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1概述

1.1 水質(zhì)處理的意義：

據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化工廠的全部用水量中，冷卻用水占67%～80% ，工藝用水占15%～26%，其余為鍋爐用水約占5%～7%。在工業(yè)生產(chǎn)的早期，由于對節(jié)水的要求不高，冷卻水多是直流水或半直流水，濃縮倍數(shù)較低，很少進行緩蝕阻垢處理。隨著工業(yè)的發(fā)展，企業(yè)已普遍用循環(huán)水代替直流水，并提高循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)，既能最大限度地節(jié)省工業(yè)冷卻用水及水穩(wěn)藥劑，又能有效地防止設(shè)備的腐蝕和結(jié)垢，減少對環(huán)境的污染。提高濃縮倍數(shù)后必須進行緩蝕阻垢處理，因為隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)的增加，水中成垢鹽類及腐蝕性離子亦成倍增加，帶來嚴重的結(jié)垢腐蝕問題。美國從1930年開始，對敞開式循環(huán)冷卻水的水質(zhì)處理進行了研究;日本從1955年開始也從事這方面的研究與應(yīng)用工作;我國從20世紀70年代開始進行水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，取得較好效果。碳鋼的腐蝕率由0.2～0.8 mm/a降低至0.075mm/a。

1.2?循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的結(jié)垢：

冷卻水結(jié)垢的主要原因是因為水中含有較多的重碳酸鈣，在加熱過程中分解為碳酸鈣，二氧化碳和水。碳酸鈣在冷卻設(shè)備內(nèi)表面沉積下來。碳酸鹽水垢通常以致密的結(jié)晶沉淀在加熱器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。消除污垢采取的措施有：①補充水予處理軟化;②酸化降低pH值：通常用硫酸把pH值控制在6.0～6.5;③添加結(jié)垢抑制劑。

1.3 循環(huán)冷卻水的腐蝕：

冷卻水的氧含量高達4～7 mg/ L，另外水中溶解有較多的無機鹽類,因而腐蝕性很強。為了抑制冷卻水的腐蝕，過去曾用過鉻酸鹽，鋅鹽，鉬酸鹽，磺化木質(zhì)素，硫基苯并噻唑，硅酸鹽等。最近幾年，以有機膦酸鹽為主。為了確保在金屬表面生成完整而具有一定厚度的保護膜，不但在系統(tǒng)開車前應(yīng)采用清洗劑洗滌設(shè)備和管線內(nèi)表面，而且還應(yīng)采用大劑量的預(yù)膜劑進行預(yù)膜處理。

1.4 循環(huán)冷卻水中微生物的腐蝕：

循環(huán)冷卻水產(chǎn)生腐蝕還與微生物產(chǎn)生的軟垢有關(guān)。此外，生物粘泥軟垢也是影響傳熱和引起管路堵塞的原因之一，因此，必須進行殺菌處理。

一般，存在于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物有真菌，藻類，細菌3種，主要采用投加氧化性殺菌劑及非氧化性殺菌劑，涼水塔涂刷防污漆等方法進行控制。在殺菌劑方面，大都以添加氯為主，對硫酸鹽還原菌需用長鏈脂肪胺鹽和有機硫化物來抑制。對微生物主要進行異養(yǎng)菌，鐵細菌，硫酸鹽還原菌等檢測。

2系統(tǒng)概況

轉(zhuǎn)爐凈循環(huán)水系統(tǒng)，為節(jié)約水資源，嚴格控制系統(tǒng)的腐蝕與結(jié)垢，本方案根據(jù)冷卻水水質(zhì)及系統(tǒng)情況進行了水質(zhì)穩(wěn)定配方篩選及優(yōu)化，篩選出了對本系統(tǒng)適用性強的高效緩蝕阻垢劑TH-628B，正常使用時循環(huán)水中碳鋼、不銹鋼、銅的腐蝕速率均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，延長了設(shè)備使用壽命;阻垢性強，運行時濃縮倍數(shù)可達3.0，可以節(jié)約大量寶貴的水資源，為生產(chǎn)的安全運行、降低成本，提高經(jīng)濟效益創(chuàng)造了良好條件。

2.1循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)：

保有水量：3600m3

循環(huán)水量：1000m3/h

補充水量：600m3/天

設(shè)備材質(zhì)：碳鋼、銅

2.2水質(zhì)分析：

備注：平均值為深井水與自來水1:1混合。

3水質(zhì)判斷

3.1 飽和指數(shù)(L.S.I)計算：

飽和指數(shù)是水中可能產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)垢或產(chǎn)生腐蝕傾向的一種計算指數(shù)。

L.S.I =pH-pHS>0 結(jié)垢

L.S.I =pH-pHS=0 穩(wěn)定

L.S.I =pH-pHS<0 腐蝕

飽和PH值pHS按下式計算：

pHS=(9.70+A+B)-(C+D)查表將系數(shù)代入

補充水：

pHS=(9.70+0.15+1.71)-(2.26+2.30)=7.00

L.S.I=pH-pHS=7.35-7.00=0.35>0 結(jié)垢型

循環(huán)水K=3.0時

pHS=(9.70+0.20+1.71)-(2.73+2.76)=6.12

L.S.I=pH-pHS=8.59-6.12=2.47>0 結(jié)垢型

通過計算說明補充水水質(zhì)為結(jié)垢型水質(zhì)，濃縮后結(jié)垢性增強。

3.2 結(jié)垢指數(shù)(P.S.I )的計算：

帕科拉茲認為用總堿度測定出平衡pH值(pHeq)來判斷水質(zhì)則更接近實際。

P.S.I=2pHS-pHeq>6 腐蝕

P.S.I=2pHS-pHeq=6 穩(wěn)定

P.S.I=2pHS-pHeq<6 結(jié)垢

補充水：

通過查表pHeq=7.89

P.S.I=2pHS-pHeq=2×7.00-7.89=6.11>6 腐蝕型

循環(huán)水K=3.0時

通過查表pHeq=8.59

P.S.I=2pHS-pHeq=2×6.12-8.59=3.65<6 結(jié)垢型

通過計算說明補充水水質(zhì)為腐蝕型水質(zhì)，濃縮后結(jié)垢性增強。

綜合以上指數(shù)計算可以看出，該系統(tǒng)補充水具有結(jié)垢性，濃縮后結(jié)垢性增強，因此在水穩(wěn)劑配方篩選時應(yīng)以阻垢為主，兼顧緩蝕。

4正常運行方案

4.1 藥劑選用及簡介：

該系統(tǒng)補充水水質(zhì)具有結(jié)垢性，濃縮后結(jié)垢性增強，選擇TH-628B作為該系統(tǒng)的緩蝕阻垢劑，它主要由多種有機膦羧酸、聚羧酸、含磺酸鹽共聚物、銅緩蝕劑、特殊界面活性劑等組成的復(fù)合緩蝕阻垢劑，利用有機膦酸鹽和緩蝕劑在金屬表面形成的保護膜起到緩蝕作用，同時對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等均有良好的螯合分散和晶格畸變作用。按照合理配比原則充分發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)，具有緩蝕率高、耐高溫、阻垢力強、不易分解等特點。

4.2 TH-628B緩蝕阻垢劑技術(shù)指標(biāo)

4.3 TH-628B緩蝕阻垢劑使用方法

將每天所需的緩蝕阻垢劑TH-628B加入塑料加藥箱內(nèi)，為方便使用可加水稀釋后通過計量泵將藥劑在循環(huán)泵入口處(即集水池出口處)連續(xù)加入。加藥濃度為14-18mg/L(以補充水量計)。

正常運行時每天加藥量：600m3/天×16mg/L=10kg/d

每月加藥量為：10kg/d×30d=0.3噸

4.4 殺菌滅藻處理：

應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)情況定期投加殺菌滅藻劑，一般每年的十一月到次年的四月，每月一到兩次;五月到十月，每月兩到四次。加藥方式為沖擊式投加。

為了避免藻類的抗藥性，氧化型和非氧化型殺菌劑交替投加，種類定期更換。可供選擇的氧化型殺菌劑有：二氧化氯、TH-404、優(yōu)氯凈等;可供選擇的非氧化型殺菌劑有：異噻、TH-406、1227。

根據(jù)系統(tǒng)情況，選擇TH-406作為非氧化性殺菌劑，每次投加濃度為100mg/L(以保有水量計);選擇TH-404作為氧化性殺菌劑，每次投加濃度為150mg/L(以保有水量計)。加藥時，將所需的殺菌滅藻劑沖擊性加入到循環(huán)水泵入口處(即集水池出口處)。

4.5 緩蝕阻垢劑加藥器、加藥位置示意圖

加藥時用自來水稀釋使用;采用連續(xù)加藥方式，加藥點在循環(huán)泵吸水口處，第一有利于藥劑首先對換熱器發(fā)生作用，第二有利于藥劑持續(xù)均勻地發(fā)揮最大作用。

5循環(huán)水運行日常管理及控制指標(biāo)

循環(huán)水的管理素有“三分藥劑，七分管理”之說，說明管理的重要性。循環(huán)水系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常運行后在其升溫，蒸發(fā)和冷卻的過程中，冷卻水逐漸被濃縮，其水質(zhì)指標(biāo)會發(fā)生變化，運行日常管理主要根據(jù)水質(zhì)變化情況進行及時相應(yīng)調(diào)整，循環(huán)水每班定時進行分析，第二天及時上報數(shù)據(jù)。

5.1 循環(huán)水運行日常管理

(1) 鈣硬，總堿度：

總堿度是循環(huán)水操作控制中的一項指標(biāo)，當(dāng)濃縮倍數(shù)控制穩(wěn)定，沒有其它外界干擾時，由總堿度的變化，可以看出系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢。硬度指水中的Ca2+和Mg2+濃度的總和，也是循環(huán)水操作控制中的一項重要指標(biāo)。必須將循環(huán)水的鈣硬，總堿度控制在配方要求的范圍內(nèi)，根據(jù)計算，此系統(tǒng)控制鈣硬度(以CaCO3計)+總堿度在1100mg/L左右;若水質(zhì)條件發(fā)生變化，則必須相應(yīng)調(diào)整水穩(wěn)配方。

(2) pH值：

循環(huán)冷卻水由于在冷卻塔中逸去CO2，因此隨著濃縮倍數(shù)的升高，其pH值不斷上升。當(dāng)濃縮倍數(shù)一定時，循環(huán)水的pH值也趨于穩(wěn)定。pH值一般控制在8.0-9.2之間。

(3) 總磷及氯離子：

測定循環(huán)水中總磷的目的是為了計算循環(huán)水中有機膦的含量。緩蝕阻垢劑中含有有機膦酸鹽，根據(jù)系統(tǒng)總磷分析數(shù)據(jù)，適當(dāng)增減加藥量，使循環(huán)水中總磷控制在6.0-8.0mg/L之間;如總磷低于6.0mg/L時，加大緩蝕阻垢劑的加藥量，到指標(biāo)范圍，如超過8.0mg/L，適當(dāng)減少加藥量。

循環(huán)水中Cl-濃度過高會加速設(shè)備的腐蝕，特別是不銹鋼設(shè)備，對Cl-非常敏感，因此在運行中要進行監(jiān)測控制;在循環(huán)水中一般Cl-的濃度也不會變化，在外界沒有引入氯離子的情況下可以代表循環(huán)水中鹽度的變化，因此常用Cl-的濃度來計算濃縮倍數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)水質(zhì)情況Cl-應(yīng)控制在100mg/L左右。

(4) 粘泥：

循環(huán)水系統(tǒng)由于溫度適宜適合通風(fēng)良好光照充足等條件，使其成為各種微生物生長的理想環(huán)境。在這一環(huán)境中，微生物迅速繁衍是很自然的，即使在微生物控制工作做得較好的情況下，細菌總數(shù)也可能高達104～105個/mL，若控制不當(dāng),細菌總數(shù)高達106～108個/ mL也是常有的。微生物的危害是多方面的，主要是生物粘泥危害，在循環(huán)水系統(tǒng)中的粘泥主要是由微生物的活動造成的附著物沉積物懸浮物的總稱，生物粘泥一旦形成，就必須進行殺菌清洗剝離，有條件趁檢修時進行徹底清掃后，運行中嚴格殺菌剝離控制，無法停工時可進行不停車化學(xué)清洗。

(5) 濃縮倍數(shù)：

新鮮補充水的鹽度和經(jīng)過濃縮過程的循環(huán)水的鹽度是不相同的，兩者的比值稱為濃縮倍數(shù)，濃縮倍數(shù)是循環(huán)水的一個重要指標(biāo)。由于鹽度的分析比較麻煩，在生產(chǎn)往往選擇循環(huán)水中某種不易消耗而又能快速測定的離子濃度或電導(dǎo)率來代替鹽度進行濃縮倍數(shù)的計算，如氯化物的溶解度很大，在循環(huán)水中不會產(chǎn)生沉淀，Cl-的濃度也不會變化，在外界沒有引入氯離子的情況下可以代表循環(huán)水中鹽度的變化，因此常用Cl-的濃度來計算濃縮倍數(shù)。一般濃縮倍數(shù)低，耗水量就大，排污量也大;濃縮倍數(shù)高可以減少水量，節(jié)約水處理費用。但濃縮倍數(shù)過高會使循環(huán)冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高，水的結(jié)垢傾向增大很多，從而使結(jié)垢、腐蝕控制的難度變大，使水處理藥劑在冷卻水系統(tǒng)內(nèi)的停留時間增長而水解。因此，循環(huán)冷卻水的K值并不是愈高愈好。綜合考慮節(jié)約用水和濃縮后循環(huán)水水質(zhì)，選擇此系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)為3.0倍。

(6) 細菌：

堅持采用氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑交替使用，以聯(lián)合控制冷卻水系統(tǒng)中菌藻的滋生。氧化型殺菌劑有：二氧化氯、TH-404、優(yōu)氯凈等;非氧化型殺菌劑有：異噻、TH-406、1227。每次投加濃度為100-200mg/L(以保有水量計)。

5.2 正常運行控制指標(biāo)：

6冷卻水系統(tǒng)的監(jiān)測方案及效果評定

為及時了解循環(huán)水系統(tǒng)運行情況(有無酸性，堿性等冷卻介質(zhì)泄漏)及腐蝕結(jié)垢狀況，在每個循環(huán)水場均設(shè)有監(jiān)測模擬換熱器及掛片器，以檢測換熱設(shè)備及管道的腐蝕結(jié)垢狀況，每個月進行一次監(jiān)測，根據(jù)測取的腐蝕率并結(jié)合水質(zhì)分析情況，確定水處理的效果，把握循環(huán)水的腐蝕結(jié)垢狀況，并據(jù)此進行相應(yīng)調(diào)整。循環(huán)冷卻水經(jīng)化學(xué)處理后，其效果應(yīng)達到國家《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》(GB50050-2007)的要求。

6.1 腐蝕速度的測定：

采用試片法進行，將一定規(guī)格的并經(jīng)過處理的金屬掛片安裝在循環(huán)水出塔管線上的引出管中，試驗一個月后取下。稱重計算掛片腐蝕失重情況，具體作法參照《中石化冷卻水分析和試驗方法》?！豆I(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》(GB50050-2007)的要求：換熱設(shè)備碳鋼管壁腐蝕速度<0.075mm/a;銅、銅合金和不銹鋼管壁的腐蝕速度<0.005mm/a。

6.2 結(jié)垢的監(jiān)測：

采用監(jiān)測換熱器法，模擬生產(chǎn)裝置換熱器的操作條件，采用飽和蒸汽做熱介質(zhì)，運行一個月后取下測算腐蝕率及粘附速率，污垢熱阻反映結(jié)垢情況?！豆I(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》(GB50050-2007)的要求：換熱設(shè)備的水側(cè)管壁的年污垢熱阻<3.44×10-4m2˙k/w;水面污垢沉積速率≤15mg/cm2˙月。