淺談循環供水系統的設計
摘要：工業項目中，根據不同的工程實際，對循環供水和冷卻供水系統、補充水系統、循環水系統的水質問題等，應引起重視和警覺。要從節省占地，節約一次投資，節省運行費用，降低投資規模，減少運行費用，簡化管理工作，應地制宜是很有必要的。關鍵字：循環供水系統選擇應地制宜。工業項目中，循環供水系統不僅占給、排水工程費用比例較大，而且也較容易出現問題，由此帶來的資源浪費以及對運行管理帶來的諸多不便是不容忽視的。下面就幾種具體的情況和實例，談談粗淺的認識。有的循環冷卻供水系統，其冷水泵採用變頻控制供水，而其熱水泵則採用恆速供水。當用水設備不能滿負荷運行時，結果可想而知：後者（熱水池）入不敷出，水位逐漸降低，甚至被抽空，而前者（冷水池）則供大於求，源源不斷地溢流，造成水資源的嚴重浪費。由於水池一般都在地下，其浪費具有隱蔽性，不易被發覺，因此在設計中更應引起大家的重視和警覺。針對這種情況，一個簡單可靠的辦法是：冷水池溢流水進入熱水池，前者多得到的，原物奉還給後者，使循環冷卻供水系統的水量達到自然平衡。
一般情況下，水泵是從較低的位置，將水抽送至較高的位置，水泵不運行時，其出水管上的止回閥自動關閉，水泵是不通流的，但並不是說，任何情況下，當水泵不運行時，就沒有流量通過。對於循環供水系統，當水泵從較高的位置抽水（比如冷卻塔設在低層建築屋面，而水泵設定在地面），將水輸送至較低的用水設備時，要分兩種情況：其一，當回水利用余壓，回至原處時，水泵不運行，就沒有流量通過。其二，當回水無壓，回流至位置較低的熱水池時，如果用水設備進口上的閥門未關，當水泵不運行時，仍然有流量通過（位差，即重力勢能在自發工作），只不過是以遠低於設計流量的小流量通過罷了。這時會出現大家誰也不願看到的一幕：熱水池不斷溢流，自來水則通過浮球閥不停地補進，一晚上下來，得有多少水白白地“悄悄”溜走。碰到這種情況，應將冷卻塔置於地面高度，當無場地或有外觀要求，只能設定在屋面時，應同時設定冷水池，以便將冷水泵吸水管的位差（勢能）消除。當然，如果能保證停泵即關閥（冷水泵進、出口或設備進口上的任何一處的閥門），這種情況也是可以避免的，但這無疑增加了管理難度，可靠性也會降低。
循環水系統補充水，如直接補到冷卻塔底盤內，水面的波動導致浮球閥忽悠忽悠的，折騰久了，不壞也難。事實上，補水浮球閥是易損件之一。當採用液位自動控制，通過水泵補水時，液位控制浮球也會由於水面的飄忽不定，控制精度大大降低。如能加個補水箱，則象給浮球閥或液位控制浮球開闢了一個“避風港”，其工況相對平穩多了。循環水系統的“體外”補水。
循環水泵設在冷水機組前還是後？
如果冷卻塔設在地坪上或屋頂高度有限，循環水泵自然是設在冷水機組前。如果冷卻塔高高在上，再把循環水泵設在冷水機組前，將使設備的循環管路承受較高的水壓，設備的實際承壓能力不能忽視。這時，為安全起見，循環水泵的設定位置宜在冷水機組之後。
曾有一個工程項目，試運行時，空調冷凍機組頻頻報警停機。經與設備生產廠家“會診”，方知原委。原來，為了提高市場競爭力，生產廠家經過改良，使正常的啟動時間（室內達到設計溫度所需的時間）大大縮短，成為該產品的亮點和賣點，也恰恰是該亮點成為設備正常運行的障礙。啟動時間的縮短，代價是啟動時間內短期運行負荷的大幅提高，達到設計溫度後，運行負荷才降至正常水平。由於生產廠家提供的產品說明書中給出的循環冷卻水量為正常運行狀況下的流量值，導致啟動時冷卻水溫升遠超過設計值，冷卻塔降不了那么多，致使冷凍機組冷卻進水溫度逐級升高，達到設定的警戒溫度便出現報警停機。查明原因後，在原設計冷卻塔底盤已加深的基礎上，又並聯了一座水箱，使冷卻塔出水與水箱內足量的貯水緩衝，大大遏制了冷凍機組進水溫度的升高勢頭，使啟動得以正常實現。為了充分發揮水箱貯水的緩衝效應，水箱進、出水管位置應儘量對角布置。水箱容積應在滿足正常啟動的前提下加以控制。
循環水系統的無壓開放式回水，水質保證很重要，尤其是對於軟水循環冷卻供水系統。回水管路上如設定普通的檢查井，無疑於“開門揖盜”，雨水、泥水、地下水都有可能滲透進入回水系統，降低循環供水系統水質。可將回水系統改為封閉式，將檢查井改為檢查口井，並在每個井內加設一根通氣管，以不改變其重力流狀態。冷卻塔在屋面的設定位置，除了要考慮冷卻塔對周圍環境的影響，如應遠離對噪聲環境要求較高的區域，並保證漂水不影響周圍窗戶的正常使用外，還應充分考慮周圍環境對冷卻塔的不利影響，應能保證其上方的濕熱空氣及時擴散，不產生回流影響，並保證能吸入足量的未被污染的冷空氣。從這個角度出發，冷卻塔進風側距周圍實體的距離不宜小於冷卻塔進風口高度的2倍，或冷卻塔高度的2/3，並不宜布置在容易形成氣流滯流區的“L”形、“U”形、“E”形、“H”形建築物屋面的凹窩處，且儘量遠離熱源（如散熱器）、廢氣（如衛生間風道、排水系統伸頂通氣管）、煙氣（如廚房煙道）的排放口，並位於這些熱源和污染源的上風側。必要和可能時，可將通氣管、煙道和風道的排放口引至它處。當水質不潔時，比如開式循環水系統，或某些低質（經簡單沉澱處理的地表水或中水）用水場所，當部分設備需要減壓時，不宜採用減壓閥，以防減壓閥傳導管路因經常發生堵塞而影響正常使用。常遇到循環水系統要求水質不一樣的情形，比如一個要求軟水，一個自來水便可。一般都將其分為兩個獨立的、不同水質的供水系統。但當水質要求較低的系統水量相比很小時，為了節省占地，節約一次投資，節省運行費用，方便運行管理，循環供水系統統一採用較高的水質，即合併採用一個軟水循環系統。
空調循環水系統與工業循環水系統宜分開設定。空調循環水系統一般只在夏季運行，如與工業循環水系統合併設定，在其它季節，冷卻塔、冷卻水泵如未按各自流量配置，則很難調配。另外，給水水質、水溫要求、水壓要求、內部水損、供水方式、供水安全等方面也有諸多不同，分開設定可減少互相制約和影響。
當循環供水系統增加用水設備，或用水設備用水量有所增加，使系統循環用水量超過原有設計供水能力，但不是太多時，改造、更換或增加冷卻塔、循環水泵，一般比較容易實現。但循環系統管路有時卻比較棘手，尤其是管線較長，穿越廠區多條道路時。供水管倒不太成問題，水泵揚程進行適當的提升就行了。回水管重新敷設似乎不太現實和經濟，有時工期也不允許。“車到山前必有路”，流不及，水位便自然雍高，位勢隨之自然提高。其結果，雖然動不了自然坡度，卻造就了一個水力坡度。
循環水補充水管由外網直接補水時，宜單獨設定，其上不宜再接出其它用水，或從其它供水立管延伸供水，以防循環水補充水管因季節原因不用時污染飲用水質。
空調循環供水系統補水泵與生活供水泵宜分開設定。由於空調循環供水系統有季節性，當季節變換時，水泵可能不在高效段運行。同時浮球閥也是易損件，分開後，可取消浮球閥，改為由冷卻塔底盤或循環水池、補水箱內的水位自動控制補水。
當循環供水系統服務範圍大、管路較長時，一定要考慮管路的壓力平衡問題，以防水量分配的過度不均勻甚至因短路而造成事故。一般應設計為同程式供、回水系統。循環水同程式循環管路布置。當回水採用開放式無壓回水時，則無必要採用同程式。有的設備因內部泄了壓（如噴霧冷卻），出水無壓。當系統大部分回水有壓時，為了節能，循環供水系統應分為有壓回水（直接上塔）和無壓回水兩個系統。但當有壓回水只占很小一部分時，為了節省占地，節約一次投資，節省運行費用，循環供水系統統一採用開式回水系統。
當部分設備距離較遠，用水量較小，且出水有壓，而下游大量用水設備出水無壓，整個系統採用無壓回水時，為減小上游管道管徑，並減小整個系統管道埋深，進而提高熱水池標高，節約投資和運行費用，可採用有壓和無壓混用，即上游管段採用有壓回水，下游管段採用無壓回水。
當某些用水量較大的有壓出水設備處於無壓回水系統管段的下游時，其形成的雍水會阻隔上游回水的平穩下行。應對其減小消能處理，或單獨回熱水池。
循環供水與循序供水雖然都是水的重複利用，但前者是同一使用主體的重複使用，是需要付出代價的（冷卻塔、水泵等的一次投資和經常性的運行、管理費用），而後者則是不同使用主體的重複（延續）使用，基本上是“空手套白狼”，更具優勢。因此，根據不同的工程實際，確定是採用循環供水還是循序供水，對於降低投資規模，減少運行費用，簡化管理工作，是很有必要的。
舉個例子：某熱、表處理車間，電鍍生產線（表面處理）生產用水量為40m3/h（其中冷水槽用水量為25m3/h，熱水槽用水量為15m3/h），熱處理工段循環冷卻水量為15m3/h。本車間熱、表處理工段工作班次一致，生產過程中均為連續用水，且用水時段基本吻合。方案一：熱處理工段採用循環冷卻供水系統，表面處理工段冷、熱水槽採用自來水直流供水系統；方案二：採用循序供水系統，熱處理工段由自來水直接供水，其冷卻出水接著進入表面處理工段熱水槽，表面處理工段冷水槽則採用自來水直流供水系統。方案二系統簡單，不僅省去了冷卻塔、水泵等的一次投資，節省了經常性的運行、管理費用，而且將從熱處理工段採集到的熱量帶入熱水槽，廢熱被充分利用，節省了加熱蒸汽量，節約了能源，可以說一石擊二鳥。對比之下，方案二顯然優於方案一。但方案二的關鍵是兩個工段的同步問題，當然，做到完全同步不太現實。當表面處理工段用水時段比熱處理工段長時，其單獨用水時段，水從熱處理工段空走一趟，對系統無甚影響。但當熱處理工段用水時段比表面處理工段長時，其單獨用水時段，冷卻出水應另考慮出路，以免造成浪費。當表面處理工段熱水槽由熱處理工段冷卻出水直接供水時，熱水槽配水管上不宜裝閥門，以免影響熱處理工段正常的冷卻水量。最好設一高置水箱，間接供水，這時熱水槽配水管上則宜裝閥門，水箱的溢流水應考慮它用。
參考文獻
http://www.norindar.com.cn/news_xiangxi.asp?classid=113&ArticleID=529
