区域供冷水系统应用浅析

谷 岩

（天津于家堡能源运营管理有限公司 天津 300000）

1 引言

区域供冷系统（District Cooling System）是指在区域内设置集中的制冷站制备冷水，首先经过冷冻水的输配管网向区域内用冷建筑提供冷水，在经过设置在楼宇内的板式换热器或者直接与楼宇内的风机盘管等用冷末端进行冷水交换，以满足其用冷的需求。区域供冷系统有环境友好，能源综合利用效率高，可改变区域内建筑热环境，与蓄冷相结合可实现移峰填谷提高电厂及电网效率，减少电网不平衡等优点。随着城市经济的发展，大型商业建筑群，区域集中楼宇建筑不断涌现，这些建筑集中在同一区域内，具有建筑密度大，建筑类型多的特点。这为采用区域供冷系统创造了良好的条件。

一般区域供冷中心水系统主要包含：冷却水系统，冷冻水系统，乙二醇溶液系统，融冰（站内循环系统）系统等。其中冷却水系统主要是将制冷机通过压缩机制冷产生的热量带走，经过冷却塔进行散热，较低温度的水经水泵流回制冷机；冷冻循环水一般是将站内制备的冷水，经过输配管网将冷量带入末端用户的板换处（或末端释冷系统），经过换冷后在流回供冷中心。乙二醇溶液系统主要应用于蓄冰系统中，利用乙二醇溶液的冰点低的特点，通过制冷机制备-5.6℃（25%乙二醇溶液）左右的乙二醇溶液进入蓄冰装置进行蓄冰。融冰（站内循环系统）系统，该系统主要是由于供冷中心与室外管网从在高度差，需要将蓄冰或蓄水系统的冷水在制冷中心与冷冻循环水系统经板换进行能量交换后，再由冷冻水循环系统将冷水通过输配系统进行供冷，此系统在某些实际应用中可由定压装置代替。

因此，在区域供冷系统中，对水系统中水质的控制将显得尤为重要，有效的控制系统中的水质可以保证区域供冷系统的运行效率，减少板换、制冷机等设备热交换面的结垢，减少水溶液中细菌含量，并且延长设备使用寿命。

2 区域供冷水系统预处理

2.1 循环冷却水系统的预处理

区域供冷系统中冷却水的水质控制指标主要由系统的浓缩倍数，浊度，PH值、碱度、硬度、电导率、氯离子等指标构成，其参数应满足国标中冷却循环水水质指标。其中，冷却水系统的浓缩倍数一般要求在3至5之间。浓缩倍数的计算可按照下式计算[1]：

式中：N——浓缩倍数

Qm——补水量（m3/h）

Qb——排污水量（m3/h）

Qw——风吹损失水量（m3/h）

循环冷却水系统的预处理主要包括：管道水清洗，管道化学清洗，预膜处理。管道水清洗包括：粘泥剥离，启动管路水循环进行初步冲洗直至水系统浊度小于20NTU和全铁小于1mg/l；管道化学清洗包括：加入化学清洗药剂，进行闭路循环48小时，更换新水进行循环直至系统浊度和全铁达到国标要求；预膜处理：根据工艺情况和管道材质特性加入化学缓蚀阻垢剂和预膜清洗剂进行处理，持续时间不宜小于120小时。

2.2 闭路水系统的预处理。

区域供冷中心中，大部分的水系统均为闭路系统。其水溶液具有以下特点：闭路系统的水溶液主要是经过热交换器等间接加热或冷却没有蒸发，因此不存在浓缩的问题；控制过程中没有必要为控制水质而进行强制排水；[2]这类系统由于水在管道内长期运行，因此主要是控制水对管道系统的腐蚀及结垢。

闭路系统的预处理方式与冷却水系统基本一致，只是在化学处理过程中使用的药剂不同。其主要是使用化学缓蚀剂和化学阻垢剂进行处理。

3 循环冷却水常见危害

3.1 水垢附着

循环冷却水系统在运行过程中,会因各种原因在换热器表面上形成污垢。长期以来,换热设备的结垢问题一直困扰着人们,污垢带来的危害主要体现在以下三个方面[3]：①恶化制冷机，冷却塔，板式换热器的传热效果,增加能耗损失。②增加设备维护费用，需定期清理冷却塔换热设备等。③威胁设备安全，局部的结垢可增加结垢周边换热表面的腐蚀和点蚀速率。

3.2 设备腐蚀

循环冷却水系统中有金属换热器、金属管道等不同的金属材料的设备和配件。冷却水在其中循环换热,与金属材料长时间的接触,必然会造成金属材料的腐蚀。循环冷却水对金属的腐蚀,最主要的是电化学腐蚀。这种腐蚀是不可能完全消除的,因此在实际应用中只能将金属腐蚀控制在一个可以接受的水平上。[4]

4 区域供冷系统水系统管理策略

水系统的运营管理中主要包括：每日对水系统的PH值，电导率，缓蚀阻垢剂等进行实际测量并与既定标准核对，定期分析数据偏差原因，做好数据分析及记录。其中冷却水的水质应满足国标GB50050中冷却循环水水质指标；空调循环冷水的水质应满足国标GB/T 29044中对集中空调循环冷水系统的水质要求。运行中建议在所有的水系统中增加挂片检测系统，通过定期测量挂片变化以确定水系统中的溶液是否对挂片的腐蚀速率控制在碳钢腐蚀速率小于0.075mm/a，铜合金和不锈钢腐蚀速率小于0.005mm/a的标准范围内，若出现腐蚀速率过快，需要及时调整水处理化学药剂的投放种类及数量，并做好后期及时的跟踪。

其中冷却水系统中需要进行在线监测，并将监测数据与冷却水加药系统联锁控制并将数据上传区域供冷DCS控制系统，其中PH值与加酸量联锁，电导率与排污水量联锁，ORP与杀菌剂联锁，缓蚀阻垢剂与其的投加量进行连锁，并将所有数据控制在标准范围内，以保证与冷却水系统相连的设备及管道的平稳运行。文献[5]中还指出在运营管理时应对冷却水系统中补水量和排污水量检测进行记录，并计算检测其运行时浓缩倍数，通过将浓缩倍数控制在合理范围内，以确保供冷系统运营过程中节约水资源。

结语

区域供冷作为新兴的空调能源供给方式，其系统中的水处理的优劣对于整个系统平稳高效的运行有至关重要的作用。只有通过对系统中冷却水的实时监测才可以提早发现系统中存在的问题，定期测量挂片变化可以直观的反应出系统对管道及设备的腐蚀情况。因此，只有做好区域供冷中水系统的运营维护工作，才可以使区域供冷系统发挥更好的作用。

[1]中国工程建设标准化协会化工分会，工业循环冷却水处理设计规范，GB50050-2007

[2]采暖空调系统水质，GB/T29044-2012

[3]周柏青，胡梦莎，工业循环冷却水系统降耗减排综述2017.3

[4]唐爱印，戴友芝，工业循环冷却水处理[M]北京：化学工业出版社，2003：5-20

[5]朱凯，虹桥机场供冷系统冷却水水质控制管理科学创业家，2013