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循环水处理整体解决方案

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2020年4月19日
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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
　　循环冷却水系统日常运行面临的问题：
　　2.1 设备结垢，阻碍传热，增加能耗，降低生产负荷
　　结垢：是指水中溶解或悬浮的无机物，由于种种原因，而沉积在金属表面。
　　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
　　腐蚀：是指经过化学或电化学反应使金属被消耗破坏的现象。
　　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- 《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
　　3.4.1.1 蒸发水量: E =⊿T×Q×4.184÷R（m3/h ）
　　式中：T—示进出水温差，℃；
　　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）
　　3.4.1.2 风吹损失：一般为循环水量的0.1%，为0.5 m3/h；
　　3.4.1.3 排污水量：B排 = E÷（K-1）- D（风吹
　　式中：K—示浓缩倍数；
　　D—示风吹损失，一般为循环水量的0.1%；
　　3.4.1.4 系统渗漏：系统渗漏一般设为0 m3/h
　　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- 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
　　4.1.1硬垢形成原因：冷却水中富含碳酸氢钙等不稳定盐类，在换热管壁受热分解，即转变为碳酸钙等致密硬垢，规则沉积在换热管壁、冷却塔填料及系统管网等处。
　　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，经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 mg/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
　　4.2.1粘泥软垢形成原因：产粘液微生物代谢、悬浮物、一定的水流速度、换热管壁粗糙度，四个条件形成粘泥软垢。后面两个条件是系统客观存在，解决办法只能从微生物和悬浮物着手解决。
　　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
　　4.3.1腐蚀形成原因：腐蚀是指经过化学或电化学反应使金属被消耗破坏的现象。冷却水中的溶解氧与设备接触形成腐蚀电池，发生如下反应，促使金属不断溶解而被腐蚀。
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％。但当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- 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。
附： 维邦循环水系统科学水质稳定处理技术
　　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。