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工业循环冷却水处理现场应用 冷却水系统 循环冷却水系统中的冷却水流经换热器后被工艺介质加热成为热水 热水基本不排放 经过冷却后仍返回系统反复使用 即冷水被加热成热水 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流冷却水系统不同之处 直流冷却水 循环冷却水 直流式系统虽然设备投资少 运行简单 但由于造成大量的水资源的浪费 逐渐被限制采用 循环冷却水系统 密闭式循环系统一般只在一些水量小或者特殊情况下使用 如空调 内燃机 变压器油冷却器 核反应堆的辅助冷却器等 密闭式系统的特点是水不与大气接触 但由于阀门 管道接口 水泵等处可能泄漏 系统水量可能少量损失 此外 由于泄漏可能带进少量空气 而且少量补充水也会带人溶解氧 故系统中仍含有溶解氧 也存在氧的电化学腐蚀 密闭式系统的补充水常用软化水 脱盐水或冷凝液 因而结垢的可能性很小 主要的问题是防止腐蚀 系统的防腐蚀措施一般是选择合适的缓蚀剂一次投人水中 维持一定含量 处理方法比较简单 敞开式循环水系统是应用最广的系统 也是处理技术最为复杂的系统 湿式冷却塔内 由于进塔热水下淋过程中与周围空气之间存在温度差和湿度差 以及水 气相对运动时两相表面存在的速度梯度 水温主要通过水与空气的接触散热以及蒸发散热逐渐降低 为了提高冷却塔内水的冷却效果 应尽量强化水和空气的接触 延长接触时问 完善塔内水和空气的均布条件 增大塔内的气流风量等 密闭式 敞开式 敞开式循环冷却水系统的流程图 1 风机2 冷却塔3 填料4 凉水池5 循环水泵6 换热器 换热器类型 蛇管喷淋式换热器 蛇管沉浸式换热器 以蛇形管作为传热元件的换热器 这是一种古老的换热设备 它结构简单 制造 安装 清洗和维修方便 价格低廉 又特别适用于高压流体的冷却 冷凝 所以现代仍得到广泛应用 但蛇管式换热器的体积大 笨重 单位传热面积金属耗量多 传热效能低 板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器 各种板片之间形成薄矩形通道 通过半片进行热量交换 板式换热器是液 液 液 汽进行热交换的理想设备 板式换热器 优点 1 传热效率高板片波纹的设计以高度的薄膜导热系数为目标 板片波纹所形成的特殊流道 使流体在极低的流速下即可发生强烈的扰动流 湍流 扰动流又有自净效应以防止污垢生成因而传热效率很高 板式换热器只需要管壳式换热器面积的1 2 1 4即可达到同样的换热效果 2 使用安全可靠在板片之间的密封装置上设计了2道密封 同时又设有信号孔 一旦发生泄漏 可将其排出热换器外部 即防止了二种介质相混 又起到了安全报警的作用 3 投资低相同传热量的前提下 板式换热器与管壳式换热器相比较 由于换热面积 占地面积 流体阻力 冷却水用量等项目数值的减少 使得设备投资 基建投资 动力消耗等费用大大降低 特别是当需要采用昂贵的材料时 由于效率高和板材薄 设备更显经济 缺点 1 承压能力较低 一般是2 0MPa以内 最高是2 5MPa 2 承受温度也较低 3 阻力较大 易堵 4 可拆式使用时间长了 密封材料易老化 需更换 不可拆式不易清洗 5 冷凝水不易排出 导致霉菌滋生 外界温度低于 10 时 不易使用 管壳式换热器又称列管式换热器 是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器 这种换热器结构较简单 操作可靠 可用各种结构材料 主要是金属材料 制造 能在高温 高压下使用 是目前应用最广的类型 天然水中常见的杂质及其危害和处理办法 敞开式循环冷却水系统的水平衡 循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发 因为蒸发掉的水分不含盐分 所以随着蒸发过程的进行 循环冷却水中溶解盐类不断被浓缩 为了不使循环冷却水中的盐类越来越高 必须排掉一部分冷却水 并不断补充新鲜水 以保证整个系统水量的平衡和盐类的平衡 浓缩倍数 为了控制水中盐类的平衡 保证水中杂质的相对稳定 引入了浓缩倍数的概念 浓缩倍数即循环水中的含盐量与补充水含盐量的比值 式中 CR 循环水的含盐量 CM 补充水的含盐量 浓缩倍数的确定 不仅取决于系统中的各种操作参数 更主要的还取决于补充水的水质情况及药剂的性能 用于计算浓缩倍数的物质 要求其浓度随浓缩过程而增加外 应不受其它外界如加热 沉淀 投加药剂的干扰 通常选用的物质有Cl SiO2 K Ca2 等物质或总溶解固体 对循环冷却水采用化学加药处理 就可以达到如下目标 循环冷却水系统长周期稳定运行 消除了沉积物附着 腐蚀穿孔和粘泥堵塞等危害 换热器始终处于良好的工作状态 除计划中的设备检修外 因水系统意外的事故造成的停车基本杜绝 从而为确保设备的长周期稳定运行提供了保证 节省水资源 采用化学水处理技术对循环冷却水进行处理 可以使水中溶解盐的浓度两倍三倍于原水的浓度存在于循环水中而不会对设备带来危害 这样可以大量节省循环水系统中补充水的投加 节水效果十分明显 节约钢材 降低生产运行成本 采用化学水处理后 换热器的腐蚀得到控制 能确保换热器设备的使用年限 避免了因设备遭腐蚀而经常维修和更换而造成的钢材的浪费和维修费用的增加 在循环冷却水系统采用化学水处理的过程 现场取水 对补充水和循环水作出水质分析 确定水质类型 并根据水质情况通过试验制定水处理药剂配方 确定加药量 对循环水系统统计出确切的储水量 换热器进出口换热温差 补水量 排污量等数据 为加药处理方案的制定做准备 根据循环水系统工况条件和确定的水处理技术配方配备一套加药装置 就可以做到自动加药 自动管理 确定相关的操作岗位和管理人员 筹建分析化验室 对有关的生产和技术人员进行培训 现场技术服务 应现场需要及时派现场技术服务工程师提供全方位技术服务 对补充水 循环水的水样和菌藻进行分析 利用便携式分析器可实现系统现场的水质分析 对现场监测和加药设备 仪器校验 通过仪器和挂片监测腐蚀速率和沉积物 提供腐蚀及沉积监测报告 进行循环水系统处理的阶段总结 每月按时提供水处理报告 就相关问题与现场人员交流协商 在厂方配合下进行水处理方案的调整 应用新产品及新技术对循环水处理方案进行优化 补水水型判断 Langliar饱和指数Is Pha PHs当Is0即Pha PHsCaCO3处于过饱和状态称为结垢型水Is 0 0 0 3 即Pha PHsCaCO3处于饱和状态 即不腐蚀也不结垢 称为稳定性水质 此后Ryzner又提出了稳定指数的概念 S 2Phs Pha用经验式来表示水质稳定性 S7 5严重腐蚀计算水型首先要引入饱和PH的概念PHs只是指水中 Ca2 和 HCO3 浓度固定数值条件下使 CaCO3 达到饱和时的PH值 计算 PHs 9 3 A B C D A 总溶固的函数B 温度的函数C Ca2 硬度的函数D 总碱度的函数 水质实例 第1种水的水质是严重腐蚀型的试验用水 第2种水的水质为常用水质 是代表性较广的通常水 第3种水的水质是一种严重结垢型试验用水 循环冷却水系统进行化学水处理要使用哪些水处理药剂 阻垢缓蚀剂 根据现场需要1 2种 杀菌灭藻剂 氧化性杀菌剂1 2种 非氧化性杀菌剂1 2种 影响循环水系统的三大危害 结垢 腐蚀和菌藻滋生 冷却水的日常运行控制 缓蚀阻垢药剂达到规定配方加药量 定期加入杀菌剂 控制余氯0 5 1 0ppm 每天维持4 6小时 控制浓缩倍数 控制水中浊度 Ca2 及总碱值 控制碳钢腐蚀率 0 125mm y铜及不锈钢 0 005mm y污垢热阻值 5 10 4m2 hr kcal y异养菌总数 1 105个 ml 水中微生物粘泥 高浊度对挂片的影响 现场换热器的结垢图例 现场换热器腐蚀实例 化肥化工行业水处理的腐蚀问题及难点 尿素高压设备自投入运行就存在产生腐蚀缺陷的隐患 腐蚀隐患直接影响到装置的长周期安全生产 不同的尿素生产工艺 不同的设备 同一设备的不同部位 由于其介质的组分和温度及压力的不同 耐蚀层的腐蚀失效形式也不一样 尿素设备主要受到均匀腐蚀 应力腐蚀 冷凝腐蚀 晶间腐蚀 选择性腐蚀 点蚀 缝隙腐蚀及其他如 端晶腐蚀 冲刷腐蚀 疲劳腐蚀等腐蚀破坏作用 主要表现形式为衬里 列管的均匀减薄 列管外壁的应力腐蚀开裂 焊缝发黑疏松 焊缝热影响区选择性刀口腐蚀 气孔 垢下腐蚀等 1 氨汽提法钛材汽提塔目前多家汽提塔出现泄漏 主要是管板 管箱及封头衬里盖板焊缝存在的未焊透 气孔 针孔甚至焊缝被氧化等缺陷造成的泄漏 钛管的高温段较大的均匀腐蚀减薄和严重的管头冲刷腐蚀以及缝隙腐蚀也是汽提塔泄漏的一个原因 2 合成塔环焊缝微小气孔引起泄漏由于种种原因 泄露部位有宏观检查不能发现的漏点 衬里背面的碳钢基体上可能存在腐蚀空洞 3 冷凝腐蚀及垢下腐蚀冷凝腐蚀实际上是一种活化腐蚀 发生在汽相空间 正常情况下 设备的汽相空间会被一层致密的灰垢覆盖 随着设备运行的时间延长 灰垢的厚度会逐渐增厚 如果保温效果很好 这层灰垢能够保护下面的金属 减小腐蚀速度 如果保温不好或保温失效 冷凝液流淌的部位会形成腐蚀沟槽 如果腐蚀沟槽的表面被灰垢覆盖 就会形成在停工检修期间也难以发现的垢下腐蚀状况 这种现象普遍存在于尿素高压设备中 4 冷凝管口内壁局部腐蚀加剧 最终腐蚀穿孔泄漏 冷凝器长时间低负荷运行 超温 超压以及介质中硫化氢含量偏高 在列管上下管口内壁热影响区存在较多裂纹 条状腐蚀沟槽 点蚀等缺陷 由于管口内壁局部腐蚀加剧 最终腐蚀穿孔泄漏 氨污染危害 其中 氯氧化NO2 的速度实际上大于氯杀灭微生物的速度 因为后者如大于前者 则不会产生水质恶化的危害了 为此 要达到彻底杀灭微生物的目的 必须首先压倒NO2 基本消灭NO2 要做到基本消灭NO2 只有快速通氯才能达到目的 由于水中的微生物在不断繁殖 更由于水中还在不断漏氨 又在不断产生NO2 所以低速通氯则会相互平衡 不能压倒NO2 水中很难产生余氯 无法彻底杀生 水中的余氯与NO2 基本上是不并存的 事实上氨污染时 水中的NO2 也不可能消灭 即使暂时消灭 一旦停氯 亚硝酸菌又会繁殖 NO2 又会上升 我们所希望的只是在通氯期间NO2 的短暂基本消失 利用此短暂的机会使各种细菌更多地被杀灭 使余氯赶快提上去 由于解决氨污染的危害既要考虑NO2