制藥工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水及水質(zhì)穩(wěn)定處理措施實踐

邢志濤 鄭長華

（中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京，100120）

制藥工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)節(jié)水及水質(zhì)穩(wěn)定處理措施實踐

邢志濤 鄭長華

（中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京，100120）

結(jié)合工程實例，分析了濃縮倍率對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)用水量和水質(zhì)的影響，通過計算，得到了不同濃縮倍率下的補(bǔ)水量和排污量，確定了濃縮倍率在節(jié)水和水質(zhì)穩(wěn)定條件下的選擇原則，最后對工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計流程提出了建議。

循環(huán)冷卻水；水質(zhì)穩(wěn)定；水處理；濃縮倍率；排污；補(bǔ)水；節(jié)水

我國是工業(yè)大國，水資源短缺，工業(yè)用水總量逐年增加[1]，根據(jù)中國水利部發(fā)布的中國水資源公報[2]，2013年全國工業(yè)用水總量已達(dá)1 410億m3，占全國總用水量的22.8 %，而我國化工、冶金、制藥、石油等行業(yè)，循環(huán)冷卻水的用水量占到工業(yè)總用水量的50 % ～ 80 %。由此可見，提高工業(yè)循環(huán)冷卻水的使用效率，減少排放是解決用水緊缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而循環(huán)冷卻水在循環(huán)使用、減少排放的過程中，因為水質(zhì)的變化不可避免地會對管道和設(shè)備產(chǎn)生一系列的危害，所以循環(huán)冷卻水在使用過程中必須穩(wěn)定水質(zhì)。

在制藥工程中，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)在各類工藝?yán)涿降闹迫?、工藝設(shè)備的冷卻，以及潔凈空調(diào)冷凍水的提供中起著重要的作用。隨著近幾年大型制藥工程的不斷出現(xiàn)和各項法規(guī)、政策的不斷完善，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計中水質(zhì)穩(wěn)定和節(jié)水措施提出了更高的要求。

1 某制藥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造

制藥工程循環(huán)冷卻水系統(tǒng)多為開式，冷卻水吸收熱量后與空氣接觸，CO2逸入空氣，水中溶解氧的濃度增加，造成循環(huán)冷卻水系統(tǒng)可能存在四大水質(zhì)問題：腐蝕、結(jié)垢、細(xì)菌滋生及污泥。同時，循環(huán)冷卻水通過不斷蒸發(fā)，水中的鹽類不斷濃縮，增大了設(shè)備和管道內(nèi)部結(jié)垢的風(fēng)險，很多企業(yè)為了保障系統(tǒng)運行，采取大量補(bǔ)水和增加排污的措施。此時，如果不采取合理的水質(zhì)穩(wěn)定措施，將嚴(yán)重?fù)p害制冷、工藝設(shè)備，大幅降低制冷效率，還會造成水資源浪費。但此類問題在設(shè)計過程中往往存在簡單化處理的現(xiàn)象，導(dǎo)致后期一些改造工作的出現(xiàn)。

北京市某制藥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的循環(huán)量為7 442m3/h，負(fù)責(zé)提供工藝和空調(diào)冷凍水，冷卻塔為方形橫流冷卻塔，供回水溫度為32～37 ℃，原水硬度（以CaCO3計，下同）為230 mg/L，采用適用水硬度值為500 mg/L的廣譜感應(yīng)水處理器作為系統(tǒng)緩蝕、殺菌、除垢的水處理設(shè)備，在使用期間從未采取排污措施，系統(tǒng)運行2年后，測試系統(tǒng)水硬度為1 600 mg/L，硬度值超出廣譜感應(yīng)水處理器適用的硬度范圍，系統(tǒng)存在嚴(yán)重的結(jié)垢風(fēng)險。

根據(jù)上述運行工況，初步判斷需要排污和補(bǔ)水措施來改善系統(tǒng)循環(huán)水的硬度，而合理的排污量和補(bǔ)水量是節(jié)水的關(guān)鍵，同時又取決于系統(tǒng)的濃縮倍率。

在這個已運行的系統(tǒng)中，其濃縮倍率受以下兩個條件限制：①廣譜感應(yīng)水處理器適用的硬度范圍；②GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》[3]推薦的硬度范圍。

廣譜感應(yīng)水處理器適用的硬度值最大為500 mg/L，據(jù)其所確定的濃縮倍率N=500/230=2.18；《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》推薦的硬度范圍為不宜小于5.0，且不應(yīng)小于3.0，即3.0≤N≤5.0；按照現(xiàn)有的運行工況確定的濃縮倍率N=1 600/230=6.96。因此，需要分別計算當(dāng)濃縮倍率為2.18 ～ 7時的補(bǔ)水量、排污量和蒸發(fā)量，確定最佳排污和補(bǔ)水方案。

濃縮倍率與補(bǔ)水量、排污量、蒸發(fā)量的關(guān)系存在如下公式[4]：

式中 N—濃縮倍率；

Q—循環(huán)水量m3/h，本項目取7 442 m3/h；

Qe—蒸發(fā)損失水量m3/h；

Qm—補(bǔ)充水量m3/h；

Qw—風(fēng)吹損失量m3/h，本項目取0.1 %Q[5]；

Qb—排污和滲漏損失水量m3/h；

θ—空氣干球溫度，北京地區(qū)取33.5 ℃；

Δt—冷卻塔供回水溫差，本項目取5 ℃。

根據(jù)上述公式對每一個濃縮倍率進(jìn)行計算，得出表1。

表1 不同濃縮倍率下各項系統(tǒng)數(shù)據(jù)Tab.1 Parameters under different concentration ratios

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，得出圖1～3。

圖1 濃縮倍率與Qm和Qb的關(guān)系Fig.1 Relation between concentration ratios and Qm& Qb

圖2 Qm/Q、Qb/Q與濃縮倍率的關(guān)系Fig.2 Relation between concentration ratios and Qm/Q & Qb/Q

圖3 每小時補(bǔ)水費用與濃縮倍率的關(guān)系Fig.3 Relation between concentration ratios and make-up water cost per hour

從表1和圖1～3可以看出，隨著N值的增大，補(bǔ)水量和排污損失水量開始時降低很快，當(dāng)N ＞ 5以后,降低就越來越小，而濃縮倍率過高，會帶來投資的增加。為了達(dá)到一定的節(jié)水效果，同時降低水處理投資，本項目的濃縮倍率必須做出修正。

綜合上述分析，本項目水質(zhì)穩(wěn)定處理的方案采取的調(diào)整措施如下：

（1）將濃縮倍率調(diào)整為5。

（2）濃縮倍率調(diào)整為5后，循環(huán)水的運行硬度將達(dá)到1 150 mg/L（見表1），原來在系統(tǒng)內(nèi)安裝的廣譜感應(yīng)水處理器的適用硬度500 mg/L已不能滿足系統(tǒng)要求。因此，改為采用分別向系統(tǒng)中添加緩蝕劑、殺菌劑和阻垢劑的方法來實現(xiàn)對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕控制、生物控制和結(jié)垢控制的目標(biāo)。

（3）根據(jù)表1中濃縮倍率為5時對應(yīng)的數(shù)據(jù)，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采取補(bǔ)水和排污措施。

經(jīng)過上述改造措施以后，該制藥廠循環(huán)冷卻水滿負(fù)荷運行時日節(jié)省補(bǔ)水量約為（114.80-77.68）×7=259.84 m3，日節(jié)約補(bǔ)水費用約為259.84×5=1 299.2元，降低了補(bǔ)水的投資，同時系統(tǒng)水質(zhì)得到了良好控制，保證了運行安全。

2 結(jié)論

工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計工作，除了保證用水設(shè)備正常、高效地運行外，還承擔(dān)著節(jié)水和節(jié)約運行投入的目的，因此在系統(tǒng)設(shè)計時建議遵循以下流程：

（1）取得原水硬度數(shù)據(jù)，確定濃縮倍率；

（2）選擇合適的水處理設(shè)備；

（3）確定系統(tǒng)的補(bǔ)水量及排污量，達(dá)到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)最佳的設(shè)計和使用效果。

[1] 鄭書忠.我國工業(yè)循環(huán)冷卻水處理發(fā)展現(xiàn)狀與展望[Z].

[2] 中國水利部.2013年中國水資源公報[R].2014.

[3] GB 50050—2007，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 唐耀宗，姜文源，胡鴻鈞，等.建筑給水排水設(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[5] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院.全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施—給水排水[Z].北京：中國計劃出版社，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

邢志濤（1978—），男，高級工程師，主要從事醫(yī)藥工程的制冷、供熱、供氣、管道設(shè)計。