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循环冷却水处理方案

时间:2015-08-05  来源:蓝河蓝

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一、系统调查及设计依据
    1、相关术语
    1.1 冷却水系统
    用水来冷却工艺介质的系统称作冷却水系统。冷却水系统通常有两种:直流冷却水系统和循环冷却水系统。随着国内节水政策的制定,直流冷却水系统基本已被淘汰,现在大部分为循环冷却水系统。
    1.2 补充水量
    为了维持循环冷却水系统中的各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上,对系统补充一定量的冷却水,这部分称之为补充水量。单位为m3/h。
    1.3 蒸发水量
    在敞开式循环水处理系统中,变热的冷却水从用户点返回到冷却塔中,通过蒸发达到冷却。在这过程中蒸发掉的水量称之为蒸发量。单位为m3/h。
    1.4 排污水量
    为了保持系统中总离子深度低于某一数值,从系统中排出一定量的水,这部分水称之为排污水量。单位为m3/h。
    1.5 风吹损失量
    在上塔冷却过程中风带走的那部分水,称之为风吹损失量。单位为m3/h。
    1.6 循环水量
    系统中单位时间内循环水的量。单位为m3/h。
    1.7 保有水量
    指循环冷却水系统中所有水容量的总和,包括冷却塔、集水池、换热器、管道、设备等容水量的总和。单位为m3。
    1.8 温差
    冷却塔入口温度和水池出口温度之差。单位为℃。
    1.9 浓缩倍数
    为了将循环水中的含盐量维持在某一个浓度,排掉一部分浓缩水,同时为了维持循环过程中的水量平衡,就要不断地补入新鲜水。循环水中某物质的浓度与补充水中某物质的浓度之比,即为浓缩倍数。
    2、标准及法规
    本方案涉及到的相关标准、法规、规范参照如下:
    工业循环冷却水处理设计规范 GB50050-2007
    工业循环冷却水水质分析方法 HG/T3609-2000
    污水综合排放标准            GB8978-1996
    水处理剂 聚天冬氨酸(盐) HG/T 3822-2006
    水处理剂 阻垢缓蚀剂(Ⅱ) HG/T 2430-2009 
    水处理剂 阻垢缓蚀剂(Ⅲ) HG/T 2431-2009
    3、循环水工艺参数
项目 内容
循环水量,m3/h  
保有水量,m3 60
进出口温差,℃ 7-10
补水量,m3/h 1
设备材质 铜材、不锈钢、碳钢
换热器设备类型 板式、管壳式
有无旁滤装置
有无加酸设备
有无通氯设备
有无加药设备
    4、水质分析数据
水样类别 碱度 Ca 硬度 Cl 总磷 总铁 pH值 电导率
循环水 400.71 43.1 51.72 108.68 0   9.07 1560
补水 199.27 4.31 8.62 47.12 0   8.16 761
    5、水质类型诊断
    根据补水水质进行水质判断
    (1)补充水饱和pH值
    计算公式:pHs=(9.7+A+B)-(C+D)
    其中:A-总溶解固体系数;B-温度系数;C-钙硬度系数;D-M-碱度系数
    根据补充水水质及A、B、C、D系数换算表,则计算出pHs。
    (2)水质类型分析判断
    饱和指数(L.S.I):
    L.S.I=pH-pHs>0结垢
    L.S.I=pH-pHs=0不腐蚀不结垢
    L.S.I=pH-pHs<0腐蚀
    稳定指数(R.S.I):
    R.S.I=2pHs-pH<6结垢
    R.S.I=2pHs-pH=6不腐蚀不结垢
    R.S.I=2pHs-pH>6腐蚀
    (3)结论
    根据以上指数结果判断分析,可以知道补充水水质为腐蚀型水质。
二、循环冷却水系统常见问题
    循环水系统的降温是依靠冷却塔的蒸发作用带走热量的。由于水的蒸发,各种无机离子和有机物质浓度增加,即出现浓缩现象。浓缩会改变水的性质,加重水的结垢和腐蚀倾向;在冷却塔中,水在与空气接触中会失去部分游离的二氧化碳,使pH值升高,加大结垢倾向;另外空气中的氧进入水中,增加了水的腐蚀倾向;水在与空气接触过程中,还会将空气中的灰尘、微生物、污染气体(如二氧化硫、硫化氢和氨等)或昆虫等带入水系统,引起水质污染,产生细菌和藻类繁殖。
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    每一个循环冷却水系统无论其设备材质如何,设备类型如何,也不论其补充水源如何,都会受沉积物的析出与附着、设备腐蚀和微生物滋生及黏泥问题的困扰。它们会威胁和破坏企业长周期地生产,甚至造成经济损失,因此决不能掉以轻心。
    1、水垢与污垢(沉积物的析出与附着)
    1.1 水垢
    水中溶解有各种盐类,如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐,其中以溶解的重碳酸盐如Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2不稳定,受热或CO2溢出,反应向右进行,即分解生成碳酸盐。
    Ca(HCO3)2  →CaCO3↓ +  H2O + CO2↑
    常见的水垢组成为:碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。
    1.2 污垢
    油污、腐蚀产物、颗粒细小的泥砂、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物是污垢的主要组成部分。
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在流速较慢的部位污垢沉积较多。它们是引起垢下腐蚀的主要原因,也是某些细菌如厌氧菌生存和繁殖的温床。
    1.3 水垢与污垢的危害
    降低传热效率或传热不均;增加管线输送压力差及电力消耗。
    降低缓蚀剂性能,引起设备腐蚀(垢下腐蚀);会造成某些设备的直接报废。    
    增加工厂非计划性停车。
    2、设备的腐蚀
    2.1腐蚀的原因
    循环水的腐蚀主要为电化学腐蚀,也就是钢材与水中氧气作用而腐蚀;当微生物繁殖时,其微生物的分泌物与冷却水中有机物、无机物聚积而形成粘泥,沉积在系统中时,将造成沉积物下金属腐蚀。另外,pH值、温度、流速、大气污染物等也是影响腐蚀的因素。
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      2.2 腐蚀的主要危害
    减少设备的使用寿命;增加设备维护费用及生产成本;设备穿孔造成报废。
    资源和能源浪费严重。
    引发灾难性事故。
    造成环境污染,阻碍新技术的发展。
    3、微生物滋生及黏泥问题
    3.1微生物在循环冷却水中的滋生
    微生物危害在循环冷却水系统中是很严重的,有人认为对化学处理来说,微生物控制工作可说是“一荣俱荣,一损俱损”。国外也有文章认为“的挑战来自微生物繁殖”。与水垢、电化学腐蚀比起来,其危害更胜一筹。微生物带给系统的危害不外乎污垢和腐蚀。表现出来时,往往和水垢,电化学腐蚀的危害混合在一起。微生物粘泥是以微生物菌体及其粘结在一起的粘性物质(多糖类、蛋白质等)为主体组成。敞开式循环冷却水系统中,由产粘泥细菌引起的故障,其次则是由藻类、霉菌(丝状菌)、球衣细菌(丝状细菌)引起的故障。
    3.2 微生物及粘泥的主要危害 
    形成污垢沉积物,降低冷却水的冷却效果,增加能耗并影响正常生产。
    大量的黏泥将堵塞换热器(冷却器)中冷却水的通道,从而使冷却水无法工作;少量的黏泥则减少冷却水通道的截面积,从而降低冷却水的流量和冷却效果,增加泵压。
    黏泥集积在冷却塔填料的表面或填料间,堵塞了冷却水的通过,降低冷却塔的冷却效果。
    黏泥覆盖在换热器内的金属表面,阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表面发挥其缓蚀与阻垢作用,阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏泥下的微生物,降低这些药剂的功效,加剧了垢下腐蚀。
    黏泥覆盖在金属表面,形成差异腐蚀电池,引起这些金属设备的腐蚀。
    4、循环冷却水常见问题的处理
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    结垢、腐蚀、微生物问题是制约循环冷却水系统正常运行的三大因素。通过以上的分析可以看出,这三个问题之间的关系是相互影响、相互关联的。因此,循环冷却水系统的化学处理方案是一个综合的方案,一套循环冷却水处理方案同时能够做到:良好的阻垢、缓蚀效果,卓有成效的杀生灭菌处理。我们依据自己雄厚的技术力量及丰富的经验,对于以上问题形成了一整套成熟的解决方案,并自行研发出全系列的水处理产品为您提供细致的服务。
三、循环冷却水系统化学处理方案
    1、系统工况
    循环冷却水使用的目的是能有效地节约水资源、减少热污染,但循环冷却水在不断蒸发浓缩过程中,水中的有害离子成倍增加,再加上天气风沙灰尘,冷却塔在室外长年受阳光照射,风吹雨淋,灰尘、杂物的飘落,会产生结垢、腐蚀和微生物的滋生,由此而产生的污垢将堵塞输水管线,引起腐蚀穿孔、换热效率下降等一系列水质危害,威胁装置的正常运行。为防止设备产生结垢、腐蚀现象,确保系统安地运转,对循环冷却水进行水质稳定处理。
    华药集团股份有限公司循环冷却水系统采用工艺水(二次水)为补水,每天补水量约25m3,且二次水水质钙离子低,易造成循环过程腐蚀倾向,同时,二次水水质一般菌数偏高,易在系统中滋生藻类和粘泥,对系统运行造成较大危害。
本方案是针对贵厂使用的水质特点、现场工艺参数,结合我们在国内诸多行业循环冷却水处理经验,经试验筛选出一个适合于贵厂循环冷却水水质的处理方案,以供选用。本方案包括循环冷却水系统的正常运行的化学处理和微生物控制药剂的配方、药剂投加方法,控制指标及处理效果的技术标准等。
    2、处理方案概述
    我们对此套循环冷却水系统的处理,提供的方案是自然pH值碱性运行方案,该方案具有操作简单、水质稳定等优点,主要采用6330作为阻垢缓蚀剂,采用6412、6466为微生物生长抑制剂。
    2.1  阻垢缓蚀剂6330A和缓蚀剂6330B
    6330具有阻垢、缓蚀的双重特性,与杀菌剂有良好的配伍性,是新一代符合国家环保标准的水处理剂。
    (1)6330A的阻垢特性
    6330A用于工业水处理上对CaCO3、Fe(OH)2等有良好的阻垢分散性能。
    6330A具有低剂量效应。即使在很低的情况下,也能与较大量的成垢阳离子螯合,从而抑制了成垢阳离子与水中阴离子结合产生沉淀物。阻止垢体晶核的生成,从而达到极高的阻垢率。
    6330A具有高分散效应。6330A含有的高分子聚合物及多元共聚物与水中胶体颗粒(如铁、锰、镁的氢氧化物及冷却水中其他难溶性成分)吸附,增加了这些带负电胶体颗粒的负电性,使它们稳定地处在分散状态,避免了其在设备及管道表面上的沉积。
    6330A的晶格畸变作用:6330A含有的有效成份在垢体的晶体成长过程中掺杂在晶格的点阵中,或吸附在晶体的界面上,使晶体不能严格按照晶格排列正常成长,使晶体发生畸变,或者使大晶体内部的应力增大,导致晶体破裂,这些畸变了或破碎了的晶体变成软垢,易被水流冲走,可以防止其在设备及管道表面上的沉积。
    (2)6330B的缓蚀特性
    6330B中的各种有效成份可以快速的在金属表面形成一层保护膜,从而保护设备和管道。
    几何覆盖效应:保护膜将金属表面与溶液隔离开,在覆盖了缓蚀剂保护膜的金属表面部分,电极反应不能进行。
    负催化效应:复配于6330B中的各种有效成份形成的保护膜覆盖了金属表面的活性位置,使电极反应的活化能位垒升高,电极反应速度降低。
    2.2  杀菌剂
    我们选用氧化型杀菌剂6412和非氧化型杀菌剂6466配合使用,不但能够迅速杀死菌藻避免产生抗药性,而且能够长时间抑制细菌生长。另外与阻垢缓蚀剂6330配伍性好,没有相互抑制作用。
    (1)氧化型杀菌剂6412特性:
    杀生快速,兼有黏泥剥离作用;
    杀菌,对pH值适应范围广。
    (2)非氧化型杀菌剂6466特性:
    杀菌性能,在低浓度下有效,混溶性好,能有效地阻止黏泥的形成;
    对环境无害,低毒;
    对pH值适应范围广;
    药效间隔时间长。
    两种杀菌剂交替投加,不会导致微生物产生抗药性,可以解决系统的微生物问题。
    3、系统药剂投加方案
    3.1阻垢缓蚀剂投加方案
    (1)投加阻垢缓蚀剂6330AB剂各5kg于循环水池中,运行24小时,然后调节水中的加药量到正常运行范围。
    药剂投加量(kg/次)=保有水量(m3)×药剂投加浓度/1000
    (2)正常投加阻垢缓蚀剂6330A和6330B方案
    以温差7计,循环水总磷控制5-8ppm。
季节 补水水量 阻垢剂用量 缓蚀剂用量 药剂日投加量 预计浓缩倍数
不分季节 25m3/天 60Kg/月 60Kg/月 A:2Kg/日B:2Kg/日 2.5
    (3)日常投加时将一天的用药量在22-24小时内连续投加到循环水池中或人工一次性冲击投加,并调节到指标范围。
    (4)阻垢缓蚀剂一年四季每天投加。
    3.2杀菌剂投加方案
    杀菌剂选用氧化型杀菌剂6412和非氧化型杀菌剂6466交替投加。 
    药剂投加量(kg/次)=保有水量(m3)×药剂投加浓度/1000
    由于贵公司采用二次水为补水,且冷却塔支柱及填料有大量粘泥存在,投加须对粘泥进行剥离,故冲击性投加6412氧化型杀菌剂120Kg,运行24小时后对循环水进行大排大补,系统换水后,加入6466非氧化性杀菌剂50Kg,继续运行3-5天,排补水结束后,以后为正常加药。
    日常加药方案:
季节 6412 6466 6412加药次数 6466加药次数
夏季(5-10) 120Kg/月 200Kg/月 每月一次 每周50Kg
春秋冬 120Kg/月 100Kg/月 每月一次
每两周50Kg
 
    正常加药时,夏季每月首周周一投加氧化性杀菌剂6412,投加量为120Kg,运行24小时后对循环水进行大排大补,周三投加非氧化型杀菌剂6466,投加量为50Kg,以后每周三投加非氧化性杀菌剂,投加量为50kg。冬季时,氧化型杀菌剂每月投加一次,非氧化型杀菌剂改为每两周投加一次,投加量不变。
    4、循环冷却水控制指标及分析频率
项目 单位 指标 超标操作 检测方法 检测周期
pH值   7.0-9.0 超标排水 电位法  GB/T15893.2-1995 次/24h
总硬(以CaCO3计) mg/L <100 超标排水 EDTA滴定法 GB/T15452-2009 次/24h
Cl- mg/L <200 超标排水 GB/T15453-2008 次/24h
浓缩倍数,K   2.5 补排水控制 GB/T15453-2008 次/24h
总碱度(以CaCO3计) mg/L <800 超标排水 酸碱滴定法  GB/T15451-2006 次/24h
Ca2+(以CaCO3计) mg/L <100 超标排水 EDTA滴定法 GB/T15452-2009 次/24h
总磷(以PO43-计) mg/L 5-8 增减加药量 分光光度法  ZBG76002-90 次/24h
    严格按运行分析控制项目及频率,监测循环水中各项控制指标,并调节达到各项控制范围。
四、循环冷却水系统处理应急预案
项 目 现象或原因 对策
分析结果表明水质参数
不在控制范围之内
1.分析结果可能不准确
2.采样位置有误
3.确实不在范围之内
1.复分析,检查分析方法、试剂等
2.重新取样分析
3.查找原因,同时通知厂家
总磷低于控制指标
1.系统可能有大排大补情况
2.加药泵未正常工作
3.加药管路堵塞或泄漏
4.成膜消耗
1.及时补充阻垢缓蚀剂
2.检查加药泵,调整投加频率
3.检查加药管路
钙硬/氯离子偏高
1.浓缩倍数过高,排污不足
2.补充水水质波动
1.适当增加排污
2.分析补充水水质
pH/碱度不在控制范围内
1.加酸装置故障
2.工艺泄漏或菌藻引起
1.检查加酸装置,并与其他实验室pH计对比
2.查找原因,分析微生物指标
粘泥量超标
1.杀菌剂加入量不足
2.营养源进入,如有物料泄漏
1.适当加大杀菌剂的投加量和投加频率
2.查堵泄漏源
3.使用粘泥剥离剂
浊度超标
1.补充水浊度偏高
2.微生物繁殖较快
3.工艺泄漏
4.旁路过滤不足
5.空气中粉尘类污染物过高
1.检查原水处理或加大排污,适当降低浓缩倍数运行
2.加大杀菌力度
3.查堵泄源
五、效果及服务承诺
    1、水处理的效果标准及检测标准
    通过我们方案的实施,将保证达到以下标准:
控制项目 单位 控制指标
腐蚀速率 碳钢 mm/a <0.075
不锈钢,铜及铜合金 mm/a <0.005
细菌数 异氧细菌总数 个/ml <1×105
污垢热阻 m2.K/W 1.72×10-4-3.44×10-4
结垢   无可见垢
    2、服务承诺
    技术服务是搞好水处理不可缺少的部分,是水处理方案的延伸。蓝河蓝坚持“三分药剂,三分设备,三分服务”的经营理念,我们的目标是提高管理效率,为生产提供更稳定、更高质量的水处理运行与效果,为贵公司提高企业竞争力倾心服务。
    2.1日常服务
    我们将根据系统运行情况,提供现场技术服务。
    现场我们将检查各系统运行状况、维护加药及控制设备、收集水样并监测水质,根据具体情况采用不同的处理措施。
    我们将根据搜集到的现场运行数据及时优化调整药剂配方及投加量,从而保证系统运行在状态。
    及时发现冷却水系统潜在的问题,调整处理方案,优化循环水系统的运行状况。
    在系统停车检修期间,我们将到现场帮助检查打开的设备,并提供书面报告,协助制定改进设备及水处理方案,保证设备运行性能。并随时向用户无偿提供相关水处理技术的咨询服务。
    2.2培训
    在正式应用之前,我们将提交详实的培训计划,免费提供现场操作人员及管理人员的技术培训,并提供相关培训资料,直到操作人员掌握对设备的使用、日常维护等操作技能,能够独立操作为止。
    培训内容如下:
    水处理方案的理论、目标的技术讲座。
    侧重于检测人员的循环水冷却水水质分析监测方法的演示。
    侧重于水质处理人员的药剂使用培训。
    侧重于水处理技术工程师的循环水的运行的常见问题及异常情况处理。
    等等……
 

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