淺談循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理技術(shù)及運(yùn)行管理

1、    淺談循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水處理技術(shù)及運(yùn)行管理    賈榮霞摘要：本文了介紹了循環(huán)水系統(tǒng)，闡述了循環(huán)水的冷卻原理、冷卻設(shè)備主要構(gòu)件和功能；介紹了循環(huán)水水處理技術(shù)的應(yīng)用及運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水；涼水塔；水處理；清洗預(yù)膜中圖分類號(hào)：tv文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： a1引言由于水具有很常見、比熱容大、流動(dòng)性好等特點(diǎn)，被廣泛用為冷卻介質(zhì)。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，工業(yè)用水量越來越大，很多地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象，因此合理和節(jié)約用水已經(jīng)成為發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要問題。工業(yè)用水主要包括鍋爐用水、工藝用水、冷卻用水、廠區(qū)生活用水等，而其中用水量最大的是冷卻用水，所以加強(qiáng)循環(huán)

2、冷卻水的技術(shù)應(yīng)用及運(yùn)行管理是非常有必要的。2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，以水為冷卻介質(zhì)，以冷卻設(shè)備、水泵和管道為主要組成，來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的熱量轉(zhuǎn)移及工業(yè)用水的循環(huán)使用。循環(huán)冷卻水流經(jīng)換熱器、冷凝器、反應(yīng)器等生產(chǎn)設(shè)備后，溫度上升，后通過冷卻設(shè)備，水溫回降，再由機(jī)泵送回生產(chǎn)設(shè)備，如此往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。其間，冷卻水在流經(jīng)生產(chǎn)設(shè)備及管道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕、微生物滋生等問題；而冷卻設(shè)備在帶走熱量的同時(shí)也會(huì)帶走部分水分，造成水損失。解決這些問題，是循環(huán)水處理工作的目的。2.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分類根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、水冷卻方式和循環(huán)水的散熱形式，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)又可分為密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2.

3、1.1密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水在移走換熱設(shè)備的熱量以后，密閉循環(huán)回用。在此系統(tǒng)中，循環(huán)水不與大氣接觸，處于密閉循環(huán)狀態(tài)，循環(huán)水的損耗很少，如果選用密封性能很好的水泵，可以做到基本上不消耗水。但是，由于這種循環(huán)冷卻水系統(tǒng)所需費(fèi)用較高，故一般只適用于被冷卻裝置散熱量較小、所要求的工作安全可靠度大或具有特殊要求的工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。2.1.2敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水經(jīng)由冷卻設(shè)備與空氣直接接觸冷卻后，再循環(huán)使用。在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，一方面循環(huán)水帶走物料、工藝介質(zhì)、裝置或熱交換設(shè)備所散發(fā)的熱量;另一方面升溫后的循環(huán)水通過冷卻構(gòu)筑物與空氣直接接觸，釋放熱量，然后再循環(huán)使用。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是目前工業(yè)生

4、產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種冷卻水系統(tǒng)，根據(jù)與物料、換熱器等的接觸情況，可分為清循環(huán)（又稱間接循環(huán)）、污循環(huán)和集塵循環(huán)3種類型。其中清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中最為常見。為此，本文后續(xù)內(nèi)容均以清循環(huán)系統(tǒng)為介紹、研究的主體。2.2清循環(huán)（間接循環(huán)）冷卻水系統(tǒng)在這種系統(tǒng)中水通過冷卻器(熱交換設(shè)備)間接的與冷卻物料、工藝介質(zhì)或裝置等接觸，因而又稱為間接循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。由于采取間接冷卻方式，循環(huán)水除了水溫升高外，水質(zhì)幾乎無污染，故不必另設(shè)凈水設(shè)備。但是，由于水在循環(huán)冷卻過程中不斷地蒸發(fā)，使其中的鹽類濃縮，因此需要排污和補(bǔ)充新水，以控制鹽量平衡和濃縮倍數(shù)，此系統(tǒng)的基本組成一般包括補(bǔ)充水的預(yù)處理、循環(huán)水的輸送泵、

5、與工藝介質(zhì)的熱交換、循環(huán)水的冷卻、藥劑的投加、冷卻水的旁濾、排污水的處理、控制檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和管道等設(shè)備，構(gòu)筑物，裝置以及儀表等組成。如下圖（圖1）所示是一種常見的最簡單的清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。3冷卻設(shè)施在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，用于降低水溫的設(shè)備或構(gòu)筑物統(tǒng)稱為循環(huán)水冷卻設(shè)施。在敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻設(shè)施有冷卻塔、噴水池、冷卻池、河道冷卻、海灣冷卻設(shè)施，其中冷卻塔應(yīng)用最為廣泛。3.1冷卻塔的分類具體內(nèi)容如表1所示表1冷卻塔分類分類因素 類別循環(huán)水是否與空氣直接接觸 密閉式冷卻塔敞開式冷卻塔通風(fēng)方式 自然通風(fēng)冷卻塔機(jī)械通風(fēng)冷卻塔混合通風(fēng)冷卻塔用途 工業(yè)冷卻塔民用冷卻塔熱水和空氣的接觸方式 濕式冷卻塔干式冷

6、卻塔干濕式冷卻塔熱水和空氣的流動(dòng)方式 逆流式冷卻塔橫流式冷卻塔混流式冷卻塔噪聲級(jí)別 普通型冷卻塔低噪型冷卻塔超低噪型冷卻塔超靜音型冷卻塔其他 噴流式冷卻塔無風(fēng)機(jī)冷卻塔雙曲線冷卻塔其中濕塔因熱交換效率高而被廣泛應(yīng)用，但是，在濕塔中水蒸發(fā)現(xiàn)象劇烈，水的蒸發(fā)帶來蒸發(fā)、風(fēng)吹、排污損失，這些水的虧損必須有足夠的新水持續(xù)補(bǔ)充，因此，濕塔需要補(bǔ)給水。3.2冷卻塔的工作原理冷卻塔是利用水和空氣的接觸，主要通過蒸發(fā)散熱、接觸散熱兩種方式共同作用，來散去從換熱設(shè)備帶來的熱量的一種設(shè)備。其工作的基本原理是：干燥的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)的抽動(dòng)進(jìn)入冷卻塔內(nèi)，熱水自配水系統(tǒng)灑入塔內(nèi)。當(dāng)水滴和空氣接觸時(shí)，一方面加劇了水的蒸發(fā)現(xiàn)象，另

7、一方面由于存在溫差，熱量由水傳向空氣，上升的空氣將熱量帶到大氣中，從而使得水溫降低。兩種散熱方式所起的作用隨氣象條件而變化。在夏季氣溫較高，水與空氣的溫差較小，這時(shí)水的表面蒸發(fā)起主導(dǎo)作用，由于水有很大的汽化潛熱蒸發(fā)散熱量最高可占總散熱量的90%以上。在冬季，因氣溫低、蒸發(fā)量小，熱傳導(dǎo)的作用增強(qiáng)，一般可由夏季的10%一20%增至50%以上。3.3冷卻塔的主要構(gòu)件及作用冷卻塔通常由塔體、配水系統(tǒng)、淋水裝置、通風(fēng)設(shè)備、收水器和集水池(或水箱)等部分組成。3.3.1塔體塔體是冷卻塔的外殼，也是氣流通道，其形式和結(jié)構(gòu)取決于冷卻塔的類型，有圓形、方形等。目前大中型冷卻塔多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，小型冷卻塔多為玻

8、璃鋼結(jié)構(gòu)。3.3.2配水系統(tǒng)配水系統(tǒng)設(shè)于冷卻的作用是將需冷卻的循環(huán)水均勻地分配到下部的淋水裝置，以提高淋水裝置的冷卻效果。配水裝置通?？煞譃楣苁?、槽式和池盤式3種形式，此外還有噴水式配水裝置。3.3.3淋水裝置淋水裝置又稱填料，其作用是擴(kuò)大需冷卻的循環(huán)水同空氣的接觸面積并延長水氣接觸時(shí)間，以增加水、氣間的熱濕交換，提高冷卻效率。填料是冷卻塔的重要組成部分。其所產(chǎn)生的溫降達(dá)整個(gè)塔溫降的60%一70%。填料按照塔內(nèi)水冷卻的表面形式，一般可分為點(diǎn)滴式、薄膜式、點(diǎn)滴薄膜式三種類型。3.3.4通風(fēng)設(shè)備自然通風(fēng)冷卻塔的通風(fēng)設(shè)備是高大的通風(fēng)筒，機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的通風(fēng)設(shè)備是風(fēng)機(jī)，我國一般多采用置頂抽風(fēng)式軸流風(fēng)機(jī)

9、。3.3.5收水器收水器通常用于機(jī)械式冷卻塔，用以減少風(fēng)吹損失，構(gòu)造恰當(dāng)?shù)氖账骺梢匀〉昧己玫墓?jié)水效果。收水器一般由1一3層曲折波紋板構(gòu)成。3.3.6集水池集水池用以收集、儲(chǔ)存冷卻的循環(huán)水并調(diào)節(jié)水量，它位于冷卻塔的塔底，通常也是積泥、排污、排空、補(bǔ)充新水、投加藥劑以及同循環(huán)水管線相連接的部位。如不考慮儲(chǔ)存或調(diào)節(jié)水量時(shí)，可設(shè)計(jì)成集水盤。目前中小型成品玻璃鋼冷卻塔常采用集水盤形式。集水池的容積多約為每小時(shí)循環(huán)水量的1/31/5。4循環(huán)冷卻水處理4.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的問題循環(huán)冷卻水在不斷循環(huán)使用過程中，由于水的溫度升高、蒸發(fā)等原因，使得各種無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)不斷濃縮，而冷卻設(shè)施在經(jīng)受風(fēng)吹雨淋的同時(shí)，

10、也把灰塵雜物等帶入循環(huán)冷卻水中，加之系統(tǒng)本身的設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合因素，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生腐蝕、結(jié)垢、粘泥等各種嚴(yán)重的問題。4.1.1腐蝕所謂腐蝕，是指通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)使金屬被消耗破壞的現(xiàn)象，在循環(huán)水系統(tǒng)中，主要以溶解氧腐蝕為主，這種腐蝕除了會(huì)造成系統(tǒng)的輸水管線、水冷設(shè)備損壞或使用壽命減少外，還會(huì)由于腐蝕造成水冷器泄漏而引起工藝介質(zhì)的污染或計(jì)劃外的停車事故等，另外由于腐蝕產(chǎn)生銹瘤，會(huì)引起換熱效率下降或管線堵塞等危害。4.1.2結(jié)垢結(jié)垢是指水中溶解或懸浮的無機(jī)物，由于種種原因，而沉積在金屬表面。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢的主要成分有碳酸鈣和腐蝕產(chǎn)物二種。系統(tǒng)結(jié)垢主要引起水冷設(shè)備換

11、熱效率下降，管線的阻力增大，導(dǎo)致循環(huán)水量減少或細(xì)管的堵塞，多數(shù)情況下還伴有垢下腐蝕。4.1.3粘泥粘泥指金屬列管等內(nèi)壁附著的粘質(zhì)膜，生物粘泥主要由細(xì)菌及藻類等微生物的分泌產(chǎn)物粘附了水中懸浮雜質(zhì)而形成，生物粘泥的產(chǎn)生主要會(huì)導(dǎo)致傳熱效率下降，列管堵塞，增加局部腐蝕等危害。4.2循環(huán)冷卻水處理藥劑為了解決上述問題，往往需要向循環(huán)水系統(tǒng)中加入水處理藥劑及水質(zhì)穩(wěn)定劑，來消除或減小循環(huán)冷卻水對(duì)設(shè)備的損害，保證循環(huán)水系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、正常、安全運(yùn)行。循環(huán)水處理常用的有三類藥劑：阻垢分散劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑。4.2.1阻垢分散劑阻垢分散劑是含有羧基、羥基、硫磺酸、膦酸基等基團(tuán)的共聚物，由于它的直鏈上和部分支鏈含有

12、膦酸基，因此具有優(yōu)異的防垢性能，并有一定的防腐效果。阻垢分散劑通過晶格畸變，增溶，分散的作用抑制垢質(zhì)的形成，減弱垢質(zhì)的硬度。4.2.2緩蝕劑將緩蝕劑添加到水溶液介質(zhì)中能抑制或降低金屬和合金的腐蝕速度。它的用量很小(0.1%1%)，但效果顯著。緩蝕過程復(fù)雜，緩蝕劑有多種多樣。概括起來講，緩蝕劑是通過電化學(xué)作用和物理化學(xué)作用（主要是成相膜、吸附膜作用），來減小金屬的腐蝕速率。4.2.3殺菌滅藻劑控制冷卻水系統(tǒng)中微生物生長的最有效和最常用方法為向冷卻水投加殺菌滅藻劑。殺菌滅藻劑種類繁多，一般都具備良好的殺生效果、黏泥和藻層的剝離能力、與其他水質(zhì)穩(wěn)定劑的相容性和寬廣的 ph 值適用范圍的特點(diǎn)。殺菌滅藻

13、劑可分為氧化性殺菌滅藻劑和非氧化性殺菌滅藻劑。氧化性殺菌滅藻劑一般都是較強(qiáng)的氧化劑，能使微生物體內(nèi)與新陳代謝有關(guān)的酶發(fā)生氧化反應(yīng)而殺滅微生物，其也會(huì)對(duì)其他水處理藥劑產(chǎn)生氧化分解作用，從而影響緩蝕劑、阻垢劑的處理效果。非氧化性殺菌滅藻劑則是以毒性作用于微生物的酶，干擾破化其正常的新陳代謝的進(jìn)行。4.3循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的運(yùn)行管理循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的日常管理主要根據(jù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行及時(shí)相應(yīng)調(diào)整，化驗(yàn)室每天定時(shí)進(jìn)行分析并及時(shí)把數(shù)據(jù)回報(bào)有關(guān)部門和單位。以便及時(shí)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行加藥、排污、補(bǔ)水等調(diào)節(jié)。常用的循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)有鈣硬度、總堿度、ph值、濃縮倍數(shù)、總磷、正磷、氯離子濃度、總鐵、粘泥量、異養(yǎng)菌、電導(dǎo)率、濁度

14、、懸浮物等。4.3.1鈣硬度、總堿度總堿度是循環(huán)水操作控制中的一項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)濃縮倍數(shù)控制穩(wěn)定，沒有其它外界干擾時(shí)，由總堿度的變化，可以看出系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢(shì)。硬度指水中的鈣鎂離子濃度的總和，也是循環(huán)水操作控制中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。必須將循環(huán)水的鈣硬、總堿度控制在配方要求的范圍內(nèi)，若水質(zhì)條件發(fā)生變化，則必須相應(yīng)調(diào)整水穩(wěn)配方。4.3.2ph值隨著濃縮倍數(shù)的升高， ph值也不斷上升。當(dāng)濃縮倍數(shù)一定時(shí)，循環(huán)水的ph值也趨于穩(wěn)定。4.3.3總磷、正磷及氯離子測(cè)定循環(huán)水中總磷的目的是為了計(jì)算循環(huán)中有機(jī)膦的含量，緩蝕阻垢劑中含有有機(jī)膦酸鹽，在循環(huán)水的運(yùn)行過程中，如果遇到強(qiáng)氧化劑（如殺菌滅藻用的氯氣、二氧化氯等）或高溫

15、，則有機(jī)膦會(huì)部分分解為硫酸根，降低藥劑的有效成分。當(dāng)循環(huán)水中的磷酸根含量過高時(shí)，還有生成磷酸鈣沉淀的可能，因而應(yīng)檢測(cè)控制。氯離子濃度過高會(huì)加速設(shè)備的腐蝕，特別是不銹鋼設(shè)備，對(duì)氯離子特別敏感，因而在運(yùn)行中應(yīng)檢測(cè)控制。4.3.4粘泥循環(huán)水系統(tǒng)，溫度適宜、通風(fēng)良好、光照充足，是微生物生長的理想環(huán)境。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，微生物的危害主要是生物粘泥帶來的危害，生物粘泥一旦形成，就必須進(jìn)行殺菌清洗剝離。4.4清洗預(yù)膜為了除去系統(tǒng)中的垢和腐蝕產(chǎn)物，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行定期清洗，并為系統(tǒng)預(yù)膜作準(zhǔn)備。使藥劑在投加后穩(wěn)定運(yùn)行，減少系統(tǒng)內(nèi)腐蝕產(chǎn)物及沉積物，當(dāng)系統(tǒng)檢修后重新開車或裝置運(yùn)行時(shí)間過長時(shí)，需要對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處

16、理。預(yù)處理包括化學(xué)清洗和預(yù)膜處理。4.4.1化學(xué)清洗化學(xué)清洗是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行的，其目的是為了清除因設(shè)備檢修后換熱設(shè)備和管道中的油污、電焊渣、腐蝕產(chǎn)物和沉積物等物質(zhì)，使得投用緩蝕劑后能在設(shè)備表面形成一層致密、均勻的薄膜，以防止設(shè)備的腐蝕，同時(shí)提高換熱效率，滿足生產(chǎn)裝置工藝操作條件，保證長周期平穩(wěn)運(yùn)行，降低能耗和延長設(shè)備的使用壽命。4.4.2預(yù)膜預(yù)膜又稱基礎(chǔ)處理，循環(huán)水系統(tǒng)的預(yù)膜是為了提高緩蝕劑的成膜效果，常在循環(huán)水系統(tǒng)初期投加較高濃度的緩蝕劑量，待成膜后，再降低藥劑濃度維持補(bǔ)膜，即日常的正常處理。其目的是希望在金屬表面上能很快形成一層保護(hù)膜，提高緩蝕劑抑制腐蝕的效果。預(yù)膜時(shí)的藥劑可采用專用的預(yù)

17、膜藥劑也可利用循環(huán)水系統(tǒng)的日常處理藥劑。4.4.3清洗預(yù)膜實(shí)例現(xiàn)已藍(lán)星化工新材料（天津）廠2014年循環(huán)水系統(tǒng)清洗預(yù)膜方案為例，介紹清洗預(yù)膜工作。基本方案如下：(一)目前循環(huán)水系統(tǒng)各項(xiàng)水質(zhì)數(shù)據(jù)（2014年5月平均數(shù)據(jù)）濁度 鐵離子/ ppm ph值 鈣離子/ ppm 粘泥量/ ml最大值 11.00 0.07 9.56 35.91 0.80最小值 1.00 0.04 9.29 27.93 0.50平均值 2.52 0.05 9.47 31.66 0.67(二)所需藥劑藥劑名稱 數(shù)量（kg） 作用pm105 1000 剝離粘泥（清洗）pm109 5000 除銹除垢（清洗）pm103 1125 緩

18、蝕、阻垢劑（預(yù)膜）cacl2 根據(jù)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)投加控制ca濃度在50ppm左右 補(bǔ)鈣劑(三)操作步驟：1.大修前清洗：（1）制定清洗日期的安排，在此期間通知調(diào)度所有的使用循環(huán)水的管線、閥門必須全部打開不得向外排放和向循環(huán)水內(nèi)串水。（2）12日9點(diǎn)開始清洗,一次性投加pm105藥劑500kg（藥劑濃度按120150ppm,循環(huán)水現(xiàn)有水量按2500 m³計(jì)）。4小時(shí)后,一次性投加pm109藥劑2500kg（藥劑濃度按300500ppm,循環(huán)水現(xiàn)有水量按2500m³計(jì)）。循環(huán)水系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行。（3）循環(huán)水系統(tǒng)清洗時(shí)間計(jì)劃為24小時(shí),運(yùn)行過程中水質(zhì)參數(shù)濁度、ca2+、fe2+離子濃度等應(yīng)不斷增加,直至這些參數(shù)測(cè)定值不再增加時(shí)，清洗方結(jié)束。期間監(jiān)測(cè)出水和回水的ph值、濁度，鈣、鐵離子濃度。（4）循環(huán)水系統(tǒng)停車，排放循環(huán)水，清理循環(huán)水池。2. 預(yù)膜前的清洗：（1）大修后，6月24日開始清洗,計(jì)劃24小時(shí)完成。（2）大量補(bǔ)水，同時(shí)投加pm105藥劑500kg,待循環(huán)水池達(dá)到正常液位后，循環(huán)水裝置開車。（3）4小時(shí)后,投加pm109藥劑2500kg,循環(huán)水系統(tǒng)清洗時(shí)間計(jì)劃為24小時(shí)。期間監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，監(jiān)測(cè)出水和回水的ph值、濁度，鈣、鐵離子濃度，其數(shù)據(jù)應(yīng)逐漸升高，當(dāng)出水、