循环水处理技术2.ppt

工业循环水处理技术 主讲人 李映川 第一章循环水系统基本知识 主要内容 第二章循环水系统分类及特点 第三章循环水的基础知识 第四章循环水结垢腐蚀的成因及处理方法 第五章循环水日常运行中的水质监测与控制 第六章循环水处理不当的危害及经济性分析 第七章循环水清洗预膜相关说明 第八章硅铁 电石循环水处理 第九章氯碱厂压缩机后冷凝器泄露及处理建议 第十章结垢和腐蚀对热电厂运行的影响 第十一章板式换热器的相关说明 循环水量 R 保有水量 V 补充水量 M 蒸发损失 E 飞溅损失 F 浓缩倍数 N或K 排污水量 B 旁滤水量 Q旁 循环水进出口温 t 药剂停留时间 T 第一章循环水系统基本知识 一 术语及水平衡计算 M E BM E K K 1 B E K 1 K M BT V B t t2 t1Q旁 3 5 Q 单位m3 h单位m3单位m3 h单位m3 h单位m3 h单位m3 h单位m3 h单位 单位h 二 循环水存在的问题及处理 1 腐蚀在循环水中 如不使用化学处理方法 碳钢的平均腐蚀率在0 75 1 5mm y 但发生点蚀的部位腐蚀率可达到平均腐蚀率的2 10倍 2 结垢开式循环水影响结垢的主要因素是循环水pH 钙硬度 总碱度 水温 流速及金属表面状况等 3 粘泥粘泥生成主要因素与水温 pH 溶解氧 营养源及金属表面特性等有关 工艺物料泄漏对生物粘泥繁殖更为有利 这点应引起足够的重视 4 水冷设备存在问题产生的危害 5 循环水日常化学处理 为了防止或减轻水中腐蚀 结垢及菌藻粘泥问题 循环水正常运行需加强以下几个方面 a 循环水及工业水的水质管理 控制在规定的水质控制指标内 b 使循环水维持规定的药剂浓度及投加频率 c 药剂效果的评价 通过评价确认处理效果是否在允许的腐蚀及结垢范围内 d 为了防止循环水在浓缩运行过程中 引起水冷设备的腐蚀 结垢及粘泥等障碍 必须严格按照技术方案及操作手册进行科学管理 直流循环水系统 第二章循环水系统分类及特点 循环水系统分为以下三类 闭路循环水系统 开路循环水系统 分述如下 1 概述a 最简单的冷却方式 b 水只经过热交换器一次 c 水排放到初始的补水源 d 没有浓缩 水中的离子成分保持不变 一 直流循环水系统 饮用水系统 工艺过程水 沿河 沿江或沿海电厂循环水 等 例如 2 特点a 平均温差4 6 b 需要使用大量水来达到冷却效果 c 大量水排放 d 水源通常为海水 湖水 或河水 e 排放水回到同样的补水源 但是在不同的地点 以避免循环 一 直流循环水系统 一 直流循环水系统 4 劣势a 需要大量的水 b 环境问题 热污染 c 加药处理费用贵 5 考虑因素a 环境问题 取水 排放限制 b 原则 水必须保证最低生产需求 c 能力 可行的水源供应需求 d 水质 枯水期水质问题 3 优势a 低运行费用 b 泵和热交换水温变化 1 概述密闭循环水系统通过不与大气接触的循环水来去除热量 没有水份的蒸发 二 密闭循环水系统 涡轮机发电机组 汽车水箱循环水 等 例如 2 特点a 平均温差5 10 b 水的使用量少 c 三个基本部件 泵 一次热交换器 二次热交换器 d 水温变化范围宽 e 理论上系统没有水损耗 水的泄漏发生在膨胀箱 焊头和阀门 每天损耗量为系统容量的0 1 0 5 f 适用于 高低温负荷系统 排放水受限环境 水源限制 当水不是很充裕 环境 二 密闭循环水系统 3 主要问题a 腐蚀产物淤积在小喷嘴 喷口 阀门 b 结垢对运行效果影响大 1 概述开路循环系统是冷却塔暴露空气中 水流经冷却塔 从过程中携带的热量通过蒸发而释放 循环水重新回到热交换器交换更多的热 三 开路循环水系统 冷却塔 喷洒池塘 等 例如 2 特点a 温差10 16 b 水使用量 中等 三 开路循环水系统 3 开路循环系统的工作原理a 热交换热交换 热从一种物体交换到另一种物体的过程 b 蒸发蒸发 热的循环水将热释放到大气中的过程 这样重新冷却下来的水可以回到热交换器 4 三种典型的开路循环冷却塔a 自然通风 b 机械通风 c 蒸发冷凝器 三 开路循环水系统 自然通风冷却塔让冷却的干 冷空气与水接触 加强蒸发 潮湿的热空气上升离开冷却塔 冷却塔造型使空气快速通过热水喷洒的截面 典型代表如热电厂的双曲线自然通风冷却塔 机械通风冷却塔使用机械风机使空气通过冷却塔 分为 强制鼓风冷却塔及抽风冷却塔 a 强制鼓风冷却塔让空气通过凉水塔 因为需要大的马力 所以只能使用在小系统中 b 抽风冷却塔向凉水塔中抽入空气 典型的形式有逆流或横流 循环水的冷却效率取决于风量 蒸汽冷凝器冷却塔具有一套闭路循环水系统和一套开路循环系统 开路循环水在冷却塔与大气接触 闭路循环水在冷却蛇行管中流动 5 冷却塔提供两个条件来提高蒸发过程 三 开路循环水系统 a 将水变成小液滴 这样提供更多的水分子蒸发 b 风机加速冷却塔的风流动 加速水分子的蒸发和提供更多的水份逃逸 四 循环水系统的高效工厂生产过程相当重要 循环水系统的最佳运行取决于两点 a 严格的设备管理 b 严格的化学处理控制 1 水源充足 使用方便 相对便宜 2 流动容易 采用泵打循环 3 能携带大量的热量 4 常温条件下不膨胀 5 不会分解 6 水比任何别的物质都可以携带多的热量 可广泛用于工业冷却 7 温度上升很小 8 环境影响最小 第三章循环水的基础知识 一 为什么要用水作冷却介质 1 可以溶解接触许多物质 金属 泥土及砂石 2 水中的三种物质 溶解固体 钙 镁 钠等 溶解气体 二氧化碳 一氧化碳等 及悬浮物 黏土 砂等 3 水的两种来源a 地表水 溶解固体含量低 悬浮物含量高 水质受天气和季节影响大 b 地下水 溶解固体含量高 悬浮物含量低 铁和锰的含量高 氧气含量低 可能含有硫化气体 水质和水温波动不大 二 为什么水是最佳的冷却介质 1 电导率a 测试水的导电能力 b 纯水没有导电性 c 溶解离子含量升高 电导率也升高 d 与水的溶解固体含量成正比 三 水的哪些化学特性重要 2 总硬度a 钙硬度和镁硬度的总和 b 硬度会与其它离子如碳酸盐碱度 磷酸根和硫酸根反应在热交换器有析出和生成沉积的趋势 3 总碱度碳酸根和碳酸氢根离子 和硬度离子会生成沉淀 如碳酸钙 总碱度需保持在一定的范围内 总碱度增加 易产生结垢 总碱度降低 易产生腐蚀 三 水的哪些化学特性重要 4 pHa 测试水的氢离子浓度 氢离子上升 pH下降 氢离子下降 pH上升 b 控制好pH 有益于循环水系统运行 突然的pH变化 会导致 低pH时 腐蚀 高pH时 结垢 循环水系统常见的问题 结垢 腐蚀及生物淤积 上述问题会导致热交换能力降低 设备寿命缩短 设备运行故障 产能下降 增加维护费用及工厂停车等事故的发生 四 循环水容易发生的问题 1 结垢 循环水中无机物离子会从溶液中析出生成硬的 致密的结晶物称为垢 常见的垢 碳酸钙 硅酸镁 磷酸钙 硫酸钙 氧化铁 磷酸铁及其它 1 结垢 四 循环水容易发生的问题 1 下面的因素会影响垢的生成a 无机物的浓度b 水温c 水的PHd 悬浮固体e 水的流量 水温和垢生成的关系a 水温升高 垢生成的可能性增大 b 垢出现在循环水系统温度高的区域 会降低热交换器的效率 c 需要机械或化学清洗 d 垢下腐蚀 坑孔 易导致工厂停工 设备更换 1 结垢 四 循环水容易发生的问题 2 阻止无机垢生成的方式a 降低成垢离子的浓度 排污 澄清 过滤b 加酸减少PH或碱度 减少结垢可能 但会增加腐蚀趋势 导致设备的更换 c 增加热交换器水的速度 反洗 空气鼓动 d 使用化学阻垢剂 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 腐蚀是使金属回到原始氧化状态的过程 电池原理 阳极 阴极 电解质 1 腐蚀的四个阶段阶段1 在阳极 和循环水接触的纯铁开始水解 放出一个电子 阶段2 电子通过金属传递到阴极 阶段3 在阴极 电子和水中的氧反应 生成OH 阶段4 循环水的溶解无机物离子完成电化学的循环 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 2 影响腐蚀的因素 a PHb 温度一般地讲 金属的腐蚀速度随温度的增加而增加 循环水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多 概括起来可以分为化学因素 物理因素 微生物因素 c 阴离子水中不同的阴离子在增加金属腐蚀速度方面具有以下的顺序 NO3 CH3COO SO42 Cl ClO4 d 总硬度总硬度过高时 则会与水中的碳酸根 磷酸根或硅酸根作用 生成碳酸钙 磷酸钙和硅酸钙垢 引起垢下腐蚀 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 2 影响腐蚀的因素 e 水流速在淡水中 金属的腐蚀速度随水流速的增加而增加 f 悬浮固体当循环水的流速过低时 这些悬浮物的容易在换热器部件的表面生成疏松的沉积物 引起垢下腐蚀 当循环水的流速过高时 这些悬浮物的颗粒容易对硬度较低的金属或合金 例如凝汽器中的黄铜管 产生磨损腐蚀 四 循环水容易发生的问题 2 影响腐蚀的因素 g 溶解气体氧 氧起阴极去极化作用 促进金属的腐蚀 除去氧后 水就变成没有腐蚀性了 二氧化碳 二氧化碳溶于水中 使水的pH值下降 水的酸性增加有助于氢的析出和金属表面膜的溶解破坏 氨 氨往往在工艺系统泄漏时进入循环水中 例如像合成氨厂中那样 当循环水中存在氧化剂 氨就选择性地腐蚀铜 生成可溶性的Cu NH3 42 硫化氢 硫化氢是能够进入循环水系统中最有害的气体之一 硫化氢会加速铜 钢和合金钢的腐蚀 尤其是加速凝汽器铜合金管的点蚀 2 腐蚀 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 2 影响腐蚀的因素 h 电偶发生连接的两种 或两种以上 的金属或合金 如果彼此的腐蚀电位相差很大 它们再与循环水相接触 就会形成一个腐蚀大电池或电偶而发生电偶腐蚀 i 微生物繁殖沉积其副产物具有腐蚀性 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 3 腐蚀与PH的关系 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 4 腐蚀类型 a 均匀腐蚀对碳钢而言 均匀腐蚀主要发生在低pH的酸性溶液中 b 电偶腐蚀循环水系统中电偶腐蚀的实例之一是换热器中黄铜管和碳钢管或钢制水室之间在循环水中发生的电偶腐蚀 在腐蚀过程中 被加速腐蚀的是很厚的钢制管板或水室 而不是薄的铜管 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 4 腐蚀类型 c 缝隙腐蚀缝隙腐蚀的机理是 缝隙腐蚀的总反应包括金属氧化生成金属离子的阳极过程和水中的溶解氧还原成为氢氧根离子的阴极过程 d 孔蚀孔蚀是破坏性和隐蔽性最大的腐蚀形态之一 它使设备穿孔破坏 而这时的失重仅占整个结构的很小的一部分 孔蚀特别有害 因为它是一种局部的但是剧烈的腐蚀形态 孔蚀严重的设备会在突然之间发生穿孔以及随之而来的泄漏 对于碳钢而言 孔蚀主要发生在中性的腐蚀性介质中 循环水中大多数孔蚀和卤素离子有关 其中影响最大的是氯离子 溴离子和次氯酸根离子 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 4 腐蚀类型 e 选择性腐蚀循环水系统中最常见的选择性腐蚀是黄铜管的脱锌 f 磨损腐蚀磨损腐蚀的外表特征是 腐蚀的部位呈槽 沟 波纹和山谷形 还常常显示有方向性 g 应力腐蚀破裂应力腐蚀破裂的特点是 大部分表面实际上并未遭到破坏 只有一部分细裂纹穿透金属或合金内部 应力腐蚀破裂能在常用的设计应力范围内发生 因此后果严重 应力腐蚀破裂的方向一般与作用应力的方向垂直 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 5 腐蚀危害 a 破坏循环水中的金属材质 b 腐蚀产物沉积在热交换器 c 由于沉积而降低了热交换器的性能 d 设备的泄漏 e 物料侧和水侧的污染 f 水量增多 g 维护和清洗频率增加 h 设备需要修理或更换 i 不定期的停车 2 腐蚀 四 循环水容易发生的问题 6 控制腐蚀的方法 a 使用防腐合金 费用问题b 调整系统的PH 结垢问题c 使用保护涂层 完整性问题d 使用牺牲阳极 需采用锌或镁e 使用化学缓蚀剂 3 淤积 四 循环水容易发生的问题 淤积是固体物质的积累 它对设备运行的影响大于垢的影响 1 常见淤积物悬浮物 淤泥 砂和铁质 脏物和废弃物 物料 如油 腐蚀产物 微生物 填料 过滤料 石灰软化剂 2 影响淤积的因素水的质量 水温 水流速 微生物繁殖 腐蚀 物料泄漏 3 淤积 四 循环水容易发生的问题 3 淤积的影响a 淤积物在循环水热或流速慢的区域沉积 壳程热交换器最易形成淤积 b 沉积会引起腐蚀坑 c 沉积下面会引起细菌大量繁殖 d 金属失效 4 淤积引起的经济问题a 降低工厂的效率 b 减少产量 c 生产计划被延误 d 增加维修的停车次数 e 设备的维修或更换费用增加 f 降低化学缓蚀剂的效果 3 淤积 四 循环水容易发生的问题 5 三种处理淤积的方式 a 阻止 补充水澄清处理 腐蚀 结垢和微生物的高效处理b 减少 增加排放 旁滤c 在线控制 反洗 空气鼓动 真空塔 化学处理 4 微生物繁殖 四 循环水容易发生的问题 循环水成了一些微生物的一个巨大捕集器和培养器 1 细菌a 细菌相当小 和人相比较 细菌就像一粒谷物大小的砂与大楼相比 很小剂量 1ml 的水中含有大量 百万计 的数量 b 细菌的类型 黏质 厌氧菌 铁细菌 亚硝酸菌 反硝化菌 c 产生酸性物质 使PH值降低和引起腐蚀 d 产生大量的铁沉积引起堵塞 e 从氨中产生酸性物质引起PH值下降和增加腐蚀 f 形成黏的细菌斑导致热交换能力差 g 细菌的两种表现形式 浮游生物 漂浮在水中的细菌 及固定粘附 细菌附在设备表面 4 微生物繁殖 四 循环水容易发生的问题 2 藻类a 生长需要阳光 b 在塔板或暴露的地方繁殖 c 形成真菌毯 d 堵塞塔板的分水孔 e 堵塞设备 f 消耗氧气 g 为其它有机生物提供营养 3 真菌a 以木质纤维中的碳为营养 b 导致不稳定因素是表面或内部的冷却塔木质腐败 深度腐败 c 使塔结构的稳定性破坏 4 微生物繁殖 四 循环水容易发生的问题 4 影响微生物繁殖的因素a 微生物来源 空气或补充水 b 循环水提供了很好的微生物繁殖场所 5 控制微生物繁殖的方法a 水的品质 减少有机物含量 营养 b 系统设计考虑 清洁的基座及塑料盖板 c 用杀生剂进行化学处理 氧化型杀菌灭藻剂 非氧化型杀菌灭藻剂及粘泥剥离剂 d 加强过滤 6 筛选杀菌灭藻剂注意事项a 药剂的低毒 高效和广谱性 b 与缓蚀阻垢剂的配伍性 c 杀菌灭藻剂的配合使用和交替使用 4 微生物繁殖 四 循环水容易发生的问题 7 优良的循环水杀菌灭藻剂应具备以下特点 a 能有效地控制或杀死范围很广的微生物 细菌 真菌和藻类 特别是形成粘泥的微生物 即它应该是一种广谱的杀生剂 b 它易于分解或被生物降解 理想的杀生剂应该是 一旦它在循环水系统中完成了杀生任务并被排放入环境中后 应该能被水解或生化处理而消失毒性 c 在游离活性氯存在时 具有抗氧化性 以保持其杀生率不受损失 d 在使用浓度下 与循环水中的缓蚀阻垢剂能彼此相容 e 在循环水系运行的pH范围内有效而不分解 在对付微生物粘泥时具有穿透粘泥和分散或剥离粘泥的能力 1 水的成分水中杂质的组成分为阳离子和阴离子 阳离子分为两大类 Ca2 Mg2 和K Na 阴离子也分为两大类 a OH CO32 HCO3 等称为碱度 b Cl SO42 NO3 等 第四章循环水结垢腐蚀的成因及处理方法 一 水质的简单分类 2 水的类型根据水中阴阳离子的配合不同 可组成不同类型的水质 主要是硬度和碱度的配合 硬度用H来表示 碱度用M来表示 a HM称为非碳酸盐型水c M H称为负硬水 高K Na 低Ca2 Mg2 d M H称为中性盐水 一 水质的简单分类 可用下图来表示 一 水质的简单分类 3 水的PH值同碱度的关系PH 10M OH CO32 HCO3 10 PH 8 3M CO32 HCO3 8 3 PH 4 5M HCO3 一 水质的简单分类 4 总碱度 M 和分碱度 P 的关系P 0HCO3 2PMCO32 2 M P OH 2P MP MOH 如 我们测得水的碱度 M碱度为5mmol L P碱度为1mmol L 那么水中CO32 含量为2mmol L HCO3 含量为5 2mmol L 3mmol L 虽然循环水中的Ca2 Mg2 盐的析出是受补充水的水质和浓缩倍数而决定的 但PH值可改变碳酸盐碱度的形式和数量 因此循环水的结垢倾向是可由PH值来调整的 溶于水的Ca HCO3 2和CaCO3有如下平衡关系 二 PH值同结垢倾向的关系 1 碳酸钙碳酸钙是循环水中最常见的水垢 平常称之为硬垢 它主要来自补充水的溶解盐 主要是Ca HCO3 2 在循环水的运行中受热分解成CO2和CaCO3 而CaCO3又是一种难溶性化合物 它的溶度积是2 8 10 9 而且其溶解度随温度升高而降低 这是形成硬垢的主要成份 三 水垢的种类及成因 2 磷酸钙为了抑制系统材质的腐蚀 常常要加入聚磷酸盐来或有机磷酸盐作为缓蚀剂 当水温升高时 会分解为正磷酸盐 分解率因循环水停留的时间而升高约10 40 结果PO43 与Ca2 生成溶解度很低的磷酸钙垢 3 硅酸这是由于水中的SiO2量过高 加上水的硬度较高 生成非常难处理的硅酸钙 镁 硬垢 因此 通常限制循环水中SiO2的含量在150 170mg L之间 但当水中Mg2 大于40mg L时 即使循环水中SiO2含量 150mg L 也仍会生成硅酸镁垢 因此中规定 Mg 以CaCO3 SiO2 15000 35000mg L 三 水垢的种类及成因 4 硫酸钙硫酸钙在98 以下是稳定的二水化合物 其溶解度比碳酸钙大40倍以上 在37 以下 随温度升高而溶解度增大 但在37 以上则相反 随温度升高而降低 一般水中不会生成硫酸钙垢 但硫酸根浓度过大时也会产生硫酸钙垢 而且会促进腐蚀 当循环水中某盐类离子物质的量浓度乘积大于溶度积时 为过饱和溶液 过饱和时 就会发生水垢沉积 达到过饱和主要有以下因素造成 四 水垢的形成条件 a 浓缩倍数的提高 b 循环水温度升高 使部分难溶性盐溶解度下降 形成垢盐析出沉积 c 由于碳酸氢盐是一种不稳定的盐类 其在换热器表面受热会分解成为碳酸盐和CO2 而CaCO3溶解度很低 达不到Ca HCO3 2万分之一 因而很容易在换热器表面形成CaCO3垢 1 难溶性 微溶性盐析出与过饱和区难溶式微溶性盐显示不是刚达到饱和浓度就开始析出沉积 而是要超过溶度积若干倍后才开始沉积 刚达到饱和与开始沉积的浓度区域称之为 过饱和区 或 介稳区 五 水垢的处理方法 2 影响 介稳区 的因素影响 介稳区 大小的因素很多 a 盐类的溶解度过低 介稳区越宽 b 温度低时介稳区宽 温度高时介稳区窄 c 水中杂质多 使介稳区变窄 结晶析出快 d 在水中投加水处理剂的目的就是使介稳区变宽 水处理剂能稳定或干扰晶体增长 或使晶体结构变形 使晶体变得疏松膨胀 易被水冲走或已结晶的颗粒处于分散状态 这就相对地增大了致垢物的溶解度 使其不易析出沉淀 CaCO3是循环水中最常见 危害最大的水垢 但CaCO3膜对金属又有一定的保护作用 循环水中CaCO3含量过低会使金属腐蚀 根据CaCO3的溶解平衡计算CaCO3的饱和PH值 PHS 来判断循环水结垢或腐蚀倾向的方法有以下几种 六 结垢趋势的判断 1 饱和指数又称朗格利尔指数 PH PHS 0 5 2 5稳定PH PHS2 5结垢 2 稳定指数又称雷兹纳指数雷兹纳提出经验公式S 2pHS PH来代替饱和指数 S7 5严重腐蚀 3 临界PH值 pHe 结垢指数pHe是CaCO3实际开始沉淀时的pH值 由实验测得pHe 考虑了过饱和的因素 因此pHe高于pHs 一般pHe pHs 1 7 2 0 pH pHe 0结垢pH pHe 0稳定pH pHe6结垢PSI 6稳定PSI 6腐蚀 六 结垢趋势的判断 4 极限碳酸盐硬度极限碳酸盐硬度是循环水不产生碳酸盐沉淀时最大的碳酸盐硬度值 此值由试验求得 5 不加水处理剂极限碳酸盐硬度判断方法a 经过定量滤纸过滤后的硬度不再增加 而有所降低 b 由Cl 酸的浓缩倍数同Ca2 算得浓缩倍数比值不再是1 而升高5 10 c 出现分碱度 p 时的PH值升高到8 3 8 4 d 过滤后水的M比未过滤的水样低0 05mmol l PHe 1 4651gM 7 03M 总碱度mmol le PHs简易试验方法 取100mlH20 加10gCaCO3粉末 AR 摇晃5分钟 于室温下静止放置24小时 测得PH值就是PHs 六 结垢趋势的判断 1 凡能控制产生泥垢和水垢的药剂称之为阻垢剂 七 阻垢剂 2 阻垢剂在水中有一定的有效期 随着时间的推移 阻垢剂的一些成分会发生水解 分解或其它化学作用 降低阻垢剂的作用 因此随着补充水 要加入阻垢剂 便是维护水中有效物浓度 3 阻垢剂的官能团对水垢成分 阳离子具有螯合力 封锁阳离子 抑制其与阴离子的反应而防止结垢 同时 阻垢剂对晶核和晶体的活性点有特殊吸附能力 抑制其生长 故只需投加较低浓度就能显示出效果 阻垢剂的这种化学计算当量作用 称为低限效应 4 无机垢的形成过程可分为下面3个步骤 a 形成过饱和溶液 b 生成晶核 c 晶核成长 形成晶体 七 阻垢剂 5 阻垢剂干扰晶体生长的机理有如下几种说法 a 螯合增溶作用b 晶格畸变作用c 吸附与分散作用 1 腐蚀原因a 碳钢金属表面的不均匀性b 氧的去极化作用碳钢在水中由于形成微电池而引起腐蚀 其腐蚀过程可以用下图作简单的示意 如下 八 缓蚀剂 阳极过程 Fe Fe2 2e阴极过程 O2 2H2O 4e 4OH 在水中 Fe2 2OH Fe OH 2 2 腐蚀控制方法 1 防止碳钢腐蚀的方法很多 但在循环水中 最常用的是投加缓蚀剂 2 在循环水中 投入少许药剂 一般以mg L为计量单位 即能使碳钢腐蚀速率大为降低 甚至接近停止 这种药剂称为缓蚀剂 又称腐蚀抑制剂 3 根据缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部位分为阳极型缓蚀剂 阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂 4 根据药剂能使金属表面形成各种不同的膜 可分为氧化膜型 沉淀膜型和吸附膜型 5 缓蚀剂的浓度 介质的温度 pH和流速都会影响缓蚀剂的使用效果 八 缓蚀剂 长期的实践和试验研究告诉我们 循环水中的腐蚀 结垢和微生物的生长与循环水的化学组成和物理化学性质有着密切的关系 由于补充水的水源不同 它们的组成往往随季节而变化 第五章循环水日常运行中的水质监测与控制 一 监测与控制的项目 1 循环水运行pH值的控制 一 监测与控制的项目 循环水运行时的PH值通常被控制在7 0 9 3之间 pH 7 0 9 3范围的水大体上属中性或弱碱性的范围 一般地讲 在上述pH值范围内 循环水的腐蚀随pH值上升而下降 当前循环水的处理方案多数是弱碱处理 2 悬浮物与浊度 循环水中的悬浮物通常由砂子 尘埃 淤泥 粘土 腐蚀产物和微生物组成 容易在换热器的水室和壳程一侧的折流板下部 形成淤泥从而影响换热器的冷却效果和造成垢下腐蚀 在一般情况下 应控制循环水的悬浮物或浊度不大于20mg l 当使用板式 翅片管式或螺旋板式换热器时 悬浮物或浊度不应大于5mg l 3 盐量高 一 监测与控制的项目 含盐量是指循环水中溶解盐类的总浓度 含盐量是衡量水质好坏的一个重要指标 单位mg l 电导率同含盐量的关系是 25 LgIDS 1 006Lgk 0 125 适用于IDS 500 5000mg l 式中IDS为含盐量 mg l K为电导率 us cm 4 碱度 循环水的碱度分为总碱度 M 和酚酞碱度 P M碱度又称为甲基橙碱度 M碱度是表征循环水中产生碳酸盐垢的成垢阴离子数量和结垢倾向的一个重要参数 控制值一般根据所投加药剂的品种配方及工况条件来决定 5 硫酸根浓度 一 监测与控制的项目 SO42也是一种腐蚀性离子 硫酸根还是腐蚀性细菌 硫酸盐还原菌生命活动中不可缺少的物质 硫酸根还可以与水中的钙离子生成硫酸钙垢 因此需要对它进行监测 控制 控制水中SO42 Cl 1500mg l 6 氯离子的浓度 Cl 是一种腐蚀性离子 它能破坏碳钢 不锈钢和铝等金属表面的钝化膜 引起金属的点蚀 缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂 对其应进行监测 控制 对不锈钢换热设备中 Cl 浓度不宜大于500mg l 对碳钢换热设备中 Cl 浓度不宜大于1000mg l 7 铜离子的控制 一 监测与控制的项目 控制循环水中铜离子不宜大于0 1mg l 特别是电力系统对此要严加控制 一般控制在50ug L以下 8 总铁 Fe2 Fe3 的控制 循环水中总铁的浓度作为估计钢铁设备的腐蚀情况的好坏 循环水中总铁浓度 0 5mg L时为正常 总铁浓度为0 5 1 0mg L时为过高 而总铁浓度 1 0mg L时为腐蚀的信号 循环水中总铁含量一般不宜大于1 0mg L 9 浓缩倍数的控制 一 监测与控制的项目 提高浓缩倍数可以降低补水量 节约用水 提高浓缩倍数可降低用药量 减少水处理成本 但提高浓缩倍数又会增加循环水结垢和腐蚀的倾向 因此根据水质状况 运行条件及水处理剂性能 控制一定的浓缩倍数是十分重要的 控制数值要根据水质及水处理剂性能而定 10 钙离子的控制 循环水中Ca2 的控制量要根据碳酸盐硬度值来控制 所用的水处理剂不同 控制指标也不同 1 碱度与pH值超标 二 循环水运行数据超标处理措施 2 铜离子超标 补加铜缓蚀剂 3 总铁超标 a 增加除氧剂 b 加碳钢缓蚀剂 c 若是垢下腐蚀需增加杀菌灭藻剂 粘泥剥离剂使用量 4 出现结垢倾向 a 适量的加H2SO4进行处理 b 适当降低循环水的PH值进行不停机清洗 c 改变药剂配方 d 降低浓缩倍数 a 加适量的H2SO4进行处理 b 加大排污 增加补水量 大中型循环水应采用连续加药的方式 小型循环水系统如无条件 可采用间断加药 即每班或每日加1 2次 可采取定时定量的加药方式 采用间断排污时 应在排污之后加药 三 加药方式 四 加药位置 药剂加入循环水池 其位置以保证混合均匀为原则 避免靠近排污口 以免药剂不进循环系统就被排走 应保证药剂在池中有充分混合的时间 加药点要避免靠近某一台泵 以防止药剂分布不均 大中型循环水应采用连续加药的方式 小型循环水系统如无条件 可采用间断加药 即每班或每日加1 2次 可采取定时定量的加药方式 采用间断排污时 应在排污之后加药 五 缓蚀阻垢剂加药公式 六 补药公式 k 加药损失系数 一般取1 0 1 3 循环水中药剂总磷控制为 3 0mg l属于低磷产品处理技术 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 1 低磷处理技术的优势 君正化工生产装置配套有两套循环水系统 聚合循环水及公用循环水 针对生产装置工艺特点和循环水水质条件 提出低磷处理技术方案 1 处理效果明显 尤其是缓蚀效果 相对于中高磷产品处理技术 材质腐蚀率明显降低 更能延长设备的使用寿命 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 1 低磷处理技术的优势 2 明显减少杀菌灭藻 粘泥剥离的处理难度 从根本上抑制菌藻粘泥的繁殖 彻底切断菌藻的营养源 3 避免产生磷酸钙沉积 避免系统换热效果降低 4 使循环水排放无限制 排放水完全符合国家污水排放二级标准 5 低磷处理技术代表了水处理技术的未来发展趋势 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 2 系统工况条件及水质条件 1 工况条件 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 2 系统工况条件及水质条件 2 水质条件厂方提供系统补充水水质化验数据 摘录如下 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 2 系统工况条件及水质条件 从分析结果可以看出 系统补充水属于高硬 高碱 高氯及高pH的典型 四高 水质 水质特征表现为结垢腐蚀型 另外 还有母液水回用循环水 导致补充水的复杂性 浓缩运行后 主要表现为结垢趋势 同时伴随着腐蚀性离子 如氯离子 的点蚀及母液水的腐蚀 另外也容易发生因结垢所导致的垢下腐蚀 为了有效抑制该水使用过程中的危害 一方面要严格控制循环水系统运行浓缩倍数 不要超过水处理药剂的处理极限 另一方面要筛选适合该水质的产品 根据循环水计算软件和多年处理经验 循环水目前运行浓缩倍数最好维持在2 0 3 0之间 这是该类型水质最佳的技术经济性运行状态 对于我厂该类型水质 循环水缓蚀阻垢剂总磷浓度控制不要太高 否则容易产生药垢 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 1 水处理思路循环水系统 随着冷却塔蒸发浓缩 重碳酸盐 Cl SO42 Ca2 Mg2 均相应增加 假如不采取投加水处理药剂保护的措施 一方面成垢离子 Ca2 Mg2 HCO3 等离子 会在换热器的传热表面形成硬垢 影响换热效率 甚至堵塞管道 严重时导致停车事故的发生 另一方面水中的腐蚀性离子 Cl SO42 等 以及溶解氧的存在会造成管道 换热设备的腐蚀穿孔 影响设备的正常运行 直接缩短设备的使用寿命 另外 由于循环水系统的运行条件特别适宜于菌藻粘泥的生长 会对设备及管线产生微生物腐蚀和软垢 同样威胁循环冷却水系统的安全运行 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 1 水处理思路循环水系统 随着冷却塔蒸发浓缩 重碳酸盐 Cl SO42 Ca2 Mg2 均相应增加 假如不采取投加水处理药剂保护的措施 一方面成垢离子 Ca2 Mg2 HCO3 等离子 会在换热器的传热表面形成硬垢 影响换热效率 甚至堵塞管道 严重时导致停车事故的发生 另一方面水中的腐蚀性离子 Cl SO42 等 以及溶解氧的存在会造成管道 换热设备的腐蚀穿孔 影响设备的正常运行 直接缩短设备的使用寿命 另外 由于循环水系统的运行条件特别适宜于菌藻粘泥的生长 会对设备及管线产生微生物腐蚀和软垢 同样威胁循环冷却水系统的安全运行 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 我们的 水处理 就是要消除上述三大危害 保证循环水系统长周期安全运行 我厂补充水为西北地下水 属于典型的高硬 高碱 高氯及高pH的典型 四高水质 浓缩运行后 主要表现为结垢趋势 同时伴随着腐蚀性离子 如氯离子 的点蚀 另外也易发生因结垢所导致的垢下腐蚀 因此在确定水处理药剂及配套控制条件上一定要严格控制结垢 同时兼顾缓蚀 而且要有效控制水中的浊度物质 加强药剂的分散性能 另外也要控制菌藻粘泥的滋生 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 2 循环水日常运行低磷处理技术a 加药量及加药方式 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 b 杀菌灭藻剂的加药频率 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 c 水质控制指标 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 d 分析监测项目及频率 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 e 意外情况的处理方法 浓缩倍数 浊度 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 3 低磷处理技术方案 e 意外情况的处理方法 物料泄漏 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 4 技术服务承诺 1 切实有效的水处理技术方案 2 对水处理相关人员进行技术培训 提供相关培训资料 3 协助厂方建立系统运行效果监测方法 4 具备水质检测能力 定期向厂方通报水质状况 5 如有沉积物 及时取样化验并出具分析报告及处理措施 6 协助厂方人员 优化循环水系统的运行浓缩倍数 7 及时了解与水处理相关的生产变化情况及对生产的影响情况 及早作出预测和改进 8 每季度总结水处理阶段状况 必要时调整处理方案 根据实际情况及时对水处理方案进行修改和完善 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 4 技术服务承诺 9 预见水系统中可能出现的问题并采取预防性措施 如季节变化等不可抗力影响水质等 及时提供循环水系统的应急服务 10 定期维护 保养 检修水处理加药设备并保证其正常运行 11 免费指导循环水系统的清洗预膜处理 12 派技术专家与厂方技术和管理人员交流 解决系统的疑难问题 优化水系统运行状况 13 检修期间由双方选定部位进行检测 外观上不应有明显的腐蚀 结垢产物 14 保证各水系统的水处理效果满足生产要求 15 有义务在水处理过程中采用新技术 并合理地利用水资源 以达到环保 节能 降耗的目的 16 如在技术处理过程中提出更优化方案 请厂方给予关注和肯定 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 5 保障措施 a 了解现场药剂库存量 系统有意外跑水时 及时追加药剂 b 系统运行情况和补水条件发生变化时 我们及时开展试验研究 对药剂配方重新进行筛选 十个工作日内提供适合系统的药剂 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 6 水质恶化应急预案 考虑到循环水系统属于动态平衡 极易因意外情况导致系统产生较大波动 据此建立如下应急水质恶化处理方案 a 系统遭受轻微污染时 原则上我们不考虑大量补排水操作 b 系统遭受严重污染时 建议厂方起动补排水置换操作 同时配合投加特殊化学品 以抑制水质的恶化 c 由于生产工艺或补水变化导致的循环水水质较大范围的波动 我们及时跟踪这一情况并相应调整产品品种及使用方法 七 实例 PVC循环水化学处理技术方案 7 水处理效果监测指标参见国标 GB50050 2007 八 水处理效果监测指标参见国标 GB50050 2007 九 其他日常监测 1 常规检查 1 监测挂片腐蚀和粘泥附着情况 2 冷却塔池及塔壁菌藻粘泥滋生情况 3 缓蚀阻垢剂加药情况 4 杀菌灭藻剂使用情况 5 现场加药设备和旁滤设备工作情况 6 水质变化情况 2 记录数据和日常报告应将循环水系统日常运行操作及分析数据做好记录 并保持原始记录数据的完整性 实行专业归档 专人管理 这些都是现场水处理调节的主要依据 十 排污费用说明 采用低磷处理技术 循环水中总磷控制2 3ppm 以PO43 计 符合国家二极排放标准要求 企业无须交纳排污费 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 以循环水量10000m3 h 运行浓缩倍数2 0循环水为例 节约的排污费见下表 十一 水处理效果监测方法 1 新试片处理a 在化学纯 分析纯 无水乙醇 50mL 10片 中用脱脂棉擦片两遍 b 置与静滤纸上 冷风吹干 c 用滤纸包好 置于干燥器中 24小时后称重待用 污水综合排放标准 GB878 1996 的规定 十一 水处理效果监测方法 2 现场监测后试片处理 1 碳钢试片处理程序 a 刮去试片表面大部分污垢和腐蚀产物 并用大量自来水冲洗试片 b 将试片放入盐酸溶液 配制方法 盐酸500mL 六次甲基四胺40g 加蒸馏水至1L 直到除净污垢和腐蚀产物为止 这一操作过程可配合使用脱脂棉去除腐蚀产物 c 用80g L氢氧化钠溶液中和后 再用自来水冲洗干净 最后再用蒸馏水冲洗干净 d 将试片放入无水乙醇中浸泡1 2min e 取出后及时吹干 放在干燥器中1h后称重 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十一 水处理效果监测方法 2 现场监测后试片处理 2 不锈钢试片处理程序a 操作步骤同 一 1 但盐酸溶液改用硝酸溶液 配制方法 硝酸100mL 加蒸馏水至1L 并在60 下浸泡20min b 其他操作步骤同上 3 铜及铜合金试片处理程序a 操作步骤同2 1 1 但盐酸溶液改用硫酸溶液 配制方法 硫酸100mL 加蒸馏水至1L 并在室温下浸泡1 3min b 其他操作步骤同上 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十一 水处理效果监测方法 3 试片腐蚀率计算试片腐蚀率 mm 年 w 试片腐蚀后减少的质量 g A 试片表面面积 一般为28 00cm2 T 试验时间 h 小时 试片金属密度 g cm3 碳钢7 85 不锈钢7 92 铜合金8 5 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十一 水处理效果监测方法 4 粘附速率的计算以mg cm2 月表示的污垢沉积率 mcm 按下式计算 G2 试验管试验后的质量 mg G3 试片或试验管去除污垢后的质量 mg A 试片或试验管表面的面积 cm2 T 试验时间 d 天 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十二 垢样溶解特性试验方法 1 把垢物置于热水中 如果垢有崩解 溶解现象 表明垢中有较易溶解的盐类 2 如果所取的垢物在热水中无溶解 崩解现象或有部分不溶物 则置于3 的盐酸中 如果在室温下迅速溶解 而且有大量气泡产生 则是碳酸钙垢 其中也含少量氢氧化镁 如果垢末全部溶解 残渣为白色 则可能是有硅酸盐垢或硫酸盐垢 如果残渣为黑褐色 且溶液带有浅黄色则是含铁 3 如果所取的垢物在3 的室温盐酸中溶解较慢 无气泡产生 或冒泡较少 则是磷酸盐垢 这种垢在6 的盐酸中常温下溶解较快 加热到50 以上可快速溶解 由于垢中常有一定量的腐蚀产物 溶液常带有淡黄绿色 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十二 垢样溶解特性试验方法 4 如果垢呈黑褐色或红褐色 其密度较大 手感沉重 时是铁的氧化物 其密度是一般垢的一倍以上 这种垢常含有一定量的铜 含铜量高时可看到铜的金属光泽 这种垢在热的6 盐酸中溶解速度仍较慢 溶液颜色为黄绿 倾出少量溶液加入10 氨水可产生棕色的氢氧化铁沉淀 如果含铜则在过量的氨水作用下 溶液呈铜氨络离子特有的蓝色 5 为确认在盐酸中难溶的成分 可进一步做溶解特性试验 如果残渣为红褐色 加热及加少量硝酸易溶的是氧化铁 如果是白色残渣 在3 氢氟酸中可溶的是硅酸盐 如果是白色残渣 置于1 的氯化钡溶液中可溶 且溶液混浊 产生白色沉淀的是硫酸钙垢 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十三 缓蚀阻垢剂发展简史 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 十四 系统泄漏处理预案 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 化工企业经常会因种种因素出现泄漏 造成冷却水处理困难 甚而导致生产装置的非计划性停车 故当系统出现泄漏时需要储备紧急处理方案 将泄漏所造成的危害降至最低点 且能维持生产装置的正常运行 并使装置运转到必要的计划检修时间 a 泄漏物提供微生物大量养分 造成微生物大量繁殖产生微生物污垢 粘泥 b 容易吸附水中悬浮固体 造成沉淀 形成沉积物 c 微生物粘泥 污垢和沉积物的产生 将降低热交换器的换热效率 严重时可堵塞热交换器和冷却塔分水孔及散水孔 增加沉积物下腐蚀 降低冷却塔的冷却效率 增加水处理药剂的用量甚至导致停产 1 泄漏物所造成的危害与影响 十四 系统泄漏处理预案 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 a 杀菌灭藻剂剂消耗量增加b 细菌总数增加c 水质恶化 颜色 浊度增加d 水塔有异味或浮油e 水中浊度增加 若有上述征兆 需对可疑的热交换器的进口 出口水样进行分析和生产工艺的运行情况检查 水样分析主要检测下列各项指标 找出泄漏点 a 浊度 b pH c 余氯 d 细菌总数 e 粘泥 3 查找漏点 2 物料泄漏时现象 十四 系统泄漏处理预案 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 a 立即发现泄漏征兆 并找到泄漏点 b 不能立即发现泄漏点 系统仍泄漏中 c 经过一段时间发现泄漏点 可以停止泄漏 d 经过一段时间发现泄漏点 但由于客观因素限制无法停止泄漏 针对循环水物料泄漏上述四种不同情况 我们要区别对待 一方面在特殊化学品的使用品种上需相应调整 另一方面在具体使用浓度及维持时间 投加次序上进行针对性专项研究 另外也需对由于物料泄漏而大量滋生的粘泥进行控制 需在一定长的时间内逐渐处理 4 泄漏发生时各种可能状况及应变措施 十五 循环水工况条件计算书 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 R 循环水量 m3 h T 循环水温差 K 季节系数 夏季 0 7 0 9 冬季 0 5 0 7 1 蒸发损失E 公式 1 B的大小 由需要控制的浓缩倍数 K 和冷却塔的蒸发量 E 来确定 2 风吹损失F 3 排污损失B F 0 2 0 5 R 十五 循环水工况条件计算书 污水综合排放标准 GB8978 1996 的规定 4 渗透损失D 在考虑补充水量时 应视系统具体情况而定 当系统中管道连接紧密 不发生泄漏时 则D 0 当冷却塔收水器效果较好时 风吹损失F很小 如略去不计 则 B 公式 2 因此循环水系统运行时 只要知道了系统中循环水量R和浓缩倍数K 就可以估算出蒸发量E 排污水量B以及补充水量M等操作参数 控制好这些参数 循环水系统的运行也就能正常运行 由上述一些关系还可以看出 在一定的系统中 只要改变补充水量或排污水量 就可以改变循环水系统的浓缩倍数 1 循环水水质 第六章循环水处理不当的危害及经济性分析 一 循环水处理不当的危害 对占工业用水的80 以上的循环水水质要求 基本上是大同小异的 对循环水水质处理要求是较严格的 设计时虽然已采取了加大换热器面积 增加备用设备及提高设备腐蚀裕度等措施 但仍然不能解决稳定生产的要求 表现在生产中则是 2 循环水处理不当的危害 一 循环水处理不当的危害 1 循环水系统用水量不断增加 2 检修频繁 生产周期缩短 产量长期达不到设计水平 有些工厂的换热器设备不是被垢堵塞了 就是换热管被穿孔腐蚀 经常需要检修 3 设备寿命降低 一般来讲换热器设备的使用寿命为7 8年左右 如处理不当 则寿命大大降低 有的工厂不到半年就出现腐蚀穿孔 循环水处理不当所带来的危害概括起来是 造成结垢和污垢沉积 带来热交换效率降低 管道堵塞 阻力增加 通水能力降低 动力消耗增加 检修频繁 造成腐蚀会导致缩短设备使用寿命 影响工厂稳定 安全生产 2 循环水处理不当的危害 二 循环水处理不当的经济性分析 现代化的工厂 由于设备能力大 换热器的传热系数大 换热管的管壁厚 一般是2mm 有的甚至1mm 设备腐蚀裕度小 自动化水平高 连续生产强等特点 如果某一台设备发生故障 会引起全厂性停车 某一台设备传热效率下降也会引起整个工厂产量的降低 因此对循环水水质处理的要求也越加严格 应引起设计部门 工厂 特别是管理部门领导的高度重视 现代工厂一般水冷器在未进行循环水化学处理时其寿命为2年左右 循环水处理得当可达7 8年 检修费用可降低90 左右 据一个小型化工厂的统计 由此节约的检修费用可达50万元 二 循环水处理不当的经济性分析 水处理技术保证了换热设备的高效运行 可实现生产满负荷运转 如北京燕山向阳化工厂水处理换热器结垢严重 处理后实现了满负荷生产运行 增加了产量 月增收利润171 9万元 又如山西维尼纶厂水处理前由于结垢 使原料不能回收 运行3个月就要停车 工厂处于亏损状态 处理后由于回收了原料 生产可维持一年不停车的运行 扭转了亏损 并增收利润180万元 循环水处理不当 对换热器的腐蚀也是相当严重的 在70年代中期引进13套大化肥厂 由于对循环水化学处理认识不足 重视不够 好几个厂运行不到半年就出现换热器腐蚀穿孔 被迫停车检修 30万吨 年合成氨的大化肥厂 一天就是1000吨氨 1600吨尿素的产量 年产30万吨乙烯 停产一天净利税就损失400 500万元 另外还有检修费用和原材料消耗费用等 二 循环水处理不当的经济性分析 有人曾做过这样的统计 就是循环水处理不当的检修费 是循环水处理得当药剂费加检修费的6 7倍 这仅仅是检修费与药剂费的比较 还未计算停工损失等费用 因此搞好循环水的化学处理 对工厂的经济效益是有利的 对工厂长周期 满负荷的安全稳定生产都是有利的 1 GB50050 95 有关清洗预膜的规定 1 循环冷却水系统开车前 应进行清洗