循環(huán)冷卻水運用狀況(全文)

精品文檔-下載后可編輯循環(huán)冷卻水運用狀況(全文)1循環(huán)冷卻水

我國水資源總量占世界水資源總量的7%,居第6位。但人均占有量僅有2400m3,為世界人均水占有量的25%,居世界第119位,是全球13個貧水國之一。我國是一個貧水國家,按國際標(biāo)準(zhǔn),每人每年水供應(yīng)量在1000t以下就是缺水國家。目前,中國缺水在千億立方米以上。不少地區(qū)人均水資源已同世界聞名的缺水國家以色列相近。黃土高原地區(qū)情況就是這樣。我國被列為世界上貧水的國家之一。特別是北方、西部廣大地區(qū)缺水特別嚴(yán)重。我國東南地區(qū)由于地面水資源污染引起水質(zhì)性缺水情況也很嚴(yán)重。在全國670座大中城市中,有400座城市不同程度地缺水。其中110座城市嚴(yán)重缺水。面對如此缺水的嚴(yán)峻形勢,我國工業(yè)用水量卻浪費驚人。主要是工業(yè)用水重復(fù)利用率低。工業(yè)用水重復(fù)利用率只有20%~30%。僅為發(fā)達國家的1/3。一般的冷卻系統(tǒng)均采用敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),冷卻水用過后不是立即被排放掉,而是收回循環(huán)再用。水的再冷是通過冷卻塔或其他冷卻設(shè)備來進行的。由于敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水的再冷卻是通過冷卻塔來進行的,因此冷卻水在循環(huán)過程中要與空氣接觸,部分水在通過冷卻塔時還會不斷被蒸發(fā)損失掉,因而水中各種礦物質(zhì)和離子含量也不斷被濃縮增高。為了維持各種礦物質(zhì)和離子含量穩(wěn)定在某一個定值上,必須對系統(tǒng)補充一定量的冷卻水(補充水)。并排出一定量的冷卻水(排污量)。這種敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)要損失一部分水,但與直流冷卻水系統(tǒng)相比,可以節(jié)省大量的冷卻水,且排污水也相應(yīng)減少,而且減少系統(tǒng)對外界的熱污染。因此不論從節(jié)約水資源,還是從經(jīng)濟和保護環(huán)境的觀點出發(fā),都應(yīng)設(shè)法降低各類工廠的冷卻水用量,減少排污水量。工業(yè)冷卻水占工業(yè)用水的80%以上,對冷卻水實行循環(huán)利用,具有顯著的環(huán)境效益、經(jīng)濟效益和社會效益。如果循環(huán)水平均濃縮倍數(shù)由2.2提高到4.0,每1萬立方米循環(huán)水可以減少70~80m3的循環(huán)水補充水。同時還可以減少排放70~80m3的污水。因此,如何提高工業(yè)水的重復(fù)利用率,并合理、科學(xué)地使用工業(yè)水就顯得極為重要。

2循環(huán)水系統(tǒng)中存在的問題

循環(huán)冷卻水處理,最重要的是解決換熱設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕問題。結(jié)垢要影響換熱效率,多耗能源,影響工藝操作。腐蝕會降低設(shè)備使用壽命,并存在安全隱患。

2.1腐蝕

水在冷卻塔內(nèi)和空氣充分接觸,循環(huán)水中的溶解氧得到補充,所以循環(huán)冷卻水中溶解氧總是飽和的。水中溶解氧是造成金屬電化學(xué)腐蝕的主要原因,這是冷卻水循環(huán)使用后易帶來的一大問題。

2.2沉積(含水垢及污垢)

水在冷卻塔中蒸發(fā),使循環(huán)水中鹽含量逐漸增加,加上水中二氧化碳在塔中解析逸散,使水中碳酸鈣在傳熱面上結(jié)垢析出的傾向增加,這是問題之二。2.3微生物黏泥冷卻水和空氣接觸,吸收了空氣中大量的灰塵、泥沙、微生物及孢子,使系統(tǒng)的污泥增加。冷卻塔內(nèi)的光照、適宜的溫度、充足的氧和養(yǎng)分都有利于細菌和藻類的生長,從而使系統(tǒng)黏泥增加,在換熱器內(nèi)沉積下來,造成黏泥的危害,這是水循環(huán)使用后帶來的問題之三。

3產(chǎn)生問題的原因

3.1換熱器的材質(zhì)

根據(jù)實踐經(jīng)驗,不同材質(zhì)組合雖然有利于提高換熱效率,但帶來的電偶腐蝕和水質(zhì)處理上的難度也是不可忽視的。例如化肥廠的水系統(tǒng),在碳化塔工段使用鋁合金換熱水箱,就存在鋁管與鋼鐵連接處的電偶腐蝕問題,循環(huán)水也難以回用高堿度廢水(鋁對Cl-、Na+、K+等耐受能力較弱)。同時,碳化水箱設(shè)計為U形管,管徑較細,冷卻水在其中流速慢,碳化液溫度高,易結(jié)垢和沉積污垢。

3.2運行工藝的影響

3.2.1水垢附著

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,碳酸氫鹽的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當(dāng)其濃度達到過飽和狀態(tài),或經(jīng)過傳熱表面水溫升高時,會分解生成碳酸鹽沉積在傳熱表面,形成致密的微溶性鹽類水垢,其導(dǎo)熱性能很差(≤1.6W/(mK),鋼材一般為45W/(mK))。

3.2.2設(shè)備腐蝕

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,大量設(shè)備是由金屬制造,長期使用循環(huán)冷卻水,會發(fā)生腐蝕穿孔。這是由多種因素造成的,主要有:冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕;有害離子(Cl-和SO2-4)引起的腐蝕;微生物(厭氧菌、鐵細菌)引起的腐蝕等。從大量垢下腐蝕的情況分析,有兩種情況:一種是銹垢。這種垢大多為瘤狀,瘤周為黑色,主要是水質(zhì)pH值偏低,鐵細菌和硫酸鹽還原菌繁殖的后果;另一類是污垢與金屬接觸部位細菌繁殖的后果。主要是水的流速慢,換熱面上或系統(tǒng)設(shè)備上積存雜質(zhì)和污垢所造成。

323微生物的滋生與黏泥

在循環(huán)水中,由于養(yǎng)分的濃縮,水溫升高和日光照射,給細菌藻類的迅速繁殖創(chuàng)造了條件。細菌分泌的黏液使水中漂浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等黏附在一起,形成沉積物附著在傳熱設(shè)備表面,即生物黏泥或軟垢。

324污垢沉積

污垢沉積主要是冷卻水流速偏低造成的,特別是夏季水溫高,膦系水處理系統(tǒng)微生物黏泥大量滋生,流速慢的地方,緊貼管壁的生物黏泥更減緩了本來就緩慢的水流,結(jié)果是惡性循環(huán)。提高冷卻水流速不利于污垢存留,一般大于09m/s的水流,污垢或黏泥難以在循環(huán)水系統(tǒng)中管道和設(shè)備上附著。

4水質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)裝置長周期運行對水質(zhì)的要求,以及國標(biāo)《石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SH3099-2000)的規(guī)定,循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標(biāo)如下。

41污垢熱阻

所有循環(huán)水均存在污垢沉積影響換熱的問題。污垢熱阻值的規(guī)范指標(biāo)規(guī)定為(172~3.44)×10-4m2k/w。由于現(xiàn)行大多是采用磷系配方(包括聚磷和復(fù)合配方),其污垢是否附著換熱器而影響換熱,除了水的流速、流量、藥劑濃度外,菌藻微生物繁衍滋生也是重要的因素。當(dāng)加了殺菌滅藻劑后,微生物黏泥少,污垢就少,換熱就好。菌藻微生物隨時都在繁殖,污垢熱阻值也在不斷變動之中。所以,污垢熱阻這一指標(biāo)難以準(zhǔn)確反映實際情況,很多流于形式。

42懸浮物和濁度

其允許值低于或等于30mg/L。由于新鮮水水質(zhì)問題或者旁濾池的運行情況不好以及微生物的繁衍滋生等原因,造成循環(huán)冷卻水的懸浮物和濁度經(jīng)常超標(biāo)。

43pH值

指標(biāo)為80~86。根據(jù)實踐運行情況,循環(huán)冷卻水在較高pH值條件下運行,可有效防治系統(tǒng)腐蝕。優(yōu)良的藥劑與垢離子絡(luò)合成不溶物,在旁流處理或沉積池中沉積而不斷與循環(huán)水分離,循環(huán)水的堿度和pH值不僅不會隨循環(huán)水的濃縮而提高,反而會降低或平衡在一個相對穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

44堿度

指標(biāo)為≤500mg/L。使用磷系的最高允許指標(biāo)為500mg/L,一般動物中不能超出此指標(biāo),否則將產(chǎn)生磷酸鈣結(jié)垢,廢氨廢堿更不敢回收入循環(huán)水中使用。為了防止堿度升高,曾有加酸處理。但磷酸鹽本身要增加堿度,只有不斷排放循環(huán)水或控制低濃縮倍數(shù),才能正常運行,很不利于節(jié)水和環(huán)保。

45鈣離子

指標(biāo)為≤600mg/L。循環(huán)水中有一定鈣離子有利于緩蝕。高分子聚合物使鈣鎂離子成為膠體絡(luò)合物再轉(zhuǎn)化非離子泥垢。實際運行中,鈣離子濃度與堿度、pH值和藥劑二者之間存在聯(lián)動關(guān)系。在規(guī)定的加藥量、pH值、堿度指標(biāo)內(nèi),鈣離子也自動平衡在一個相對穩(wěn)定的范圍。

46鐵離子

循環(huán)水中如果有鐵離子存在,是循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)腐蝕的一個信號,一般在低pH值條件下出現(xiàn)。

47氯離子(以Cl-計)

循環(huán)水系統(tǒng)是鋼鐵材質(zhì),循環(huán)水中Cl-≤1000mg/L,有銅、不銹鋼材質(zhì)Cl-≤400mg/L。氯離子是造成金屬腐蝕的重要因素。

48石油類(COD)

指標(biāo)為10mg/L。聚合物能使水體中油類聚集,只要設(shè)計好集油池,油類會自動上浮并與循環(huán)水分離。

49濃縮倍數(shù)

濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水處理上常用的術(shù)語。是循環(huán)水中的含鹽量與補充水中的含鹽量的比值。縮倍數(shù)受補充水水質(zhì)和循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制約。由于我國大部分水處理采用的是磷系(含聚磷)配方。因此,濃縮倍數(shù)實際上成了循環(huán)水運行中一項重要的硬指標(biāo)。按照國標(biāo)《石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SH3099-2000)的規(guī)定,化工行業(yè)的濃縮倍數(shù)應(yīng)當(dāng)大于30。煉油系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)應(yīng)當(dāng)大于25。由于有機磷藥劑存在水解的問題,它與鈣鎂離子的絡(luò)合狀態(tài)隨時存在于動態(tài)變化之中。循環(huán)水濃縮過程中,這種絡(luò)合平衡指數(shù)不斷被打碎,水的pH值升高,堿度增加,就會出現(xiàn)有磷酸鈣垢或含磷、鋅污垢的問題。解決這一問題的出路,就是要不斷排放一部分循環(huán)水,并補充新鮮水和藥劑。實現(xiàn)這一過程的關(guān)鍵措施就是控制水的濃縮倍數(shù)。濃縮倍數(shù)事實上是控制了磷系藥劑在循環(huán)水系統(tǒng)中的停留時間。但排放的一部分廢水,必然含有尚未失去功能的有效藥劑。這些含磷廢水不僅浪費大量的水資源,而且對環(huán)境有害,是水域富營養(yǎng)化,赤潮頻發(fā)的重要因素。

5水質(zhì)管理

51冷卻水閉路循環(huán)盡量不排放

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)屬于閉路循環(huán)系統(tǒng),水池內(nèi)的水通過泵送到各用戶處,從用戶處回來的水通過冷卻塔進行冷卻,并同時投加緩蝕阻垢劑。經(jīng)過冷卻塔冷卻處理的水回到水池,供用戶重復(fù)使用。正常情況下,系統(tǒng)根據(jù)所要控制的濃縮倍數(shù),會產(chǎn)生一些排污水。但大部分冷卻水是循環(huán)使用的。冷卻水的循環(huán)使用要注意兩點:①冷卻塔集水池應(yīng)設(shè)置一定容積的積存污物和淤泥之處,便于污物沉積,并設(shè)置便于清除淤泥的設(shè)施。集水池出口處和循環(huán)水泵吸水井應(yīng)設(shè)計攔截雜物的攔物網(wǎng)。②密閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的管道底點處應(yīng)設(shè)置一定容積的積污罐或過濾器,便于污物沉積和排出。管道高處應(yīng)設(shè)排氣閥。

52清洗和預(yù)膜

清洗和預(yù)膜是工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)開車時的慣例,通過清洗可以很快去處銹垢,通過預(yù)膜可以保護設(shè)備減輕腐蝕。但是,清洗和承膜帶來的負面效應(yīng)也是不容忽視的。清洗和預(yù)膜過程中要浪費大量的水,所有清洗、預(yù)膜藥劑均隨著置換廢水進入環(huán)境水域,這里邊有大量酸類、磷酸鹽和高濃度鋅及其化合物等,均屬污染環(huán)境的物質(zhì)。

53日常水質(zhì)管理

貫徹執(zhí)行國家、省、市及有關(guān)部門頒發(fā)的有關(guān)法律、法規(guī)和規(guī)章,貫徹執(zhí)行股份公司和蘭州石化分公司下發(fā)的有關(guān)水質(zhì)管理文件。認真做好日常的水質(zhì)指標(biāo)的管理。

531腐蝕速度

由于冷卻循環(huán)水中富有氧,碳鋼的金屬表面并不是均勻的。當(dāng)它與冷卻水接觸時,會形成許多微電池,產(chǎn)生氧化還原反應(yīng),繼而對金屬產(chǎn)生腐蝕。為了有效控制腐蝕,按照國標(biāo)《石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SH3099-2000)的規(guī)定要求碳鋼腐蝕速率≤0075mm/a,不銹鋼的腐蝕速率≤0010mm/a。

532黏附速率

黏泥主要是指微生物黏泥,在冷卻水中由于水中溶解的營養(yǎng)源而引起細菌、霉菌、藻類等微生物群的增殖,并以這些微生物為主體,混有泥沙、無機物和塵土等,形成附著的或堆積的軟泥性沉積物。冷卻水系統(tǒng)中的微生物黏泥不僅會降低換熱器和冷卻塔的冷卻作用、惡化水質(zhì),而且還會引起冷卻水系統(tǒng)中設(shè)備的腐蝕和降低水質(zhì)穩(wěn)定的緩蝕、阻垢和殺生作用。為了減少微生物黏泥,按照國標(biāo)《石油化工給水排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(SH3099-2000)的規(guī)定,要求化工系統(tǒng)碳鋼管黏附速率≤15mg/(cm2月),煉油系統(tǒng)的碳鋼管黏附速率≤20mg/(cm2月)。

533微生物數(shù)量控制

含有微生物的補充水不斷進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng),與此同時,冷卻塔中從上面噴淋下來的冷卻水又從逆流相遇的空氣中捕集了大量的微生物進入冷卻水系統(tǒng)。冷卻水系統(tǒng)