循环冷却水运用状况
前言：本站为你精心整理了循环冷却水运用状况范文，希望能为你的创作提供参考价值，我们的客服老师可以帮助你提供个性化的参考范文，欢迎咨询。
我国水资源总量占世界水资源总量的7%,居第6位。但人均占有量仅有2400m3,为世界人均水占有量的25%,居世界第119位,是全球13个贫水国之一。我国是一个贫水国家,按国际标准,每人每年水供应量在1000t以下就是缺水国家。目前,中国缺水在千亿立方米以上。不少地区人均水资源已同世界闻名的缺水国家以色列相近。黄土高原地区情况就是这样。我国被列为世界上贫水的国家之一。特别是北方、西部广大地区缺水特别严重。我国东南地区由于地面水资源污染引起水质性缺水情况也很严重。在全国670座大中城市中,有400座城市不同程度地缺水。其中110座城市严重缺水。面对如此缺水的严峻形势,我国工业用水量却浪费惊人。主要是工业用水重复利用率低。工业用水重复利用率只有20%~30%。仅为发达国家的1/3。一般的冷却系统均采用敞开式循环冷却水系统,冷却水用过后不是立即被排放掉,而是收回循环再用。水的再冷是通过冷却塔或其他冷却设备来进行的。由于敞开式循环冷却水系统水的再冷却是通过冷却塔来进行的,因此冷却水在循环过程中要与空气接触,部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉,因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增高。为了维持各种矿物质和离子含量稳定在某一个定值上,必须对系统补充一定量的冷却水(补充水)。并排出一定量的冷却水(排污量)。这种敞开式循环冷却水系统要损失一部分水,但与直流冷却水系统相比,可以节省大量的冷却水,且排污水也相应减少,而且减少系统对外界的热污染。因此不论从节约水资源,还是从经济和保护环境的观点出发,都应设法降低各类工厂的冷却水用量,减少排污水量。工业冷却水占工业用水的80%以上,对冷却水实行循环利用,具有显著的环境效益、经济效益和社会效益。如果循环水平均浓缩倍数由2.2提高到4.0,每1万立方米循环水可以减少70~80m3的循环水补充水。同时还可以减少排放70~80m3的污水。因此,如何提高工业水的重复利用率,并合理、科学地使用工业水就显得极为重要。
2循环水系统中存在的问题
循环冷却水处理,最重要的是解决换热设备的结垢和腐蚀问题。结垢要影响换热效率,多耗能源,影响工艺操作。腐蚀会降低设备使用寿命,并存在安全隐患。
2.1腐蚀
水在冷却塔内和空气充分接触,循环水中的溶解氧得到补充,所以循环冷却水中溶解氧总是饱和的。水中溶解氧是造成金属电化学腐蚀的主要原因,这是冷却水循环使用后易带来的一大问题。
2.2沉积(含水垢及污垢)
水在冷却塔中蒸发,使循环水中盐含量逐渐增加,加上水中二氧化碳在塔中解析逸散,使水中碳酸钙在传热面上结垢析出的倾向增加,这是问题之二。2.3微生物黏泥冷却水和空气接触,吸收了空气中大量的灰尘、泥沙、微生物及孢子,使系统的污泥增加。冷却塔内的光照、适宜的温度、充足的氧和养分都有利于细菌和藻类的生长,从而使系统黏泥增加,在换热器内沉积下来,造成黏泥的危害,这是水循环使用后带来的问题之三。
3产生问题的原因
3.1换热器的材质
根据实践经验,不同材质组合虽然有利于提高换热效率,但带来的电偶腐蚀和水质处理上的难度也是不可忽视的。例如化肥厂的水系统,在碳化塔工段使用铝合金换热水箱,就存在铝管与钢铁连接处的电偶腐蚀问题,循环水也难以回用高碱度废水(铝对Cl-、Na+、K+等耐受能力较弱)。同时,碳化水箱设计为U形管,管径较细,冷却水在其中流速慢,碳化液温度高,易结垢和沉积污垢。
3.2运行工艺的影响
3.2.1水垢附着
在循环冷却水系统中,碳酸氢盐的浓度随蒸发浓缩而增加。当其浓度达到过饱和状态,或经过传热表面水温升高时,会分解生成碳酸盐沉积在传热表面,形成致密的微溶性盐类水垢,其导热性能很差(≤1.6W/(m•K),钢材一般为45W/(m•K))。
3.2.2设备腐蚀
循环冷却水系统中,大量设备是由金属制造,长期使用循环冷却水,会发生腐蚀穿孔。这是由多种因素造成的,主要有:冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀;有害离子(Cl-和SO2-4)引起的腐蚀;微生物(厌氧菌、铁细菌)引起的腐蚀等。从大量垢下腐蚀的情况分析,有两种情况:一种是锈垢。这种垢大多为瘤状,瘤周为黑色,主要是水质pH值偏低,铁细菌和硫酸盐还原菌繁殖的后果;另一类是污垢与金属接触部位细菌繁殖的后果。主要是水的流速慢,换热面上或系统设备上积存杂质和污垢所造成。
3•2•3微生物的滋生与黏泥
在循环水中,由于养分的浓缩,水温升高和日光照射,给细菌藻类的迅速繁殖创造了条件。细菌分泌的黏液使水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物等黏附在一起,形成沉积物附着在传热设备表面,即生物黏泥或软垢。
3•2•4污垢沉积
污垢沉积主要是冷却水流速偏低造成的,特别是夏季水温高,膦系水处理系统微生物黏泥大量滋生,流速慢的地方,紧贴管壁的生物黏泥更减缓了本来就缓慢的水流,结果是恶性循环。提高冷却水流速不利于污垢存留,一般大于0•9m/s的水流,污垢或黏泥难以在循环水系统中管道和设备上附着。
4水质指标
根据装置长周期运行对水质的要求,以及国标《石油化工给水排水水质标准》(SH3099-2000)的规定,循环冷却水水质指标如下。
4•1污垢热阻
所有循环水均存在污垢沉积影响换热的问题。污垢热阻值的规范指标规定为(1•72~3.44)×10-4m2•k/w。由于现行大多是采用磷系配方(包括聚磷和复合配方),其污垢是否附着换热器而影响换热,除了水的流速、流量、药剂浓度外,菌藻微生物繁衍滋生也是重要的因素。当加了杀菌灭藻剂后,微生物黏泥少,污垢就少,换热就好。菌藻微生物随时都在繁殖,污垢热阻值也在不断变动之中。所以,污垢热阻这一指标难以准确反映实际情况,很多流于形式。
4•2悬浮物和浊度
其允许值低于或等于30mg/L。由于新鲜水水质问题或者旁滤池的运行情况不好以及微生物的繁衍滋生等原因,造成循环冷却水的悬浮物和浊度经常超标。
4•3pH值
指标为8•0~8•6。根据实践运行情况,循环冷却水在较高pH值条件下运行,可有效防治系统腐蚀。优良的药剂与垢离子络合成不溶物,在旁流处理或沉积池中沉积而不断与循环水分离,循环水的碱度和pH值不仅不会随循环水的浓缩而提高,反而会降低或平衡在一个相对稳定的范围内。
4•4碱度
指标为≤500mg/L。使用磷系的最高允许指标为500mg/L,一般动物中不能超出此指标,否则将产生磷酸钙结垢,废氨废碱更不敢回收入循环水中使用。为了防止碱度升高,曾有加酸处理。但磷酸盐本身要增加碱度,只有不断排放循环水或控制低浓缩倍数,才能正常运行,很不利于节水和环保。
4•5钙离子
指标为≤600mg/L。循环水中有一定钙离子有利于缓蚀。高分子聚合物使钙镁离子成为胶体络合物再转化非离子泥垢。实际运行中,钙离子浓度与碱度、pH值和药剂二者之间存在联动关系。在规定的加药量、pH值、碱度指标内,钙离子也自动平衡在一个相对稳定的范围。
4•6铁离子
循环水中如果有铁离子存在,是循环水系统出现腐蚀的一个信号,一般在低pH值条件下出现。
4•7氯离子(以Cl-计)
循环水系统是钢铁材质,循环水中Cl-≤1000mg/L,有铜、不锈钢材质Cl-≤400mg/L。氯离子是造成金属腐蚀的重要因素。
4•8石油类(COD)
指标为<10mg/L。聚合物能使水体中油类聚集,只要设计好集油池,油类会自动上浮并与循环水分离。
4•9浓缩倍数
浓缩倍数是循环冷却水处理上常用的术语。是循环水中的含盐量与补充水中的含盐量的比值。缩倍数受补充水水质和循环冷却水水质标准制约。由于我国大部分水处理采用的是磷系(含聚磷)配方。因此,浓缩倍数实际上成了循环水运行中一项重要的硬指标。按照国标《石油化工给水排水水质标准》(SH3099-2000)的规定,化工行业的浓缩倍数应当大于3•0。炼油系统的浓缩倍数应当大于2•5。由于有机磷药剂存在水解的问题,它与钙镁离子的络合状态随时存在于动态变化之中。循环水浓缩过程中,这种络合平衡指数不断被打碎,水的pH值升高,碱度增加,就会出现有磷酸钙垢或含磷、锌污垢的问题。解决这一问题的出路,就是要不断排放一部分循环水,并补充新鲜水和药剂。实现这一过程的关键措施就是控制水的浓缩倍数。浓缩倍数事实上是控制了磷系药剂在循环水系统中的停留时间。但排放的一部分废水,必然含有尚未失去功能的有效药剂。这些含磷废水不仅浪费大量的水资源,而且对环境有害,是水域富营养化,赤潮频发的重要因素。
5水质管理
5•1冷却水闭路循环尽量不排放
循环冷却水系统属于闭路循环系统,水池内的水通过泵送到各用户处,从用户处回来的水通过冷却塔进行冷却,并同时投加缓蚀阻垢剂。经过冷却塔冷却处理的水回到水池,供用户重复使用。正常情况下,系统根据所要控制的浓缩倍数,会产生一些排污水。但大部分冷却水是循环使用的。冷却水的循环使用要注意两点:①冷却塔集水池应设置一定容积的积存污物和淤泥之处,便于污物沉积,并设置便于清除淤泥的设施。集水池出口处和循环水泵吸水井应设计拦截杂物的拦物网。②密闭式循环冷却水系统的管道底点处应设置一定容积的积污罐或过滤器,便于污物沉积和排出。管道高处应设排气阀。
5•2清洗和预膜
清洗和预膜是工业循环水系统开车时的惯例,通过清洗可以很快去处锈垢,通过预膜可以保护设备减轻腐蚀。但是,清洗和承膜带来的负面效应也是不容忽视的。清洗和预膜过程中要浪费大量的水,所有清洗、预膜药剂均随着置换废水进入环境水域,这里边有大量酸类、磷酸盐和高浓度锌及其化合物等,均属污染环境的物质。
5•3日常水质管理
贯彻执行国家、省、市及有关部门颁发的有关法律、法规和规章,贯彻执行股份公司和兰州石化分公司下发的有关水质管理文件。认真做好日常的水质指标的管理。
5•3•1腐蚀速度
由于冷却循环水中富有氧,碳钢的金属表面并不是均匀的。当它与冷却水接触时,会形成许多微电池,产生氧化还原反应,继而对金属产生腐蚀。为了有效控制腐蚀,按照国标《石油化工给水排水水质标准》(SH3099-2000)的规定要求碳钢腐蚀速率≤0•075mm/a,不锈钢的腐蚀速率≤0•010mm/a。
5•3•2黏附速率
黏泥主要是指微生物黏泥,在冷却水中由于水中溶解的营养源而引起细菌、霉菌、藻类等微生物群的增殖,并以这些微生物为主体,混有泥沙、无机物和尘土等,形成附着的或堆积的软泥性沉积物。冷却水系统中的微生物黏泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质,而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀和降低水质稳定的缓蚀、阻垢和杀生作用。为了减少微生物黏泥,按照国标《石油化工给水排水水质标准》(SH3099-2000)的规定,要求化工系统碳钢管黏附速率≤15mg/(cm2•月),炼油系统的碳钢管黏附速率≤20mg/(cm2•月)。
5•3•3微生物数量控制
含有微生物的补充水不断进入循环冷却水系统,与此同时,冷却塔中从上面喷淋下来的冷却水又从逆流相遇的空气中捕集了大量的微生物进入冷却水系统。冷却水系统中充沛的水量为这些进入的微生物的生长提供了可靠的保障。冷却水的水温通常被设计在32~42℃之间(平均温度为37℃),这一温度范围又特别有利于某些微生物的生长。因此,有些冷却水系统成了一些微生物的一个巨大的捕集器和培养器。为了控制微生物数量,按照国标《石油化工给水排水水质标准》(SH3099-2000)的规定,要求异养菌总数≤1×10E+5个/mL。
6结语
工业水管理工作任重道远,虽然很平凡,但功在千秋。让我们为了企业和国家的利益,脚踏实地,科学、合理地利用好每一滴水。
