁二烯抽提装置
16万吨/年
▪ 四、芳烃抽提装置
60万吨/年
▪ 五、环氧乙烷/乙二醇装置
65万吨/年
▪ 六、聚乙烯装置
45万吨/年
▪ 七、MTBE/丁烯-1装置
11/4万吨/年
▪ 八、聚丙烯装置
30万吨/年
▪ 九、环氧丙烷/苯乙烯装置
28.2/62万吨/年
▪ 公用工程及辅助工程
3 芳烃抽提 862 1041 33 43 0.45 0.20
4 丁二烯抽 5400 6500 33 43 0.45 0.20 提
5 综合办公 350 350 33 43 0.45 0.20 楼
6 合计
66812 78341
80000
一循环水场主要设计参数
▪ 循环冷却给水压力
0.45~0.55MPaG
▪ 循环冷却回水压力
0.15~0.20MPaG
▪ 循环冷却给水温度
33℃
▪ 循环冷却回水温度
43℃
▪ 浓缩倍数
≥4
▪ 污垢热阻
3.0×10-4m2.K/W
▪ 干球温度
33.0℃
▪ 湿球温度
28.5℃
工艺流程
▪ 循环水加压系统：循环热水靠余压经循环冷 却回水管道进入冷却塔，在塔内与空气进行 充分的蒸发散热与传质散热。水被冷却进入 冷却塔塔底水池，经平衡渠道汇集流入吸水 池，由循环水泵通过吸水管道将吸水池的水 加压送至各装置循环使用。
▪ 在冬季，出于气温降低，接触散热的作用增 大，从夏季的10％～20％增加到40％～50％， 严寒天气甚至可增加到70％左右，故在寒冷 季节水的蒸发损失量减少，补充水量也就随 之降低。
蒸发过程
接触过程
水冷却的基本原理图
水的冷却过程是通过蒸发传热和接触传热实现的，水温的变化则
是两者作用的结果。
(1) Hα tf>θ
▪ 1）、冷却塔8间，单塔处理水量4000m3/h， 温降10℃。
▪ 2）、循环冷水泵6台，4开2备，单泵流量 Q=9500m3/h，H=52m。
▪ 3）、压力式过滤器4台，单台处理水量 250m3/h。
加药设备
▪ 包括药剂贮罐、计量泵、在线检测仪表、PLC控制 系统等。
▪ 加药系统能实现的功能 排污控制； 缓蚀阻垢剂的添加控制； pH监测及液碱添加控制； 余氯监测及氧化性杀菌剂添加控制； 在线瞬时腐蚀速率及挂片点蚀监测； 在线浊度监测；
湿球温度和水的冷却理论极限：
干湿球温度是空气的主要热力学参数，干球温度为 一般温度计测得的气温。 测定湿球温度时：１）纱布必须完全包住水银球
２）风速３—５m/s 以上。
水
湿球温度代表在当地气温条件下，水可能被冷却的最低温 度，也即冷却构筑物出水温度的理论极限值。
冷却塔传热
▪ 蒸发传热：当水在其表面温度时的饱和蒸汽压大于 空气中的水蒸气分压时，水滴表面的水分子克服液 态水分子的吸引力而汽化逸入空气中，并带走气化 潜热，使液态水的温度下降。每蒸发1Kg水，要带 走约2.43×106J热量。约占冷却塔中传热量的75 ％～80％。
▪ 接触传热：当空气中的湿球温度低于水温时，热量 从水传向空气，使空气温度升高而水温下降，带走 的热量是显热，约占冷却塔中传热量的20％～25％。
传热区别
▪ 春、夏、秋三季内，室外气温较高，表面蒸 发起主要作用，最炎热复季的蒸发散热量可 达总散热量的90％以上，故水的蒸发损失量 最大，需要的补充水量也最多。
空气冷凝器
空气冷凝器内部环境干燥，主要使用空气为冷却媒体。 热交换过程是首先把冷却液泵入冷凝器顶部的热交换器，然后通过风机 使冷却空气强制流通过顶部热交换器，对其进行散热。 这种冷却方式效率相对较低。一般适用于水资源相对不足和某些无法使 用冷却塔方式的环境下。
冷却塔-开放式
高温冷却液
高温冷却液
空气
二循图纸
▪ 链接：二循图纸
工艺流程
▪ 自各生产装置及辅助设施来的循环热水 （CWR）进入循环水场后，在冷却塔内进行 蒸发散热和传质散热，使43℃的热水冷却到 33℃，冷却后的水经塔下集水池自流至吸水 池，由循环冷水泵提升加压，送至全厂性循 环水管网，供各生产装置及辅助设施使用。
设计参数
▪ 装置边界处循环冷水工作压力 0.50MPa
敞开式循环水系统组成
▪ 组成设备：源水处理设备、冷却塔、循环水 泵站、换热设备、旁滤设备、加药设备。
加药设备
预处理
冷却塔
泵站
换热器
排污
旁滤器
冷却塔
▪ 作用：冷却换热器中排出的 热水。
▪ 原理：热水从塔顶向下喷淋 成水滴或水膜状，空气则由 下向上与水滴或水膜逆向流 动，或水平方向交流流动， 在气水接触过程中，进行热 交换，使水温降低。
开放式冷却塔冷却效率高，冷却液直
空气
接和外界空气接触进行热交换。
冷却液
低温冷却液
纯净的水在冷却过程中会慢慢蒸发， 剩余的冷却液与空气接触后产生沉淀 和污垢，所以需要定期更换或加注冷 却液。
开放式冷却塔 冷却液直接和空气接触
冷却塔-密闭式
密闭式冷却塔，它的冷却液被灌注在
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冷却盘管中，和空气不发生直接接触。
水质特点和处理措施
冷却构筑物类型
水面冷却池
喷水池
循环冷却水系统分类
冷却水系统
直流冷却水系统 封闭式循环冷却水系统
敞开式循环冷却水系统
湿式冷却塔分类
敞开式循环水系统
热流体
换 热
器
水泵
流程：冷水流入换热器将热流体冷却，水温升高，利用其余压流 入冷却塔进行冷却。冷却后的水再用水泵送入换热器循环使用。
3,不会受到周边空气环境的影响
缺点 1,冷却液容易受到污染 2,冷却液在冬天容易雾化 3,需要定期排污
设备体积相对较大
逆流和横流冷却塔比较
塔型
逆流式冷却塔
横流式冷却塔
效率
水与空气逆流接触，热交换效率高， （可保持最冷的水与最干燥温度低 的空气接触，最热的水与最潮湿温
度高的空气接触）
如水量和容积散质系数相同，填 料容积要比逆流塔约大15％～20
▪ 饱和空气：当空气在一定温度下，吸湿能力 达到最大值，空气中的水蒸气处于饱和状态。
▪ 一定温度下，达到饱和的空气，当温度升高 时变为不饱和；反之，不饱和的空气，当温 度降低时，又趋于饱和。
湿度
▪ 绝对湿度：每m3湿空气中所含水蒸气的质量。 ▪ 相对湿度：空气的绝对湿度与同温度下饱和
空气的绝对湿度之比。表示湿空气接近饱和 的程度。 ▪ 相对湿度低的空气较干燥，易吸收水分；反 之则差。
序 系统名称 正常 最大 给水 回水 给水 回水 备 注
号
水量 水量 温度 温度 压力 压力
(m3/h) (m3/h) (℃) (℃) (MPa (MPa
G) G)
1 乙烯装置 56000 65000 33 43 0.45 0.20
2 裂解汽油 4200 5450 33 43 0.45 0.20 加氢
冷却塔主要用于生产工艺过程中被加热的水基液体的冷却。 比如说：原油提炼生产中大型空冷系统用水，发电工艺用水等等。 主要有以下两种冷却系统：冷却塔和空气冷凝器。
热交换器
蒸汽
高温冷却液 空气
高温冷却液 空气 蒸汽冷凝
冷却液
冷却塔
空气 低温冷却液
空气冷凝器
蒸汽冷凝 空气
冷却塔
冷却塔概括地分为两大类：开放式和密闭式。 共同点：都是以风机作为空气动力装置，带动气流运动。使循环冷却液与进 入塔内的空气进行热交换，达到冷却目的。 不同点：循环冷却液是否和空气直接接触。 因为冷却塔内非常潮湿，电机一般安装在冷却塔外部。
图纸介绍
▪ 乙烯东西区平面图 ▪ 乙烯循环水系统图 ▪ 乙烯第一循环水场图 ▪ 乙烯第二循环水场图
一循设计
▪ 规模： 80000m3/h ；
▪ 供水对象： 为乙烯（含干气预精制）、裂解汽油加氢、 芳烃抽提、丁二烯抽提和综合办公楼等装置 提供循环冷却水。
一循
▪ 链接：一循循环水场设计图
装置用水量表
▪ 旁滤罐：压力过滤罐，单台处理水量 250m3/h，滤速20~30m/h，共10台。
加药设备
选用自动加药系统1套，包括如下加药设备： ▪ 本系统设置缓蚀阻垢剂、杀菌剂和次氯酸钠杀菌剂
加药装置。
▪ 缓蚀阻垢剂和次氯酸钠加药装置配备一个溶液箱， 溶液箱上配备磁翻板液位计，配置LMI计量泵。
▪ 在冷却水管路上配置米顿罗PH表、栗田电导率仪和 药剂浓度仪表，HACH浊度仪和余氯仪，通过以上 仪表在线检测水质，
％。
风阻
因为水气逆向流动，加上配水对气 流的阻挡，故风阻较大；为减少进 风口的阻力降，往往提高进风口高
度以减少进风速度。
比逆流塔低，进风口高即为淋水 装置高，进风风速低。
配水设备
对气流有阻力，配水系统维护检修 不便。
对气流无阻力影响，维护检修方 便。
占地 淋水填料平面面积基本同塔面积。
平面面积较大。
蒸发传热和接触传热的季节变化
▪ 冬季气温低，温差大，接触传热量大，达50 ％～70％。蒸发传热量小。
▪ 夏季气温高，温差小，甚至为负，接触传热 量甚小，蒸发传热占80％～90％。
循环水处理设施
循环水处理设施
▪ 冷却塔 ▪ 加压系统 ▪ 加药系统 ▪ 旁滤系统 ▪ 监测系统
冷却塔
▪ 热水分配装置：配水系统、淋水填料； ▪ 通风及空气分配装置：风机、风筒、进风口； ▪ 其它装置：集水池、除水器、塔体
塔高度
因进风口高度和除水器水平布置等 因素，塔总高度较高。
空气回流
比横流塔小。
填料高度接近塔高，除水器不占 高度，塔总高度较低。
由于塔身低风机排气回流影响较 大。
循环水系统工作原理
水的冷却理论
▪ 湿空气的性质 ▪ 水的冷却原理 ▪ 接触传热量和蒸发传热量
湿空气
湿空气的压力
▪ 对冷却塔来说，湿空气的总压力就是当地的 大气压。