空分循环水系统开机前的水质处理.doc

空分循环水系统开机前的水质处理 摘要：本文介绍了新建制氧机循环水系统使用前的水质初次处理步骤及相关数据，并对初次处理的效果进行评价，供同行们鉴见。关键词： 循环水系统 杀菌剥离 清洗 预膜一、前言：对于刚安装完成的新制氧机而言，设备与管道内必然会遗留下各种机械杂质、铁锈及泥砂，并且若管理不善在换热器的表面也会残留部份的浮锈和油污。而空分系需要用水来换热的设备又较多。即有“间冷开式系统”（空压机、氧压机、氮压机、膨胀机），又有”直冷开式系统“（空冷塔）”，加上设备都趋向于集约化、高效化、集成化。故而对水质的要求也就更为苛刻（特别是进口设备）。因此，水质的初期处理也就显得尤为重要。二、系统简介：江西新余钢铁集团有限公司气体厂（以下简称气体厂）循环水系统主要供给设备为空压机、氧压机（杭氧）、氮压机（英格索兰）、空冷塔、膨胀机等。系统循环水量：3800m3/h, 保有水量：1900m3， 补充水量：90 m3/h， 循环率：97.6%，系统组成材料：碳钢，铜，不锈钢。系统设有旁流水全自动无阀过滤器，其处理进水悬浮物为1530mg/L。出水悬浮物5 mg/L。三、处理过程：此次水质处理因为是循环水系统初次运行，故而分三个步骤来进行：1、杀菌剥离，2、清洗，3、预膜。因各单体设备的气体换热器均为高效型换热器，且设备在出厂时换热器已做过预处理。因而，此次水质处理不经过设备本体，只从水系统主管道经旁路管循环。目的为对各水系统管道进行处理，其具体操作过程如下：1、 杀菌剥离杀菌剥离的目的主要是消除在循环水系统设备和管道上的粘泥及部门锈蚀物。1）将系统中水全部置换，导入新鲜水。因系统内水未充分与大气接触。生物粘泥较少，其主要成份为非生物粘泥即：Al2O3和SiO2，故而选用ZT408型粘泥剥离剂，其主要成份为：表面活性剂，氧化剂，分散剂和快速渗透剂及少量的杀菌剂。在投加药剂前，不停的置换循环用水，当水质浊度小于30 NTU时（依各地情况而定，前提为补充水浊度小于30 NTU）。关闭补水阀，并降低系统水位至最低安全水位（节约药剂）。后便可投加ZT408型粘泥剥离剂。该处理过程预计耗时15小时，控制药剂浓度为600mg/L，其间分两次投加药剂，以便进一步观察水质状态。但最终处理结果依据水质浊度不变化为标准。在整个处理过程中每隔2小时分析水中的PH值、钙离子、总硬度、浊度。全方位跟踪水质处理情况。并做好应急准备。以下表1为具体分析数据，以供参考。（以下分析数据取样点均在循环泵出水口处）杀菌剥离时的水质参数： 表 1时间PH值Ca2(mg/L)以CaCO3计总硬度(mg/L)以CaCO3计浊 度NTU备 注(08-09-05)18:007.35921182808-09-0518:30投放ZT408型粘泥剥离剂840Kg。08-09-061:00投放ZT408型粘泥剥离剂300Kg。 20:007.5911412636.6 22:007.9412413848.8(08-09-06) 0:007.8512013652.5 2:007.8212514053.5 4:007.8012314279.0 6:007.65126145125.4 8:007.60125144125.52）从以上水质分析数据可知，循环水在初期投药阶断，水质变化不大。但随着药剂与粘泥发生作用，水中的浊度发生明显变化，并且钙离子和总硬度也略有升高。而且药剂分两次投加，能够更好的观察水质的变化情况。在杀菌剥离的最后价断，水质基本上无变化，特别是浊度，表现的比较稳定。因为可以判定，此次杀菌剥离结束，取得预期效果。2、清洗。清洗的目的是为了彻底的清除设备及管道表面的油垢及软垢，以便让金属表面裸露，为金属表面的预膜提供一洁净的介面。但又要防止金属材料被腐蚀。1）当杀菌剥离结束后，对系统水质进行置换。以便于对管道进行清洗。当水质浊度低于30mg/L时，停止置换，降低系统水位为最低安全水位。然后便可投加清洗剂。此次清洗选用ZT401型清洗剂，内含聚合物，缓蚀剂（硫尿），表面活性剂（渗透剂T），并配用盐酸来调节PH值，盐酸对金属表面的油脂污物和软垢清除率达95%以上。其间控制清洗剂浓度为1000 mg/L,PH值控制在67。此次水质处理因不经设备本体，只通过主管道循环，循环水流经材料均为碳钢，故而盐酸为最佳处理酸液。盐酸能够较好的除去水垢及铁锈等硬垢。其主要作用基理为：氢离子和金属化合物的反应，对垢起到溶解及剥离疏松作用，其化学反应如下：CaCO3 + 2HCl= CaCl2 + H2O + CO2MgCO3 + Mg(OH)2 + 4HCl = 2MgCl2 + 3H2O + CO2FeO + 2HCl = FeCl2+ H2OFe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2OFe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O但盐酸也会腐蚀金属，产生如下化学反应：Fe + 2H+ = Fe2+ + 3H2O故而在清洗剂中含有缓蚀剂（硫尿CN4NS）。硫尿对于阻止盐酸对碳钢的腐蚀效果极佳，因硫尿分子中既有CN键，又有C=S键，可以在金属表面吸附成膜。这样既可以阻止金属溶解，又可以阻止H+放电析出H2。这样可以防止金属在酸洗过程中均匀腐蚀，局部腐蚀和氢脆。硫尿的缓蚀率很高，均在97%以上，且高温下稳定。在200以下不会分解，低毒，易溶于热水。整个清洗过程预计14小时。每二小时监测一次循环水中的PH值，钙离子，总硬度，浊度等。最终判定标准为Ca2+和浊度不再变化为止（一般为浊度3小时不再增长为标准）。整个清洗过程做静态挂片实验，以便监测设备及管道的腐蚀率。在清洗过程中，为防止由污垢和清洗剂及盐酸反应生成的泡沫阻塞管道，应定期投放消泡剂。控制消泡剂浓度为100 mg/L左右。以确保整个循环水系统中无泡沫。以下表2为清洗过程中具体分析数据，以供参考：清洗时水质参数： 表2时间PH值Ca2(mg/L)+CaCO3计 总硬度(mg/L)CaCO3计浊 度NTU备 注(08-09-06)14:00 7.2910210930.008-09-0614:30投放ZT401型清洗剂1400Kg。加工业盐酸100Kg。 16:006.9510612049.0 18:006.9011013156.0 20:006.8611613258.7 22:006.6012013862.5(08-09-07)0:006.48125139110 2:006.40136140145.2 4:006.32144155169.5 6:006.30144156170 8:006.301431551692） 从以上数据可知，当投加清洗剂和盐酸后水中浊度，钙离子，总硬度等明显上升，表明水中的铁锈及软垢已被清洗下来，经14小时运转之后，水中浊度，钙离子，总硬度已趋于稳定。而循环水质PH值则由于加入盐酸的原因开始下降，且在经过14小时之后也趋于稳定，由此可以判定清洗已经结束。3）为了确保设备管道的安全，在清洗的同时投放各种类型的挂片，以监测清洗过程中金属的腐蚀程度，以下为挂片测量参数，以供参考：各种材质腐蚀速率：材质编号试验前质量(g)试验前质量(g)试验时间(h)腐蚀率(g/m2h)A3碳钢168018.172218.1315180.8075不锈钢502020.377620.37745180.002976黄铜300122.505822.5042180.03174根剧清洗时的金属腐蚀率的相关行业标准，我们可知：碳钢为：5 g/m2h，铜、不锈钢为：2 g/m2h。基本上符合规定。但在一些管道的部份位置还是出现了有点蚀的现象，造成这种现象的原因可能是药剂的投放过于集中，在短期内的局部某个位置，PH值已经超标，因而试剂的投放应采取分批少量的方式，以避免局部偏浓的现象出现。3、 预膜当系统清洗完毕后，金属表面暴露，处于活化状态。极易产生腐蚀。加上循环水系统初投运时，因为没有热负荷，浓缩倍数提不上来，水温低。溶解氧含量高，则更容易产生腐蚀。故而必须立即转入预膜阶断。根据对补充水的长期水质分析可知。补水总固体溶解物：115125mg/L,钙硬度:90-110 mg/L(以碳酸钙计),总碱度95-110 mg/L(以碳酸钙计),水温:2737(夏季)、15-25(冬季)。根据碳酸钙经典速算法：PHs=(9.3+0.13+1.82.0)(1.6+2.0)7.537.73而补充水的PH值常年为7.27.30.那么朗格利尔饱和指数为：LaIaPHPHs0.530.23属腐蚀性水质因而预膜对本公司水系统的正常运行尤为重要1）当清洗结束后，将循环系统内的水排尽，然后再进行人工清池。待蓄水池清洗完毕。立即补充新鲜水质，从而转入预膜阶断。不停置换循环系统水质，当系统水质浊度低于30NTU时便可停止置换，将水位降低至最低安全水位，然后便可投加预膜剂。本次预膜选用ZT203预膜剂，内含三聚磷酸钠，七水硫酸锌，预膜时控制药剂浓度为600 mg/L,PH值为67（用盐酸调节），并随时监时测PH、钙离子、浊度。特别需要注意的是水中的钙离子浓度不得低于125 mg/L(以碳酸钙计)，若钙离子浓度偏低，应及时补加氯化钙，以确保形成的保护膜致密、均匀。并且在整个预膜过程中投放挂片以监测预膜效果。在整个预膜过程中每隔3小时分析水中的PH值、钙离子、总硬度、浊度。全方位跟踪预膜情况。并做好应及准备。以下为具体分析数据，以供参考。（以下分析数据取样点均在循环泵出水口处）预膜时水质参数：时间PH值Ca2(mg/L)+以CaCO3计总硬度(mg/L)CaCO3计浊 度NTU备 注(08-09-08)10:007.401081162808-09-0810:30投放ZT203预膜剂950 Kg。11:30加盐酸80Kg,16:30加盐酸80Kg。08-09-094:30加无水氯化钙40 Kg08-09-916:30加ZT203预膜剂200 Kg13:007.1611212438.016:007.1012617445.619:006.8513419648.622:006.7214220652.0(08-09-09)1:006.4813621862.04:006.5212820255.07:006.6715621048.010:006.4013519236.013:006.5412218654.016:006.3813019844.519:006.5412818449.222:006.7214021858.5(08-09-10)1:006.9413220647.24:006.8012619453.67:006.6513019555.010:006.6513119555.22）从以上数据可以得知，整个预膜过程中PH值控制的还是较好，但因外界补充水中的钙离子含量不高，所以在预膜的初期阶段，钙离子始终无法提上来，只有靠人为的补充才行，但补充的效果并不很理想。预膜剂分两批次的加入能够较好的控制预膜的速度，使产生的保护膜能够致密，均匀。速个过程耗时48小时，给予了管道充分的成膜时间，从投放的挂片来看，所形成的保护膜致密，清晰，蓝色光晕较为明显。但在挂片的边缘处还是有部份的金属裸露，并未形成保护膜。这种情况可能是由于钙离子浓度不高所造成的，这在今后的水系统运行初期阶断应引起重视，并根据具体情况加大水系统缓蚀方面的考虑，以便在运行过程中能够修补。四、水质处理的效果及控制标准通过对整个水循环管道的系统处理，在循环管道的内壁表面形成了整洁而又光滑的界面，并附有一层100300( um )均匀致密的磷酸钙保护膜，有利于阻止管道的腐蚀。在循环水开车的初期,特别是冷态时,溶解氧较多,腐蚀率较大,经预膜后可降低设备的初期腐蚀率。通过有关文献可知，进行预膜后的腐蚀速率比未预膜可降代几倍至十几倍之多。对水质而言，因为初期进行了杀菌处理，循环管道内的细菌较少。比较好的建立了冷却水循环运行的初期条件。在日后的正常运行中只须根据细菌测量数据定期的少量的投放杀菌灭藻剂即可。但为了防止在压缩机换热器内部结垢（高效换热器），应保持循环水中含有定量的阻垢缓蚀剂成份（本公司选用的是ZT305C高效环保型阻垢缓蚀剂）,在正常的设备运行中,采用适当的低浓度配方,以维持和修补系统内金属表面形成的保护膜,而且阻止和分散各种成垢离子结垢,达到防腐、防垢和防止微生物生长的目的。以下为：本司水质控制标准：PH：6.89.5 悬浮物15mg/L 总碱度300mg/L（以CaCO3计）Ca2+280mg/L（以CaCO3计） 总硬度300mg/L （以CaCO3计）Cl100mg/L 电导率500us/cm 浓缩倍数：1.82.5 总磷（ZT305C浓度）：23ppm（m/m） 连续性的进行挂片实验，每三个月测量一次，控制要求为：项目指标项目指标碳钢腐蚀率0.070 mm/a细菌总数1.0105不锈钢腐蚀率0.005 mm/a污垢附着量15 mg/m3月铜腐蚀率0.0045mm/a主要设备换热面无结垢物以上指标均等同或低于国家标准。各水管道及设备运行至今，均未发生过水质或腐蚀超标现象，运行较为稳定。五、总结此次水质初期处理总耗时112小时，总体上较好的完成了预期的目标。为循环水系统日后的正常运行打下良好的基础。这次水质初期处理在本厂是第一次进行。在过去循环水系统运行