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云南循环水处理整体解决方案

一. 循环冷却水系统概况

二. 问题概述

2.1 设备结垢,阻碍传热,增加能耗,降低生产负荷

冷却水中富含碳酸氢钙等不稳定盐类,在换热管壁受热,即转变为碳酸钙等致密硬垢,规则沉积在管壁,其传热效率仅为碳钢的1%左右,也就是在换热管壁如果沉积0.5mm厚的硬垢,就相当于换热管壁厚增加了50mm,严重阻碍传热的正常进行,能耗增加,从而对生产负荷构成极大影响,甚至停车。

2.2 滋生粘泥软垢,阻碍传热;加速设备腐蚀,特别是发生点蚀事故

阻碍传热:微生物繁殖、代谢产生的黏液(象胶水一样具有很强黏性),与循环水中的悬浮物(补充水进入、冷却塔抽风冷却水洗涤空气灰尘进入)和微生物尸体等交织黏附在一起,随水流黏附在设备壁面,不久就会形成一层滑腻的垢层,即所谓的表面疏松多孔的软垢。附着在换热管壁的软垢,是热的不良导体(导热系数很小,只有不锈钢材的百分之一),因此会造成换热效果明显下降,影响生产负荷。

发生点蚀:软垢层疏松多孔,为氧气的渗入形成良好通道,在循环水这个大的电导池中(富含盐),形成无数个小浓差电池,每个小电池就是一个点发生电化学反应,从而加速设备点蚀现象的发生,久之即发生纵深腐蚀穿孔事故。

2.3 设备腐蚀,缩短使用寿命

在循环水系统中,主要以溶解氧化学或电化学腐蚀为主,这种腐蚀除了会造成系统的水冷设备损坏或使用寿命减少外,还会由于腐蚀造成水冷器穿孔,从而引起工艺介质泄漏造成计划外的停车事故等,另外由于腐蚀会产生锈镏,会引起换热效率下降或管线堵塞等危害。

三. 循环冷却水处理技术要求

3.1 循环冷却水系统设计标准

HG/T 20690-2000《化工企业循环冷却水处理设计技术规定》,《GB50050-95》

3.2 补充水预处理水质要求

3.3 循环水系统水处理效果指标

3.4补充水量与浓缩倍率、排污水量关系

3.4.1 补充水量 = 蒸发水量 + 排污水量 + 风吹损失 + 渗漏

Q—示循环水量,m3/h;

R—示蒸发潜热,kJ/kg;(根据系统设计温度一般R值为2404.5 kJ/kg)

D—示风吹损失,一般为循环水量的0.1%;

3.4.2 与水处理药剂投入关系

系统水处理费用与补充水量成正比,因此提高浓缩倍率运行,是降低水处理费用的有效方法,但随浓缩倍率提高一定倍数时,又会使循环水中有害物质含量超标,因此须同时采取一定的辅助措施,如pH调节/加大旁流过滤处理等方法,使系统处理综合成本最低。

3.5旁滤量设计要求

循环冷却水在冷却塔中与空气接触散热时,空气中的灰尘、粉尘、孢子等悬浮固体被带入冷却水中,另外补充水进入循环水时也带入一部份固体杂物,它们使循环水的悬浮物、菌藻含量及其它污染物超出允许值,因此须设旁滤设施,对循环冷却水进行旁流过滤处理,以保证循环冷却水悬浮物含量指标保持在规定范围内,保持换热管壁干净。

HG/T 20690-2000建议循环冷却水旁流过滤量为循环量的2~5%。设计时其计算式中空气含尘量以环保部门监测为准。

四. 处理办法

根据系统面临问题,结合重庆维邦公司对各类循环水系统水处理工程的实际处理经验,推荐以下处理办法,防止换热器管壁结垢、生长粘泥软垢、快速腐蚀等事故的发生,保证生产装置安全、稳定、长周期、满负荷优质运行。

4.1 设备结垢的解决方法

4.1.2 硬垢控制:换热器管壁硬垢沉积,是循环冷却水系统设备面临的最大问题之一,它直接对生产负荷造成影响;向循环水中投加少量的,适应系统水质的阻垢分散剂,即能使硬垢沉积问题得到解决。水处理剂服务商,根据系统补充水质及生产装置工艺特点,通过实验室模拟系统试验,筛选出最适合阻垢缓蚀剂配方,并提供及时专业的技术服务,能使硬垢沉积问题得到很好解决。如维邦研发的WB-711/WB-712/WB-713等系列阻垢缓蚀剂,具有优异的阻垢分散性能,循环水中Ca2+含量在2000mg/L(以CaCO3计)左右稳定而不发生沉积。

4.2 滋生生物粘泥软垢的解决方法

4.2.2 微生物控制:筛选适合的杀菌灭藻剂,投入适当的水处理杀菌费用,使循环水中微生物含量控制规定范围内,将微生物代谢粘液保持允许范围,防止粘泥软垢的形成。如维邦研发的复合型杀菌灭藻剂WB-115(氧化性)/WB-104(非氧化性),杀菌率达99%以上。

4.2.3 悬浮物控制:增设旁流过滤系统(系统浓缩倍率高/悬浮物高时辅助使用),滤除循环水中悬浮物,控制在规定范围内,避免悬浮物与微生物黏液相互作用,在系统内累积而沉积换热管内,形成软垢,阻止传热,同时形成电化学腐蚀。

4.3 设备腐蚀的解决方法

在阳极区 Fe=Fe2++2e

在阴极区 ?O2+H2O+2e=2OH-

在水中 Fe2++2OH-=Fe(OH)2 Fe(OH)2+ O2 = Fe(OH)3

4.3.2 腐蚀控制:向循环水中投加较低量,适应系统水质的复合缓蚀剂,即能使设备腐蚀控制在标准规定范围。对于碳钢不锈钢系统,优选阻垢缓蚀剂配方时,即已复配入配方中,能解决设备腐蚀问题,如果系统中有铜设备,则应另添加铜缓蚀剂,如维邦WB-301系列。

五. 投入与产出

由于循环冷却水系统在日常运行中,换热设备会产生结垢、腐蚀和滋生生物粘泥,因此冷却水系统须进行水质稳定处理,以解决上述问题,保证生产装置安全、稳定、长周期、高负荷优质运行。相应投入的水处理药剂费用是因为自身生产稳定需要。它与工厂污水处理药剂费用投入不同,污水处理是为人类生产环境保护需要。

冷却水系统进行水质稳定处理的经济效益,计算方法主要从稳定生产负荷、减少停车处理次数、节约用水、保证设备使用寿命等方面进行评估。

5.1 稳定生产负荷:换热器结垢刚开始是缓慢逐步沉积的,只要沉积薄薄的一层垢后,沉积速度即越来越快,使传热速率迅速下降,对生产负荷构成明显影响(热电厂冷凝器最明显),我们按结垢使负荷隐形平均下降2%计算,如果进行科学水质稳定处理,则负荷稳定,即视为产出2%。

5.2 减少停车处理次数:生产装置大修周期一般为一年半、两年、甚至两年以上,大检修期同时对冷却水系统进行检修、清洗处理。而未进行水质稳定处理,设备产生结垢、腐蚀和滋生生物粘泥周期大大缩短,半年甚至三个月就要处理一次。停车造成停车损失,清洗需要药剂,也需要时间,同时花费大量人力,造成经济损失。

5.3 节约使用新鲜水30%左右:工厂是用水大户,随环保要求越来越高,水资源日趋紧张,新鲜水成本也越来越高,节约用水对工厂已非常重要,可节约较大一笔费用。严格按维邦提供的水质稳定处理方案对系统运行管理,能确保系统高负荷稳定运行,同时节约用水约30%。但目前有的工厂单从节约用水考虑,冷却水系统基本不排污,使循环水很多参数严重超标,导致系统短期结垢,不得不停车处理,造成停车损失,此法不可取。

5.4 保证设备使用寿命:未进行水质稳定处理或水处理剂缓蚀效果不好的系统,设备腐蚀率是HG/T 20690-2000规定要求的五倍甚至十五倍以上,大大缩短设备使用寿命,有的设备甚至两三年就得更换,使工厂损失惨重,可见科学的水质稳定对工厂效益非常重要。

循环水系统零排放水质稳定处理技术,是集原水预处理、腐蚀、污垢、微生物控制和旁路过滤及除盐综合处理为一体,并配以计算机辅助控制的自动分析和加药系统,使循环水系统实现长周期高负荷安全稳定运行,最大限度节药用水和降低水处理费用。