循环水处理本科毕设论文.doc

湖南石油化工职业技术学院

生产实习报告

题目: （循环水处理）

学 生 姓 名
班 级 名 称
专　业　名　称 石油化工生产技术
系 部 名 称 石化工程系
指 导 老 师
报告提交日期 2013年3月

前言
生产实习，就是把学到的理论知识拿到实际工作中去应用和检验，以锻炼工作能力。在经过一段时间的学习之后，我了解自己的所学需要或应当如何应用在实践中。因为任何知识源于实践，归于实践。实习是学生在即将工作前的一段培训阶段。
实习对于我们即将走出校门的学子来说，有验证自己的职业抉择，了解目标工作内容，学习工作及企业标准，找到自身职业的差距，可以及时的纠正和反馈自己的职业发展轨迹。
中石化长岭分公司第五循环水处理系统主要是向其南区各炼油、化工生产装置提供循环冷却水，同时回收经各种冷换设备使用后的热水，进行冷却、加压后，再作为冷却水供给生产装置循环使用。
摘要
循环冷却水在使用之后，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-等离子，溶解固体和悬浮物相应增加，空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄漏等，均可进入循环冷却水，使循环冷却水系统中的设备和管道腐蚀、结垢，造成换热器传热效率降低，过水断面减少，甚至使设备管道腐蚀穿孔。要解决循环冷却水系统中的这些问题，必须进行综合治理。采用水质稳定技术，用物理与化学处理相结合的办法控制和改善水质，使循环冷却水系统中的腐蚀、结垢、微生物污垢得到有效的解决，从而取得节水、节能的良好效益。
关键词: 循环冷却水，腐蚀，结垢

1 引言
在20世纪初，随着工业的迅速发展，工业用水愈来愈多，但是，几乎没有一家工厂使用循环水。到了四十年代，人们生活用水、农田用水和工业用水之间出现了争夺，直流水系统已经受到了水资源的限制，于是另觅用水的出路而发展了循环水系统。例如一套水用量约20000t/h左右的装置，如采用循环水系统，每小时补充四五百吨新鲜水就够了，节约的水量非常可观。
我国淡水资源并不丰富，且分配甚不均衡，北方缺雨少水，更显水源紧张。如华北地区和京津一带已连年闹水荒，严重影响工农业的发展和人们的生活用水，节约用水日益迫切。在水源上得天独厚的长江流域和江南水乡，由于不注意排水的处理，江河湖泊受到不同程度的污染，影响人们用水的质量和鱼类的生存。为保护生态环境不被破坏，环保部门对排出水的温度、PH值及其它污染物都有规定。为使有害成份达到排放标准，只有减少污水的流量才能适合处理，才能降低污水处理的费用。因此，无论从节约水源还是从经济观点和保护环境的观点出发，都应设法减少取水量，降低冷却水排污量，限制使用直流水系统，尽可能推广采用敞开式循环冷却水系统。
循环水比起直流水，除了节约新鲜水量、减少排污水量之外，还可以防止热污染。循环水还因控制换热器的污垢热阻而提高传热效果和生产效率，减少设备体积，节约钢材。循环水有效的控制了系统中设备的腐蚀，从而提高设备的使用寿命。
化学工业、石油工业、冶金工业及建筑的空调系统中常需要将热工艺介质进行冷却，水的特性很适合用作冷却介质。工业冷却水通过换热器（或称热交换器、水冷却器、水冷器）与工艺介质间接换热。热的工艺介质在热交换中降低温度，冷却水被加热温度升高。工业冷却水的用量往往很大，在化学工业许多企业中占到工业用水总量的90%~95%以上。
2 循环水系统及控制指标
2.1循环水系统的特征
冷却水系统是用水来作为工业冷却介质的系统，它分为直排冷却水系统和循环冷却水系统。直排冷却水系统因其消耗水量大、加药处理费用过高，已经被淘汰。循环冷却水系统中的冷却水流经换热器时，和工艺介质进行热交换，热介质通过冷却水冷却到需要的温度，冷却水温度升高，成为热水。热水基本不排放，经过冷却后仍返回系统重复使用。即冷却水被加热成热水，热水被冷却成冷水，冷水再加热，热水再冷却，循环不止，因而大大节约了用水。这就是循环冷却水系统与直排冷却水系统不同之处。循环冷却水系统又可分为密闭式和敞开式两种，其区别在于敞开式系统中的热水是经过冷却塔（又称凉水塔）或冷却池与空气直接接触被冷却为冷水，再返回系统循环使用的，而密闭式系统中水不与大气接触，密闭循环，水的冷却主要依靠冷水机等手段来完成，水不浓缩，也基本上不消耗。
2.2 敞开式循环水系统
在敞开式循环冷却水系统中，冷却水用过后也不是立即排放掉，而是收回循环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环水过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称作补充水；并排出一定量的浓缩水，通称排污水。
这种敞开式循环冷却水系统要损失一部分水，但与直流冷却水系统相比，可以节约大量的冷却水，且排污水也相应减少。
因此，不论从节约水资源，还是从经济和保护环境的观点出发，都应设法降低各类工厂的冷却水用量，尽可能使用敞开式循环冷却水系统。
2.3 循环水系统产生的问题
冷却水通过换热器后水温提高成为热水，热水经冷却塔曝气与空气接触，由于水的蒸发散热和接触散热使水温降低，冷却后的水再循环使用。敞开式冷却水系统又叫冷却塔系统，因为它常用冷却塔作为水的冷却设备，这种系统在工厂得到广泛使用。如图2-1所示。
这种敞开式循环冷却水系统，由于在循环过程中要蒸发掉一部分水，还要排出一定的浓缩水，故要补充一定的新鲜水，以维持循环水中的含盐量或某一离子含量在一定值上。比较起来，循环水的补充水量是很有限的，一般只是直流水的四十分之一左右。
冷却水在循环使用过程中，容易带来以下三个问题：
冷却水在循环使用过程中，水在冷却塔内和空气充分接触，使水中的溶解氧得到补充，所以循环水中的溶解氧总是饱和的，从而水中溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因；水在冷却塔中蒸发，使循环水中含盐量逐渐增加，加上水中二氧化碳在塔中解析逸散，使水中碳酸钙在传热面上结垢析出的倾向增加；冷却水和空气接触，吸收了空气中大量的灰尘、泥砂、微生物及其孢子，使系统的污泥增加，冷却塔内的光照、适宜的温度，充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长，从而使系统粘泥增加，在换热器内沉积下来，造成了粘泥的危害。要解决循环冷却水系统中的这些问题，必须进行综合治理。采用水质稳定技术，用物理与化学处理相结合的办法控制和改善水质，使循环冷却水系统中的腐蚀、结垢、微生物污垢得到有效的解决，从而取得节水、节能的良好效益。

图2-1敞开式循环冷却水系统
2．4循环水使用中的控制指标
要搞好循环取得良好的效果，对于循环水和补充水应当有水质要求，这种限制性的水质指标就是水质控制的边界条件，如果超出水质指标，就会给循环水处理带来危害。表2-1是循环水系统的水质指标：
项目 时间
指标
单位
PH值
7～9

循环水浊度
≤30
NTU
总磷
3.5～5.0
mg/L
正磷
≤1.0
mg/L
锌离子
2.5～3.5
mg/L
氯离子
≤700
≤700
总铁
≤1.0
mg/L
总碱
≤750
mg/L
浓缩倍数
≥3.0

过滤水浊度
≤20
mg/L
COD
≤100
mg/L
油含量
≤10
mg/L
异氧菌
≤105
个/mL
粘泥
≤3
ml/m3
试管腐蚀速率
≤0.1
mm/a
试管粘附速率
≤20
mcm
挂片腐蚀速率
≤0.1
mm/a
表2-1 中石化长岭分公司供排水联合供水水质指标
3 循环水水质处理技术的作用及其重要性
化学水处理技术能够很好地解决循环冷却水所带来的危害。它在国外应用已有半个多世纪以上；在我国也日益广泛应用，大量推广已有二十多年的历史。其综合处理效果令人满意，处理费用也能为用户接受，是普通使用的好方法。
在循环冷却水中应用水处理技术，既可改善水质，减少对设备的腐蚀和结垢，延长设备寿命，保证生产长周期均衡平稳地运行，又能节约用水，减少排污，对生态环境大为有利，从而获得良好的经济效益和社会效益。
评价化学水处理的经济效益需要从处理费用上和生产上全面评价。化学处理费用经济合理，占循环水成本中的比例极低，而且带给系统的好处很多，有很好的经济效益。据我了解，许多厂在这方面都深有体验，特别是有的厂初期投产时循环水未进行化学处理，运行一段时间后才发现“水患成灾”，后来采用化学处理，“对症下药”，使水质得到明显改善。科学技术是第一生产力，循环水化学处理技术在节能降耗，高产稳产，提高效益等方面发挥着非常重要和关键的作用，具体表现在：
1、保证换热设备的高效运行。通过化学处理，减缓设备和管道的腐蚀和结垢，提高换热效率，改善工艺条件，延长设备及管道的使用寿命。
2、稳定生产。没有沉积物附着、腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害，冷却水系统中的换热器就可以始终在良好的环境中工作，除计划中的检修外，意外的停产检修事故就会减少，为生产的长周期安全运行提供保证，从而降低生产过程中因设备维修造成的时间延误。
3、节约水资源。冷却水使用水处理剂后，可以提高循环水的浓缩倍数，这对工业节水有着重要的作用。
4、减少环境污染。由于浓缩倍数的提高，循环冷却水系统比起直排冷却水系统来，大大减少了冷却污水的排放量，也就减少了对环境的污染。
5、经济效益显著。采用水稳技术后，循环冷却水系统处于良性循环，换热效率和冷却效果良好，同时减少原材料的消耗，降低生产成本，实现生产的满负荷运行，生产能力提高，产品质量改善，产量增加，经济效益突出。

4 循环冷却水的腐蚀

4.1循环冷却水腐蚀的成因
由于和周围介质相互作用，使材料（通常是金属）遭受破坏或使材料性能恶化的过程称为腐蚀。腐蚀可分为：化学腐蚀（腐蚀介质与金属接触发生化学作用而使金属遭到破坏的腐蚀）、电化学腐蚀（腐蚀介质与金属接触构成腐蚀电池进行电化学反应而使金属自动破坏的腐蚀）和微生物腐蚀（由于微生物的直接或间接作用而引起的腐蚀）三大类。腐蚀因其方式不同，其腐蚀的机理各不同。但金属在水中的腐蚀主要是电化学腐蚀。腐蚀会缩短设备的使用寿命，引发设备泄漏，危及正常生产。其腐蚀机理实质就是金属不断被溶解的过程。表示为：
——金属

影响腐蚀的因素主要有：溶解氧、溶解盐类的浓度、水温、PH值、水流速、悬浮物、微生物等几方面。
4．2循环冷却水腐蚀的抑制
在腐蚀控制中，只要控制腐蚀过程中的阳极反应和阴极反应两者中的任一个电极反应的速度，则另一个电极反应速度也会随之受到控制，从而使整个腐蚀过程中的速度受到控制。
a. 添加缓蚀剂
在金属表面生成保护膜，隔断金属与溶液的直接接触。抑制电极过程，破坏腐蚀电池形成的必要条件（阴、阳极之间的电位差；阴极、阳极之间电联接，自由电子的移动、电解质存在等）。按成膜机理不同可分为：氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型。
氧化膜型——直接或间接氧化金属，在金属表面上形成金属氧化物的保护膜。特点：保护膜致密、膜薄和金属结合牢固，缓蚀性能好，但药剂投加量不足时，易产生严重的局部腐蚀；
沉淀膜型——与水中金属离子或被防腐金属的离子作用形成难溶的盐，沉淀附着在金属表面上形成一层保护膜。特点：与水中金属离子形成的保护膜多孔且较厚和金属的结合性差，与被防腐金属离子形成的保护膜致密、且膜较薄；
吸附膜性——具有极性基和疏水基，极性基能吸附在金属表面上，疏水基既能阻碍水中的溶解氧扩散到金属表面上，也能阻碍腐蚀产物向外扩散。从而起到缓蚀作用。特点：形成的保护膜在非清洁的金属表面上吸附性能较差，且耐温程度一般较低。
b.提高冷却水的PH值
PH值增加，水中氢离子的浓度降低，金属腐蚀过程中氢离子去极化的阴极反应受到抑制，金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大，腐蚀也随PH的升高而降低。
c.选用耐腐蚀材料的换热器
d.用防腐涂料涂覆
这种方法是在碳钢换热器的传热表面上涂上防腐涂料，形成一层连续的牢固附着的薄膜，使金属与冷却水隔绝，避免受到腐蚀。

5 循环冷却水系统中的沉积物及其控制
5．1沉积物分类
结垢——指在冷却水中所含成垢组分在侧金属表面的沉积过程。
循环冷却水系统在运行过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物和生物沉积物构成。通常人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积物统称为污泥。
5.1.1沉积物来源
1、来自补充水　未经预处理或处理不量的补充水会使泥砂、悬浮物、微生物带入系统，即使澄清、过虑、消毒良好的补充水也会有一定浑浊度并带有少量的微生物。澄清过程中还可能将混凝剂的水解产物，铝或铁离子，留在补充水中。另外，不管是否经过预处理，补充水中的溶解盐都会带入循环水系统。
2、来自空气　泥砂、粉尘、微生物及其孢子苔随空气带入循环系统。
3、来自工艺介质泄漏　　换热器泄漏，特别是漏油或某些有机物导致污泥沉积。
4、来自化学处理药剂　　如在循环水中加锌盐或聚磷酸盐缓蚀剂，则有结锌垢或磷酸盐垢的可能性。
5、来自系统腐蚀所形成的腐蚀产物。
5.2结垢的控制技术
5．2．1循环冷却水结垢的成因
在循环冷却水系统中,水垢是由过饱和的水溶性组分形成的。水中溶解有各种盐类，如碳酸氢盐、碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的碳酸氢盐如Ca(HCO)3、Mg(HCO)3最不稳定，极易分解生成碳酸盐。因此，当冷却水中溶解的碳酸氢盐较多时，水流通过换热器表面，特别是温度较高的表面，就会受热分解，其反应式如下：
Ca(HCO)2 = CaCO3 + H2O + CO2 (3-1)
当循环水通过冷却塔，溶解在水中的CO2会逸出，水的PH值升高，此时，碳酸氢盐在碱性条件下也会发生如下反应：
Ca(HCO)2 + 2OH= CaCO3 + 2H2O + CO2 (3-2)
如水中溶有适量的磷酸盐与钙离子时，也将产生磷酸盐的沉淀。上述一系列反应生成的Ca(CO)3和Ca(PO4)2等均属难溶性盐。它们的溶解度比起Ca(HCO)3来要小得多。同时，它们的溶解度与一般的盐类还不同，其溶解度不是随着温度的升高而加大，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器传热表面上，这些难溶性盐很容易达到过多饱和状态而从中结晶析出，尤其当水流速度小或传热面较粗糙时，这些结晶沉淀物就会沉积在传热器表面上，形成了通常所说的水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称之为硬垢。常见的水垢成份为：碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙、镁盐、硅酸盐。
污泥，一般由细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、菌藻尸体及粘性分泌物等组成。一般呈疏松状态，易于机械清除。
判断水质的结垢或腐蚀程度应该根据各种试验结果。在试验之前往往称根据水质及某些运行条件进行计算，作出对结垢或腐蚀倾向的初步判断，以便考虑试验方案。目前的计算方法都是根据水中某种盐类的溶解平衡关系提出的，也就是说水中某种盐达到能够析出的数量，即有结水垢的倾向。如果该盐类在水中能全部溶解，则在金属表面上完全没有水垢作保护层，即有腐蚀倾向。循环冷却水中最易成垢的是碳酸钙，如使用磷系配方的常有磷酸钙垢，某些水质还可能产生硫酸钙、硅酸镁等到水垢 ，故常以这几种盐类分别判断结垢或腐蚀倾向。通常以经验饱和指数来判断碳酸盐的结垢倾向，即根据循环水中氢离子浓度与达到平衡时的氢离子浓度的比较，来判断循环水中是否达到平衡，也就是饱和指数：
IL=PH0 — PHS (3-3)
式中： IL——饱和指数；
PH0——循环冷却水在实际使用温度下的实际PH值；
PHS——在循环冷却水使用温度下，式(3-3)达到平衡时的PH值；
IL=0时，Ca(CO)3刚好达到饱和，此时水不会产生水垢，也不会发生腐蚀；
IL>0时，水中Ca(CO)3处于过饱和状态有析出水垢的倾向；
IL<0时，Ca(CO)3未饱和，有过量的CO2 存在，会出现消溶循环水系统中水垢的倾向，即存在腐蚀的可能。
5．2．2水垢的控制方式
从冷却水中去除成垢离子：离子交换树脂法；石灰软化法；膜渗透法等。
加酸或通二氧化碳气，降低PH值，稳定重碳酸盐；PH值升高有利于水垢的形成，如钙、镁垢和铁的氧化物在PH值大于8时几乎完全不溶解。
投加阻垢剂，通过鳌合作用、晶格畸变、分散作用、溶限效应，破坏结晶生长。其中，鳌合作用、分散作用、溶限效应的阻垢机理：主要是增加成垢合物的溶解度，扩大水垢结晶的介稳区。晶体畸变阻垢机理：主要是改变晶体的生长形式，使晶体结构疏散不稳定，不能长大。
5．2．3污泥的控制
可分为化学处理和机械处理两大类。
a.机械处理：
旁滤、空气鼓动吹洗、塑料球抹拭等。
b.化学处理：
投加分散剂：用具有不同活性基团的表面活性剂改变污泥的内聚性或粘着性，分割分散污泥，最后利用排污或旁滤去除；
投加絮凝剂：用高分子的带电荷的聚合物来吸附架桥，把已经粘附在金属表面的污泥粒子团缚在一起，结合成泥团体积较大、比重轻的外壳，重新分散在水中，最后排出系统。
投加杀菌灭藻剂：杀死或抑制水中的微生物，控制粘泥的增长。

6 主要参考资料
【1】唐受印.《工业循环冷却水处理》.北京：化学工业出版社，2003.6．
【2】中石化长岭分公司供排水联合装置大项目建设配套新增设施工艺技术， 2010.11.30
【3】中石化长岭分公司供排水联合装置岗位练兵教材，2004.12.10

致谢
感谢阮志丹老师对我论文的悉心指导，从论文选题到论文写作过程给予我真诚的鼓励、中肯的建议和指导。他严谨的治学作风给予我深深地影响，促使我在论文写作中精益求精。对阮志丹老师的辛勤指导，呈上我最诚挚的谢意！

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