循环水经济运行浅析.doc

循环冷却水经济运行浅析摘要：循环冷却水处理的任务是消除或减少系统中产生的结垢、腐蚀、生物粘泥的危害，使系统经济可靠运行。通过对循环水日常操作问题的概述，从中找到适合自身循环水的稳定的控制。关键词：循环冷却水 温度 水质 杀菌剂1.循环冷却水系统简介以水作为冷却介质，并循环使用的一种冷却水系统。主要由冷却设备、水泵和管道组成。冷水流过需要降温的生产设备（常称换热设备，如换热器、冷凝器、反应器）后，温度上升，如果即行排放，冷水只用一次（称直流冷却水系统）。使升温冷水流过冷却设备则水温回降，可用泵送回生产设备再次使用，冷水的用量大大降低，常可节约95 以上。冷却水占工业用水量的70 左右，因此，循环冷却水系统起了节约大量工业用水的作用。冷却设备有敞开式和封闭式之分，因而循环冷却水系统也分为敞开式和封闭式两类。定州天鹭循环水系统采用的是敞开式设计，其设计和运行较为复杂。敞开式：冷却设备为冷却塔，都主要依靠水的蒸发降低水温。凉水塔是用空气以直接接触方式使热水冷却的设备。凉水塔内发生的冷却过程遵循水对空气增湿的原理。在工厂中，为了节约用水和控制水质,把使用后已变热的冷却水(热水)进行冷却然后循环使用,而凉水塔则是最常用的热水冷却设备。在逆流操作的凉水塔内,热水从塔顶淋下，与上升的空气进行热量传递和质量传递。在塔的上部，一般热水的温度和相应的平衡水汽分压都较高，热量和质量由热水传给空气。在塔的下部，水温降到气温以下，但比空气湿球温度高，这时由于空气仍是不饱和状态，水继续汽化为水蒸气使空气增湿，进行质量传递，其所需的汽化热，部分由空气传热给水流进行热量传递，不足部分的热由水本身温降提供，因此水温可继续降低。当塔高足够时，水温可能接近的极限是进口空气的湿球温度。凉水塔内装有填料，以增加水与空气的接触表面积。2.循环水日常操作问题及解决方法2.1温度高循环水冷却效果不好，上水温度高，除了与环境温度有关外还要从设备上考虑，通常解决方法有以下几点：（1）降低周围环境温度，即增加空气流动；（2）改变风机功率一般不采用；（3）增加排污和补水量：尽量在要求保持循环水池的最低液位时补入新鲜水，这样可以有效的利用有限的水资源，达到最高利用率；排污管路从循环水回水管路上接的两条管路，一路排污到雨水井，一路排污至消防蓄水池加以重复利用；（4）检查凉水塔：先检查填料是否干净和有没有粘泥，如果填料脏的话，冷却效果就会下降，另外喷头和收水器是否完好也是重要因素，如果填料和喷头没有问题就只能改成大的冷却塔了，这样效果最好，如果填料和喷头有问题，更换后效果就会变好；（5）再开启一台循环水泵，加大冷却水流量；（6）及时更换和维修坏的收水器、喷头，保证冷却塔的冷却效果最佳；（7）及时的紧固螺栓有利于调整风机在最佳状态，从最基本的操作和设备维护上达到较好的降温效果。2.2循环水水质的控制在敞开式系统中，因水流与大气接触，灰尘、微生物等进入循环水；此外，二氧化碳的逸散和换热设备中物料的泄漏；也改变循环水的水质。为此，循环冷却水常需处理，包括沉积物控制、腐蚀控制和微生物控制。处理方法的确定常与补给水的水量和水质相关，与生产设备的性能也有关。2.2.1浓缩倍数水处理知识中有一个很重要的概念浓缩倍数。我们知道，一个开放循环冷却水系统中，主要是靠水分蒸发，向大气传递、散发热量达到降低冷却水温的目的的。这部分蒸发掉的水从理论上是纯净的水，是不含各种杂质和离子的。系统的循环水蒸发一部分之后，系统中的保有水量就会越来越少，这时候就需要补充水量。我们用地下水作为补充水，水中含有大量的杂质和各种离子，随着系统一方面不断蒸发不含杂质的纯净水，另一方面不断补充含有杂质的水，所以系统里面的循环水各种离子含量会越来越浓。对此，我们引进了一个概念即浓缩倍数来表达这个系统水浓缩的程度。浓缩倍数即循环冷却水的含盐浓度与补充水的含盐浓度之比值。系统运行平衡时，从系统排出的盐量等于进入系统的盐量，即1Cri(Qb+Qw)=CmiQm=Cmi(Qe+Qw+Qb)式中，Cri循环冷却水的含盐浓度，mg/l； Cmi补充水的含盐浓度，mg/l； Qm补充水量，m3/h； Qb排污水量，m3/h； Qe蒸发水量，m3/h； Qw风吹损失水量，m3/h。这个公式经常会简化为用某一指标的比值，由河间蓝星化工有限公司提供的加药方案知我们选定氯离子，即浓缩倍数以K表示，K=循环水Cl-/补充水Cl-。我们可以这么理解，如果系统的浓缩倍数是1的话，就相当于你系统里面的水质和补充的水质是一样的，也就意味着你补充进来的水几乎都排掉了。如果浓缩倍数是2的话，就相当于排放的水相当于补充水的1/2；如果浓缩倍数是5的话，就相当于排放的水相当于补充水的1/5。简单的说，浓缩倍数越高，水资源的利用率也就越高。对于循环冷却水系统，浓缩倍数的控制十分重要。除了节约用水，降低运行成本的优势外，在补充水水质稳定的情况下，浓缩倍数稳定能使循环水的水质性能稳定，有利于进行化学处理。在加药方案中要求二期循环水的浓缩倍数在2.5-3.0，K2.5时，补水量80 m3/h；K在3.0左右时，补水量在40 m3/h左右，每小时最少节约补充水40 吨，每天节约960 吨。在保证总磷量在35 mg/L时，K2.5时，缓蚀阻垢剂（25 kg/桶）投加量为45 桶/天；K在3.0左右时，缓蚀阻垢剂每天投加量为34桶，每天节约缓蚀阻垢剂的用量为12桶/天，即每天节约2550 kg。因此提高循环水的浓缩倍数可以降低补充水量，节约水处理药剂的消耗量，降低冷却水处理成本。排污量越小，则补水量越小，得到浓缩倍数越大，达到3.0后继续提高浓缩倍数就目前处理水平而言，增加了对水处理剂、杀菌剂、系统的设施及管理等要求。2.2.2循环水药剂投加控制（1）结垢控制冷却水通过换热器传热表面时，会发生如下反应： Ca2+2HCO3- CaCO3 CO2 十H2OMg2+2HCO3- Mg（OH）2 2CO2同时，冷却水通过冷却塔则相当于一个曝气过程，溶解在水中的CO2会逸出，水的pH值会升高，此时重碳酸盐在碱性条件下会发生如下的反应： Ca（HCO3）2 + 2OH- CaCO3 +2H2O + CO32-当水中溶有氯化钙时，还会发生如下的置换反应：CaCl2 + CO32- CaCO3 + 2Cl-如水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根将与钙离子生成磷酸钙，其反应为：2PO43- +3Ca2+ Ca3（PO4）2上述一系列反应中生成的碳酸钙和磷酸钙均属微溶性盐，它们的溶解度比氯化钙和重碳酸钙要小得多。碳酸钙等水垢从水中析出的过程，就是微溶性盐从溶液中结晶沉淀的一种过程，按结晶动力学观点，认为结晶的过程首先是发生晶核，形成少量的微晶粒，然后这种微小的晶体在溶液中由于热运动（布朗运动）不断地相互碰撞，和金属器壁也不断地进行碰撞，碰撞的结果就提供了晶体生长的机会，使小晶体不断变成了大晶体，也就是说要形成碳酸钙层垢，碳酸钙小晶粒在溶液中必须按一种特有的次序集合或排列才能形成。碳酸钙是盐类，有离子晶格，只有当一分子碳酸钙小晶粒以所带正电荷的Ca2+部分向另有分子碳酸钙小晶粒的带负电荷的CO32-部分碰撞，才能彼此互相结合，形成较大的晶体，若继续不断地按一定的方向碰撞，就形成了覆盖传热表面的垢层。从CaCO3的结晶过程看，投加缓蚀阻垢剂，破坏其结晶增长，就可达到控制水垢形成的目的。二期循环水采用蓝星化工有限公司提供的AX-322缓蚀阻垢剂，本品由有机膦酸、羧酸聚合物及铜缓蚀剂等组成，是一种全有机缓蚀阻垢剂，适用pH范围广。循环水系统正常运行时，按照每天的补水量投加缓蚀阻垢剂，投加量为30-50 g/吨，可根据总磷含量适当调节，一般总磷控制在3-5 mg/l。缓蚀阻垢剂在夏季投加时，通常在夜间排污量减小时投加，确保药剂在水中的浓度，节约药剂，还要及时观测各项指标（总硬等），超过控制指标时，要及时排污和补水。目前投加缓蚀阻垢剂采用人工投加的方式，如果改为加药箱系统自动投加，药剂投加量会比较稳定和持续，但是也要考虑加药系统在冬季运行时的伴热问题，有待于我们进一步的研究。（2）腐蚀控制在循环水系统中加入缓蚀剂（又称腐蚀抑制剂），可使金属的腐蚀受到抑制。缓蚀剂的缓蚀机理可从电化学腐蚀抑制和形成金属保护膜两个角度来看。从电化学腐蚀角度看，缓蚀剂抑制了阳极或阴极过程，在金属表面产生极化作用，使腐蚀电流减少，达到缓蚀作用。从成膜理论角度看，缓蚀剂在金属表面上形成一层难溶的保护膜，阻止了循环水中氧的扩散和金属的溶解等作用。（3）微生物控制循环冷却水处理除解决腐蚀控制、结垢控制外，第三个问题是水中的微生物控制。A、细菌中的产黏泥细菌是冷却水中最多的有害细菌，在水中它产生一种胶状、黏性的附着力较强的沉积物，这一些沉积物覆盖金属表面，降低了冷却效果，又阻止了阻垢剂和缓蚀剂在金属表面的阻垢、缓蚀作用，形成了沉积物下腐蚀。细菌中的铁沉积细菌在含铁的水中生长，覆盖在钢铁表面，形成氧浓差腐蚀电池，还从钢铁表面的阳极区除去亚铁离子，使钢铁加快腐蚀。B、真菌，如霉菌、酵母二种，它们能吸附在木质、水池壁和换热器上，使药剂与金属表面无法接触而失效，并能产生沉积物下的腐蚀。C、藻类在向阳面将大量繁殖，形成团状或悬浮在水中、或覆盖在金属表面。换热器中其沉积物的垢下腐蚀，将严重威胁着目标换热器，因此控制微生物是水处理过程中的一个重要环节。常用控制循环水的微生物方法：补充水的前处理，改善补充水水质。经过处理的补充水，不仅可以去除悬浮物，而且可以去除部分细菌，目前补充水为地下水，采用此法，成本费用会提高，目前不予采用； 采用旁滤方法：部分循环水经过旁滤装置，可以除去系统中的悬浮物及藻类，二期循环水采用阿科SPIN-KLIN叠片式全自动反冲洗过滤器，过滤精度为55 m，在循环水泵出口管路上引一部分水送至旁滤，运行时压力在0.35 Mpa左右，有效的降低了循环水的浊度，改善水质，节约补充水，降低药剂使用；投加杀生剂：这是目前抑制微生物的通用方法。通常选用广谱高效、pH值适用范围较广、与冷却水中使用的稳定剂互不干扰、易于降解、药物价格较低及操作方便的杀生剂。现场投加杀菌灭藻剂采用两种交替的方式，可每周交替一次或每月交替一次，投加量为150-200 g/吨水，加入杀菌灭藻剂后，尽量减少排污和补水。氧化型和非氧化型杀菌灭藻剂要交替投加防止产生抗药性，通常氧化型和非氧化型杀生剂应贮存在避光、通风、防潮、防腐的贮存间内2。夏季微生物滋生量大，投加杀菌剂间隔时间短，而冬季投加杀菌剂间隔时间长。加入杀菌灭藻剂后，水质控制指标（总硬、钙硬、浊度等）都会上涨，24-48 h后排污时要根据控制指标调节。2.3循环水泵运行中的问题2.3.1过载（超电流）原因分析：（1）机械磨损（填料紧、磨损等）（2）电机配套功率小处理方法：（1）关小出口，能量损失在阀门（2）降低电机转速，即改变转速（3）切割叶轮，叶轮切割定律：对于某同一型号的离心泵，若对其叶轮的外径进行“切割”，而其他尺寸不变，在叶轮外径的减小变化不超过5 %的情况下，离心泵的性能可近似换算，此时可以根据假设：叶轮外径变化前后，叶轮出口速度三角形相似；叶轮外径变化前后，离心泵的效率不变；叶轮外径变化前后，叶轮出口截面积（Db）基本不变。这样依据离心泵基本方程式可导出以下关系：Q/Q=D2/D2 H/H=(D2/D2)2 N/N=(D2/D2)3式中Q，H，N叶轮外径为D2时泵的性能Q，H，N叶轮外径切割为D2时泵的性能上式只有在叶轮外径变化不大于5 %才适用3。2.3.2水泵汽蚀及解决方法控制泵进口会产生汽蚀，所以一般情况下泵进口阀门是全开的状态。泵吸入口真空度加大，水就会汽化产生气泡，随水打出去，经叶轮加速进入高速区会破裂还原成水，气泡在贴近叶轮时破裂，众多液体质点撞击叶片4，泵在这种状态下长期运转，将导致叶片过早损坏，这种现象称为泵的汽蚀。处理方法：（1）减小流量,即关小出口阀门； （2）减小进口管损； （3）增加液面高度； （4）减小介质的温度。二期循环水在日常操作中首先保证所有泵的进口阀门全开，循环水池液位保证在3.70 m，这样在要求循环水紧急开泵的情况下，能在最短时间内灌好泵排气防止汽蚀的产生。2.3.3水泵断轴（1）疲劳断裂l 前轴承处l S泵叶轮中间处（2）对中度不好而产生l 对中要求：外圆不同心小于0.1 mm； 端面间隙最大差值不小于0.3 mm二期循环水泵在运行过程中未出现过载现象，夏季水温高时通常运行两台循环水泵，满负荷运行，上水量5500-5600 m3/h，冬季长期温度较低时，用水量降低，适当关小出口阀门和回水阀门，既保证了系统压力，用适当降低水量，减少了一次水的补入量。水泵轴承在日常中要注意巡检，观察其变化，防止上述现象的发生。循环水泵在运行中及时的巡检各个项目（轴承、电机、电流等），通常轴承每半个月加一次油，保证其润滑。结论：二期循环水系统设备投入正常运行，我们在日常运行管理中对药剂投加、设备操作、设备维护上进行控制和改进提高循环水经济运行的可行性。（1）药剂投加，在蓝星化工有限公司提供的加药方案中，要求二期循环水的浓缩倍数在2.5-3.0，K2.5时，补水量80 m3/h；K在3.0左右时，补水量在40 m3/h左右，每小时最少节约补充水40 吨，每天节约960 吨。在保证总磷量在35 mg/L时，K2.5时，缓蚀阻垢剂（25 kg/桶）投加量为45 桶/天；K在3.0左右时，缓蚀阻垢剂每天投加量为34桶，每天节约缓蚀阻垢剂的用量为12桶/天，即每天节约2550 kg。因此适当提高循环水的浓缩倍数可以降低补充水量，节约水处理药剂的消耗量，降低冷却水处理成本，这是比较直接的体现经济运行的一方面。杀生剂的投加一般是氧化型和非氧化型交替，目前二期循环水每天投加杀菌灭藻剂AX-310，每两周投加一次AX-307，水质指标控制的比较稳定。（2）设备操作循环水泵，夏季水温高时通常运行两台循环水泵，满负荷运行，上水量为5500-5600 m3/h，冬季长期温度较低时，用水量降低，适当关小出口阀门和回水阀门，既保证了系统压力，用适当降低水量，