制药工程循环冷却水系统节水及水质稳定处理措施实践

邢志涛 郑长华

（中国航空规划建设发展有限公司，北京，100120）

制药工程循环冷却水系统节水及水质稳定处理措施实践

邢志涛 郑长华

（中国航空规划建设发展有限公司，北京，100120）

结合工程实例，分析了浓缩倍率对冷却循环水系统用水量和水质的影响，通过计算，得到了不同浓缩倍率下的补水量和排污量，确定了浓缩倍率在节水和水质稳定条件下的选择原则，最后对工业循环冷却水系统的设计流程提出了建议。

循环冷却水；水质稳定；水处理；浓缩倍率；排污；补水；节水

我国是工业大国，水资源短缺，工业用水总量逐年增加[1]，根据中国水利部发布的中国水资源公报[2]，2013年全国工业用水总量已达1 410亿m3，占全国总用水量的22.8 %，而我国化工、冶金、制药、石油等行业，循环冷却水的用水量占到工业总用水量的50 % ～ 80 %。由此可见，提高工业循环冷却水的使用效率，减少排放是解决用水紧缺的关键环节。而循环冷却水在循环使用、减少排放的过程中，因为水质的变化不可避免地会对管道和设备产生一系列的危害，所以循环冷却水在使用过程中必须稳定水质。

在制药工程中，冷却水循环系统在各类工艺冷媒的制取、工艺设备的冷却，以及洁净空调冷冻水的提供中起着重要的作用。随着近几年大型制药工程的不断出现和各项法规、政策的不断完善，对循环冷却水系统设计中水质稳定和节水措施提出了更高的要求。

1 某制药厂循环冷却水系统改造

制药工程循环冷却水系统多为开式，冷却水吸收热量后与空气接触，CO2逸入空气，水中溶解氧的浓度增加，造成循环冷却水系统可能存在四大水质问题：腐蚀、结垢、细菌滋生及污泥。同时，循环冷却水通过不断蒸发，水中的盐类不断浓缩，增大了设备和管道内部结垢的风险，很多企业为了保障系统运行，采取大量补水和增加排污的措施。此时，如果不采取合理的水质稳定措施，将严重损害制冷、工艺设备，大幅降低制冷效率，还会造成水资源浪费。但此类问题在设计过程中往往存在简单化处理的现象，导致后期一些改造工作的出现。

北京市某制药厂循环冷却水系统的循环量为7 442m3/h，负责提供工艺和空调冷冻水，冷却塔为方形横流冷却塔，供回水温度为32～37 ℃，原水硬度（以CaCO3计，下同）为230 mg/L，采用适用水硬度值为500 mg/L的广谱感应水处理器作为系统缓蚀、杀菌、除垢的水处理设备，在使用期间从未采取排污措施，系统运行2年后，测试系统水硬度为1 600 mg/L，硬度值超出广谱感应水处理器适用的硬度范围，系统存在严重的结垢风险。

根据上述运行工况，初步判断需要排污和补水措施来改善系统循环水的硬度，而合理的排污量和补水量是节水的关键，同时又取决于系统的浓缩倍率。

在这个已运行的系统中，其浓缩倍率受以下两个条件限制：①广谱感应水处理器适用的硬度范围；②GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》[3]推荐的硬度范围。

广谱感应水处理器适用的硬度值最大为500 mg/L，据其所确定的浓缩倍率N=500/230=2.18；《工业循环冷却水处理设计规范》推荐的硬度范围为不宜小于5.0，且不应小于3.0，即3.0≤N≤5.0；按照现有的运行工况确定的浓缩倍率N=1 600/230=6.96。因此，需要分别计算当浓缩倍率为2.18 ～ 7时的补水量、排污量和蒸发量，确定最佳排污和补水方案。

浓缩倍率与补水量、排污量、蒸发量的关系存在如下公式[4]：

式中 N—浓缩倍率；

Q—循环水量m3/h，本项目取7 442 m3/h；

Qe—蒸发损失水量m3/h；

Qm—补充水量m3/h；

Qw—风吹损失量m3/h，本项目取0.1 %Q[5]；

Qb—排污和渗漏损失水量m3/h；

θ—空气干球温度，北京地区取33.5 ℃；

Δt—冷却塔供回水温差，本项目取5 ℃。

根据上述公式对每一个浓缩倍率进行计算，得出表1。

表1 不同浓缩倍率下各项系统数据Tab.1 Parameters under different concentration ratios

根据上表数据，得出图1～3。

图1 浓缩倍率与Qm和Qb的关系Fig.1 Relation between concentration ratios and Qm& Qb

图2 Qm/Q、Qb/Q与浓缩倍率的关系Fig.2 Relation between concentration ratios and Qm/Q & Qb/Q

图3 每小时补水费用与浓缩倍率的关系Fig.3 Relation between concentration ratios and make-up water cost per hour

从表1和图1～3可以看出，随着N值的增大，补水量和排污损失水量开始时降低很快，当N ＞ 5以后,降低就越来越小，而浓缩倍率过高，会带来投资的增加。为了达到一定的节水效果，同时降低水处理投资，本项目的浓缩倍率必须做出修正。

综合上述分析，本项目水质稳定处理的方案采取的调整措施如下：

（1）将浓缩倍率调整为5。

（2）浓缩倍率调整为5后，循环水的运行硬度将达到1 150 mg/L（见表1），原来在系统内安装的广谱感应水处理器的适用硬度500 mg/L已不能满足系统要求。因此，改为采用分别向系统中添加缓蚀剂、杀菌剂和阻垢剂的方法来实现对冷却循环水系统的腐蚀控制、生物控制和结垢控制的目标。

（3）根据表1中浓缩倍率为5时对应的数据，对循环冷却水系统采取补水和排污措施。

经过上述改造措施以后，该制药厂循环冷却水满负荷运行时日节省补水量约为（114.80-77.68）×7=259.84 m3，日节约补水费用约为259.84×5=1 299.2元，降低了补水的投资，同时系统水质得到了良好控制，保证了运行安全。

2 结论

工业循环冷却水系统的设计工作，除了保证用水设备正常、高效地运行外，还承担着节水和节约运行投入的目的，因此在系统设计时建议遵循以下流程：

（1）取得原水硬度数据，确定浓缩倍率；

（2）选择合适的水处理设备；

（3）确定系统的补水量及排污量，达到循环冷却水系统最佳的设计和使用效果。

[1] 郑书忠.我国工业循环冷却水处理发展现状与展望[Z].

[2] 中国水利部.2013年中国水资源公报[R].2014.

[3] GB 50050—2007，工业循环冷却水处理设计规范[S].

[4] 唐耀宗，姜文源，胡鸿钧，等.建筑给水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.

[5] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施—给水排水[Z].北京：中国计划出版社，2009.

Practice of Water Saving and Water Quality Treatment in Cycle Cooling Water System in Pharmaceutical Engineering

Xing Zhitao, Zheng Changhua
（China Aviation Planning and Construction Development Co., Ltd, Beijing, 100120）

Combined with practical engineering examples, the effects of concentration rate to used water volume and water quality in circulating cooling water system were analyzed.Through the calculation, the water supplement and discharge were obtained, so that the principle of selecting proper concentration rate was determined.Finally, appropriate procedure for designing industrial circulating cooling water system was proposed.

circulating cooling water; stable water quality; water treatment; concentration rate; waste discharge; water supplement; water saving

TQ 085

：A

：2095-817X（2015）04-0057-003

2015-03-23

邢志涛（1978—），男，高级工程师，主要从事医药工程的制冷、供热、供气、管道设计。