车灯透镜
作者：
王琪，邱琴，岳鹏，车承丹
摘要：
分析循环冷却⽔系统浓缩倍数与节⽔的关系。针对不同领域的循环冷却⽔系统，对⽐分析现有循环冷却⽔处理⽅法。对⽐分析现⾏标准中的技术指标要求及计算⽅法的差异，在应⽤项⽬中对⽐不同处理⽅法、不同测试计算⽅式下的浓缩倍数差异。由此提出可⾏的评价⽅法、指标要求及标准修订意见，以推动循环冷却⽔处理标准的进⼀步健全和完善。 关键词：
循环冷却⽔系统；节⽔；浓缩倍数；空⽓调节；循环冷却⽔处理标准
水泥浆比重检测在⼯业⽤⽔中，冷却⽔占⽐70%～80%。⼤型民⽤建筑⼤多装有中央空调，⽽绝⼤多数中央空调须使⽤冷却⽔。2019年我国中央空调整体⾏业规模或已逼近千亿元，被⼴泛应⽤于办公楼、酒店、购物中⼼等商业场所及学校、博物馆、轨道交通等市政场所。可以看出，冷却⽔作为我国关键耗⽔环节，具有很⼤的节⽔潜⼒。循环冷却⽔是减少冷却⽔最有效的措施。
循环冷却⽔系统是以⽔作为冷却介质，并循环使⽤的给⽔系统。按冷却介质接触⽅式分为间冷和直冷，按散热⽅式分为开式和闭式。闭式不暴露于空⽓中，⽔量损失⼩。开式⽔的再冷却过程中与空⽓接触，因此部分⽔蒸发吹散损失掉，各种离⼦含量被浓缩增加。循环冷却⽔若处理不当，会造成以下后果。①导致冷却⽔低浓缩倍数排放，浪费⽔资源。②滋⽣军团菌等致病菌，危害公共卫⽣健康。③含化学药剂的排放⽔直接进⼊⾬⽔管道，污染⽔环境。
01
循环冷却⽔系统节⽔指标
1.1 浓缩倍数
铸轧
开式循环冷却⽔系统如图1所⽰。由图1可知，在其中循环⽔量（Q）损失的⽔量包括以下4种情况：以⽔蒸⽓蒸发掉的蒸发损失量E；随着⽔蒸⽓携带未被截留下来的风吹损失量D；根据循环⽔质要求，需强制排放的⾼浓度污⽔，即强制排污量B；循环管道中渗漏⽔量F。
图 1 开式循环冷却⽔系统⽰意图
为保持循环⽔量不变，则需加⼊补充⽔量Q'=E+D+B+F。当冷却塔系统运⾏正常且收⽔效果较好时，渗漏⽔量及风吹损失⽔量可忽略不计，则循环冷却⽔系统⽔量平衡式如式（1）所⽰。
循环冷却⽔盐度平衡如式（2）所⽰。
浓缩倍数指的是在循环冷却⽔中，由蒸发⽽浓缩的物质含量与补充⽔中同⼀物质含量的⽐值，或指补充⽔量与排污⽔量的⽐值。其为开式循环冷却⽔系统的关键节⽔参数。可表⽰为浓缩倍数（N）=Q'（补充⽔量）/B（排污量）=CQ（浓缩后循环⽔⽔质）/CQ'（补充⽔浓度）。
1.2 浓缩倍数对节⽔效果的影响
补充⽔量、排污⽔量与浓缩倍数的关系见式（3）～式（6）。
补充⽔量、排污⽔量与浓缩倍数的关系如图2所⽰。
补充⽔量、排污⽔量与浓缩倍数的关系如图2所⽰。
图 2 补充⽔量、排污⽔量与浓缩倍数的关系
根据浓缩倍数与补充后⽔量之间的关系，浓缩倍数越⾼，补充⽔量越少，排污⽔量越少越节⽔，补充⽔量与排污⽔量之间始终相差蒸发量。当浓缩倍数达到6之后，补充⽔量趋于平缓。GB/T50050—2017《⼯业循环冷却⽔处理设计规范》条⽂说明3.1.11中列出了不同浓缩倍数系统的补充⽔量与排⽔量。当浓缩倍数从3倍提⾼到7倍时，补充⽔量可下降了22%。由此可见，提⾼浓缩倍数是降低补充⽔⽤量、实现循环冷却⽔节⽔的重要途径。
02
循环冷却⽔处理常⽤⽅法
⽬前，对循环冷却⽔的处理⽅法主要是化学药剂法及其他有物理处理法、臭氧处理法等。
化学药剂法顾名思义是向循环冷却⽔系统中投加药剂。针对⽔处理中的结垢、腐蚀及微⽣物问题，投加的药剂包括阻垢剂、缓蚀剂、杀⽣剂或复合药剂等。该⽅法历史最久，也是最为普遍的处理⽅法，发展进程⼤致可分为两个阶段。第⼀阶段是单纯防⽌碳酸钙结垢阶段，第⼆阶段是综合处理污垢、腐蚀和菌藻。到⽬前为⽌，积累了较为成熟的使⽤经验，处理效果趋于稳定，可根据⽓候环境、供⽔⽔质及⼯艺设计调节药剂的投加量，浓缩倍数可达到3～5，运⾏费⽤适中，常⽤于⼤型⼯业循环冷却⽔的处理。
物理⽔处理法是通过改变⽔分⼦结构或⽔分⼦的电⼦结构，达到⽔处理的⽬的，包括磁化法和静电法 [1] 。磁化法是将冷却⽔通过永久磁场形成磁化⽔，产⽣的晶体不形成⽔垢，⽽是可定期排除的粉末状物。阻垢效果较好，但处理效果不稳定，不能起到缓蚀、杀菌灭藻功能。在应⽤过程中需辅以旁滤、缓蚀及杀⽣的处理内容。静电法通过静电场作⽤，改变⽔分⼦结构，减少结构形成机会；另外在静电场下产⽣活性氧以破坏微⽣物细胞，同时产⽣致密的氧化膜，起到缓蚀的作⽤，被⼴泛应⽤于⼩型循环⽔处理系统中。
臭氧处理法是利⽤臭氧作为唯⼀的⽔处理剂，替代其他化学药剂处理循环冷却⽔，可以在较⾼的浓缩倍数下同时达到缓蚀、阻垢、杀菌灭藻的⽬的，且臭氧处理循环冷却⽔不存在任何环境污染、不增加⽔中的含盐量。控制臭氧投加浓度是臭氧处理法的关键，浓缩倍数可以达到5～8。其主要⼯艺流程如图3所⽰。
图 3 臭氧处理⼯艺流程
03
现有标准要求
我国针对循环冷却⽔现⾏有效的标准主要有3个，但各标准适⽤的范围有差异，节⽔指标的要求、测试⽅法、计算⽅法不⼀致。
（1）GB/T50050—2017《⼯业循环冷却⽔处理设计规范》针对⼯业领域循环冷却⽔处理设计，重点突出了节⽔、节能和保护环境。标准要求间冷开式系统的设计浓缩倍数不宜＜5.0，且不应＜3.0。浓缩倍数的计算⽅式如式（7）所⽰。
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（2）GB/T31329—2014《循环冷却⽔节⽔技术规范》针对间冷开式循环冷却⽔系统，采⽤化学处理技术，提出在保证系统安全、节能的前提下，提⾼循环冷却⽔的浓缩倍数。要求当采⽤地表⽔、地下
⽔或海⽔淡化⽔为补充⽔⽔源时，浓缩倍数应≥5，当采⽤再⽣⽔作为补充⽔⽔源时，浓缩倍数应≥3。浓缩倍数的计算⽅式如式（8）所⽰。
此外，也可采⽤在系统中相对稳定的其他离⼦。当采⽤化学处理技术时，提⾼浓缩倍数的⽅法为⽔质软化、脱盐或部分脱盐、加酸处理技术。
（3）GB/T32107—2015《臭氧处理循环冷却⽔技术规范》针对间冷开式循环冷却⽔系统，采⽤臭氧处理技术的⼯艺设计（含臭氧⽔注⼊⽅式），⽔中臭氧浓度、臭氧发⽣装置设计，但未规定采⽤臭氧处理时的浓缩倍数。
04
04
浓缩倍数的计算及检测⽅法
浓缩倍数的计算⽅法⼀般有3种。第1种⽅法中，浓缩倍数=补充⽔量/(排污⽔量+风吹损失⽔量)。由于补充⽔量、排污⽔量及风吹损失⽔量难以实时监测，因此该⽅法多⽤于设计阶段。第2种⽅法采⽤稳定离⼦的浓度与补充⽔中该离⼦浓度的⽐值表⽰，选⽤的离⼦浓度不受结垢、加热等条件影响。常⽤稳定离⼦法包括Cl - 、Ca 2 +、Na + 、K + 测定。其中，Cl - 有⼈为添加的因素，因此⽤Cl-表⽰浓缩
倍数的浓缩倍数会偏⾼。⼀般来说，Ca 2+ 是结垢因素，循环⽔在运⾏过程中或多或少会出现结垢现象，尤其在⾼浓缩倍数的情况下，因此⽤Ca 2+ 测定出来的浓缩倍数会偏低 [2] 。K + 在⽔中的溶解度相当⼤，在运⾏过程中不会析出，同时补充⽔的K + 也基本稳定 [3] ，因此⽤K + 测定出来的浓缩倍数较准确，使⽤也较为⼴泛。如GB/T31329—2014中循环冷却⽔浓缩倍数采⽤K + 质量浓度计算。第3种⽅法为电导率计算。电导率在线监测技术可实时获得数据，设备稳定可靠，应⽤⼴泛，电导率计算浓缩倍数最为简便，⼀般电导率的浓缩倍数⽐最⼤浓缩倍数低。
在某轨交车站的A1～A4站点采⽤臭氧处理技术，B1~B5站点采⽤加药处理技术，采⽤电导率计算出平均浓缩倍数如表1所⽰。
表 1 不同处理⽅法浓缩倍数指标对⽐
如表1所⽰，以循环冷却⽔和补充⽔的电导率计算出的臭氧处理浓缩倍数达到6.7～7.5，远⾼于化学加药处理浓缩倍数的2.7～3.4。由此可见，使⽤臭氧技术处理循环冷却⽔节⽔效果显著。臭氧处理循环冷却⽔技术是以臭氧为唯⼀药剂投加，臭氧可⾃⾏分解不残留。该技术虽不改变冷却⽔的蒸发和漂移量，但是不使⽤其他化学药剂，可降低循环处理⽔中颗粒物和残余化学试剂的总负荷，能够提⾼循环⽔的浓缩倍数，减少排⽔量和补充⽔量。
近年⼯程应⽤项⽬中应⽤臭氧处理技术，不同测试⽅法计算出的浓缩倍数如表2所⽰。
表 2 不同测试计算⽅法浓缩倍数对⽐
电导率所得的浓缩倍数为6.3～15.6。K、Na、Cl计算所得的浓缩倍数⽐较接近，为9.1～37.4，约为电导率所得的浓缩倍数的1.4～2.4倍。
05
结语
（1）浓缩倍数是重要的节⽔指标。随着浓缩倍数的增加，补充⽔量、排污⽔量不断减少，越少越节⽔；当浓缩倍数达到6之后，补充⽔量趋于平缓。提⾼浓缩倍数是降低补充⽔⽤量、实现循环冷却⽔节⽔的重要途径。因此，现有标准的修订及新标准的制定应重点关注节⽔，增加节⽔性能指标——浓缩倍数。
（2）⽬前循环冷却⽔的处理⼤多采⽤化学药剂法，同时臭氧处理技术、物理⽔处理等⽅法在⼩型中型循环冷却⽔系统中⽰范应⽤的效果良好。⽬前针对新兴⽅法的节⽔指标尚⽆明确要求，因此，应以发展的眼光综合考虑现有的处理技术，对现⾏标准进⾏修订，或针对新兴处理技术制定标准，明确节⽔指标要求。
汽轮机转子（3）浓缩倍数的测试及计算⽅法多样，但结果差异性较⼤。现有标准中未明确指标要求与对应的计通风柜风量
算⽅法，可操作性不强。因此建议针对新型处理⽅法，进⼀步研究不同计算⽅法的浓缩倍数指标要求，并给定可操作性的测试⽅法，制定标准。
基⾦项⽬：
作者简介：
王琪，1992年，⼯程师，从事建筑节⽔研究，现供职于上海建科检验有限公司。
参考⽂献：
[1]刘⽟恒，陈浩,⽩利云.地铁车站循环冷却⽔处理⽅法探讨[J].科技创新导报,2010,27(9):105-106.
[2]孙启坡，赵连友，任绍波.循环冷却⽔浓缩倍数的检测及控制[J].中氮肥,2006(47):24-25.
[3]叶晓林.复杂补⽔循环⽔系统浓缩倍数的计算[J].⽯油化⼯腐蚀与防护,2008(6):26-28,33.
END
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