孫照新 ， 陳艷梅 ， 黃占立

(河南能源化工集團(tuán) 開封龍宇化工有限公司 ， 河南 開封　475200)

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循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行總結(jié)

孫照新 ， 陳艷梅 ， 黃占立

(河南能源化工集團(tuán) 開封龍宇化工有限公司 ， 河南 開封475200)

為保證生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備換熱冷卻的需要及節(jié)約水資源，公司冷卻水系統(tǒng)采用敞開式循環(huán)冷卻。同時(shí)，為穩(wěn)定循環(huán)冷卻水水質(zhì)，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，通過(guò)投加殺菌劑、阻垢劑等藥劑和旁濾、排污等措施，控制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)、pH值等工藝指標(biāo)。投運(yùn)幾年來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，換熱設(shè)備熱阻值、腐蝕速率等主要指標(biāo)均在指標(biāo)范圍內(nèi)。

循環(huán)冷卻水 ； 濃縮倍數(shù) ； 腐蝕速率 ； 旁濾 ； 監(jiān)測(cè)換熱器

開封龍宇化工有限公司40萬(wàn)t/a聚甲醛項(xiàng)目于2011年投產(chǎn)，作為項(xiàng)目的配套設(shè)施，9 000 m3/h循環(huán)冷卻水系統(tǒng)主要為公司鍋爐及甲醛、單體、聚合等工段提供冷卻用水。系統(tǒng)運(yùn)行幾年來(lái)，循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，水利用率較高，為公司的長(zhǎng)周期穩(wěn)定生產(chǎn)提供了保障。

1　系統(tǒng)工藝流程及工藝指標(biāo)

1.1工藝流程

循環(huán)冷卻水站其主要作用是將全公司各生產(chǎn)裝置冷卻設(shè)備的溫升水通過(guò)機(jī)械通風(fēng)逆流式冷卻塔降低水溫后，由循環(huán)水泵加壓，再供給不同的冷卻設(shè)備循環(huán)使用。同時(shí)，通過(guò)加藥設(shè)備對(duì)該循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理，通過(guò)旁濾池控制循環(huán)水懸浮物含量，保證工藝?yán)鋮s設(shè)備的熱效率。主要裝置是2座循環(huán)冷卻水塔、4臺(tái)循環(huán)水泵、2臺(tái)旁濾過(guò)濾器、1套加酸裝置和2套加緩蝕阻垢劑裝置，系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大冷卻水量為9 000 m3/h，正常運(yùn)行冷卻水量為6 000 m3/h。來(lái)自管網(wǎng)的循環(huán)冷卻回水(≥0.2 MPa)直接進(jìn)入冷卻塔，經(jīng)噴頭、填料與空氣換熱后落入塔底水池，被循環(huán)水泵提升壓力，分別供給各工藝裝置和鍋爐房使用。少量循環(huán)水通過(guò)監(jiān)測(cè)換熱器檢測(cè)循環(huán)水對(duì)設(shè)備的腐蝕速率。

循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水進(jìn)入冷卻塔水池。在正常工況下，循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水大部分直接來(lái)自水源井供水主管線，少部分來(lái)自甲醛濃縮W90水和除鹽水崗位的一級(jí)RO濃水。

工藝流程圖如圖1所示。

圖1　9 000 m3/h循環(huán)水系統(tǒng)工藝流程圖

1.2工藝指標(biāo)

工藝指標(biāo)：循環(huán)水站處理能力6 850/9 000 m3/h；濃縮倍率≥3；懸浮物含量10 mg/L；回水壓力≥0.2 MPa；回水溫度≤42 ℃；給水溫度≤32 ℃；冷卻塔漂水損失≤總循環(huán)水量的0.001%；集水池控制液位4.8～5.2 m；冷卻塔風(fēng)機(jī)油溫報(bào)警溫度78 ℃；停機(jī)溫度82 ℃；冷卻塔風(fēng)機(jī)振動(dòng)≤3.2 mm/s；過(guò)濾器出水流量200 m3/h；過(guò)濾器出水懸浮物≤5 mg/L；過(guò)濾器運(yùn)行壓力0.5 MPa；過(guò)濾器運(yùn)行壓差≤0.1 MPa；碳鋼腐蝕速率<0.075 mm/a；不銹鋼、銅腐蝕速率<0.005 mm/a；污垢熱阻值1.72×10-4～3.4×10-4m2·K/W；pH值為8.5～9.5；總堿<1 100 mg/L；總硬<180 mg/L；鈣硬度≤70 mg/L；氯離子≤250 mg/L；全鐵<1 mg/L；總磷4～6 mg/L；濁度<15 NTU；濃縮倍數(shù)2.5～3.0倍；異氧菌數(shù)冬季<1×105個(gè)/mL，夏季<5×105個(gè)/mL。

2　系統(tǒng)運(yùn)行中需要注意的問(wèn)題

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管理的目的是盡可能地降低換熱設(shè)備的腐蝕速率，維持換熱設(shè)備較高的換熱效率。要想達(dá)到上述目的，必須控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中沉積物、生物黏泥的生成。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)日常工藝管理即水質(zhì)控制的重點(diǎn)是加藥量的控制、濃縮倍數(shù)及pH值的控制和日常工藝指標(biāo)監(jiān)測(cè)分析。

2.1加藥量的控制

在工業(yè)化循環(huán)冷卻水系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)，根據(jù)工藝條件，通過(guò)投加適量的緩蝕阻垢劑及殺菌劑等藥劑，保證循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)始終處于較為理想的狀態(tài)。

2.1.1緩蝕阻垢劑的投加

緩蝕阻垢劑的作用是阻止循環(huán)冷卻水中碳酸鈣等水垢的析出和減緩換熱設(shè)備的腐蝕，緩蝕阻垢劑有很多種類型，根據(jù)使用效果及經(jīng)濟(jì)分析，目前使用最廣泛的緩蝕阻垢劑是聚磷酸鹽，公司緩蝕阻垢劑的加藥量是根據(jù)循環(huán)冷卻水水質(zhì)分析報(bào)告中的總磷含量(4～6 mg/L)來(lái)控制，目前公司投加量為 150 kg/d，通過(guò)加藥劑泵均勻投加。

2.1.2殺菌劑的投加

投加殺菌劑的目的是控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的微生物，防止生物黏泥的生成。殺菌劑的加藥量是根據(jù)公司循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)分析及運(yùn)行情況，結(jié)合藥劑生產(chǎn)廠家藥劑成分及相關(guān)使用單位經(jīng)驗(yàn)，由雙方技術(shù)人員共同制定，并在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)水質(zhì)情況不斷進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)幾年來(lái)的摸索，目前，公司殺菌劑的加藥量已形成比較穩(wěn)定的指標(biāo)(投加方式為沖擊式投加)。具體見表1。

表1　殺菌劑加藥量

2.2加強(qiáng)旁濾裝置的檢測(cè)和使用

即使在水質(zhì)處理較好、補(bǔ)充水濁度也較低的情況下，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的濁度仍會(huì)不斷升高，從而加重污垢的形成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在穩(wěn)定操作的情況下濁度會(huì)升高的原因是由于冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔與空氣接觸時(shí)，空氣中的灰塵會(huì)被洗入水中，特別是在氣候干燥、灰塵飛揚(yáng)時(shí)更加明顯。旁濾裝置的作用是將循環(huán)冷卻水部分通過(guò)此裝置，通過(guò)裝置中石英砂、無(wú)煙煤等濾料，將循環(huán)冷卻水中部分的懸浮物及微生物除去。根據(jù)理論計(jì)算及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，旁流量一般在1%～5%較為經(jīng)濟(jì)合理。

公司旁濾裝置采用的是重力式無(wú)閥濾池，過(guò)濾過(guò)程完全依靠循環(huán)冷卻水的重力自動(dòng)流入濾池進(jìn)行過(guò)濾和反洗，且濾池本身沒有閥門。其運(yùn)行全部自動(dòng)進(jìn)行，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。目前，公司旁濾裝置的進(jìn)水量為2×200 m3/h。

2.3.1濃縮倍數(shù)的控制

根據(jù)理論計(jì)算和多年來(lái)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)應(yīng)維持在3.0左右最為適宜。公司的濃縮倍數(shù)控制在2.5～3.0。

2.3.2pH值的控制

循環(huán)冷卻水pH值應(yīng)在7.0～9.5的范圍。因?yàn)楦鞣N水處理藥劑都有其適用范圍，一般在6.5～10.0。循環(huán)冷卻水的pH值低于這一范圍時(shí)，水的腐蝕性增加，造成設(shè)備的腐蝕速率增加；循環(huán)冷卻水的pH值高于這一范圍時(shí)，則水的結(jié)垢傾向增大，容易引起換熱設(shè)備的結(jié)垢。因此，在合適的范圍內(nèi)，循環(huán)冷卻水中pH值波動(dòng)范圍越小越好。公司循環(huán)冷卻水的pH值控制在8.5～9.5。

2.4清洗和預(yù)膜

2.4.1清洗

由表6可看出，安吉抗核清潔小流域治理工程在三類評(píng)價(jià)中綜合占優(yōu)，因此可作為一種推廣模式。而從關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)上看，該工程能較好地考慮到各個(gè)指標(biāo)的相容度，表明該指標(biāo)在執(zhí)行過(guò)程中具備較強(qiáng)的兼容性，因此也具有很強(qiáng)的參考意義。

冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，冷卻設(shè)備的金屬表面上常常會(huì)發(fā)生沉積物的集積，大大降低換熱器的換熱效果。為提高冷卻效果，防止腐蝕和抑制微生物生長(zhǎng)，冷卻水系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行清洗，以除去金屬表面上的那些沉積物。

新的冷卻設(shè)備，在制造加工和運(yùn)輸及儲(chǔ)存期間會(huì)發(fā)生銹蝕，帶入切削油、防銹油。在安裝過(guò)程中可能留下碎屑、油類、泥砂和雜物。因此在開車之前，新的冷卻水系統(tǒng)也需要清洗。

冷卻水系統(tǒng)的清洗方法可以分為兩大類：物理清洗和化學(xué)清洗。物理清洗是指通過(guò)物理的或機(jī)械的方法對(duì)冷卻水系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行清洗的一類清洗方法。這種方法的不足之處是不易沖掉那些較硬的、黏結(jié)很牢的沉積物，如硬垢和腐蝕產(chǎn)物，所以常和化學(xué)清洗配合使用。

化學(xué)清洗是通過(guò)化學(xué)藥劑的作用使被清洗設(shè)備中的沉積物溶解、疏松、脫落或剝離的一類清洗方法。化學(xué)清洗按清洗方式可分為：①浸泡法；②噴淋法；③泡沫法；④循環(huán)法。在大設(shè)備清洗時(shí)，通常是在清洗液儲(chǔ)槽和被清洗的設(shè)備之間接上循環(huán)泵和管道，形成一個(gè)閉合回路，使清洗液不斷循環(huán)，沉積物不斷受到新鮮清洗液的化學(xué)作用和沖刷作用而溶解和脫落。

2.4.2預(yù)膜

預(yù)膜的目的是讓清洗后尤其是酸洗后處于活化狀態(tài)下的新鮮金屬表面上，或其保護(hù)膜曾受到重大損傷的金屬表面上，在投入正常運(yùn)行之前預(yù)先生成一層完整而耐蝕的保護(hù)膜。預(yù)膜時(shí)，緩蝕劑的濃度較高，預(yù)膜結(jié)束后，則用低濃度的緩蝕劑進(jìn)行日常運(yùn)行。預(yù)膜時(shí)機(jī)的選擇：①新的換熱器或冷卻水系統(tǒng)清洗之后，投入日常運(yùn)行之前；②舊的換熱器或冷卻水系統(tǒng)清洗，尤其是酸清洗之后；③冷卻水出現(xiàn)了低pH值漂移但被復(fù)原到控制的pH值之后；④冷卻水系統(tǒng)在檢修后即將開車之前。

2.4.3循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的清洗預(yù)膜

清洗和預(yù)膜一般同時(shí)進(jìn)行，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的清洗和預(yù)膜工作一般在每年的生產(chǎn)系統(tǒng)大修結(jié)束系統(tǒng)開車前進(jìn)行，由專業(yè)的水處理公司根據(jù)協(xié)助進(jìn)行。方案如下。

2.4.3.1清洗階段

操作步驟：5月10日10：00，投加高效緩蝕劑TKC-1200型3 t；懸掛腐蝕試片；根據(jù)發(fā)泡情況投加消泡劑TKC-1260。12點(diǎn)：開始逐漸投加硫酸使pH值調(diào)到3.5～4.5；14點(diǎn)：pH值調(diào)到3.5～4.5，期間定時(shí)測(cè)pH值，補(bǔ)酸使其維持在3.5～4.5，預(yù)計(jì)清洗時(shí)間12～24 h。

pH值：開始0.5 h一次；硫酸調(diào)到3.5～4.5范圍內(nèi)時(shí)2 h一次；Fe、濁度、Ca2+：投加硫酸后每2 h一次；清洗終點(diǎn)：Fe、濁度、Ca2+含量無(wú)明顯上升時(shí)清洗結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)行大排大補(bǔ)。5月11日4：00，系統(tǒng)進(jìn)行大排大補(bǔ)，打開旁濾過(guò)濾器，加快排污，預(yù)計(jì)排污8～16 h。pH值、濁度：每隔2 h檢測(cè)一次；Fe：每隔4 h檢測(cè)一洗。大排大補(bǔ)終點(diǎn)：pH值在5.5以上，F(xiàn)e含量在1×10-6以下，且濁度在20×10-6以下。

2.4.3.2預(yù)膜階段

操作步驟：13：00，大排大補(bǔ)結(jié)束，停止排補(bǔ)，系統(tǒng)投加氯化鈣，使其循環(huán)水中鈣含量在100×10-6以上(以碳酸鈣計(jì))，調(diào)鈣時(shí)間需要2～3 h。16：00調(diào)鈣完畢，開始進(jìn)行調(diào)酸，pH值調(diào)到5.8～6.8范圍內(nèi)，調(diào)酸時(shí)間大約4 h，調(diào)酸在預(yù)膜要求范圍內(nèi)，循環(huán)均勻。18：00，投加預(yù)膜劑TKC-2200 3 t(根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況看是否需要留出一部分預(yù)膜劑)，在此期間嚴(yán)格控制pH值5.8～6.8范圍內(nèi)；懸掛腐蝕掛片，一般預(yù)膜時(shí)間按現(xiàn)在溫度在16～36 h，預(yù)膜結(jié)束，系統(tǒng)進(jìn)行大排大補(bǔ)。分析項(xiàng)目及頻率：Ca2+，加氯化鈣調(diào)鈣時(shí)每1 h一次。直到鈣含量在100×10-6以上；pH值開始調(diào)酸后前期每2 h一次，投加預(yù)膜劑后每4 h一次；磷，初次投加1 h后檢測(cè)磷含量>200×10-6后每隔2 h檢測(cè)一次(具體分析頻率看現(xiàn)場(chǎng)排水情況)；預(yù)膜終點(diǎn)以懸掛試片外觀顏色為準(zhǔn)關(guān)于預(yù)膜效果的檢測(cè)，觀察掛片上成膜效果，使用的預(yù)膜劑不同，掛片上成膜的色彩也不同，通常用肉眼觀察，膜層均一、顏色一致，無(wú)銹斑既表示預(yù)膜良好，也有用配置化學(xué)溶液，滴于掛片上進(jìn)行檢驗(yàn)。化學(xué)溶液配制方法，常見硫酸銅溶液法：稱取15 g氯化鈉和5 g硫酸銅溶于100 mL水中，將配置好的硫酸銅溶液滴于預(yù)膜和未預(yù)膜的掛片上，同時(shí)測(cè)定出現(xiàn)藍(lán)點(diǎn)所需要的時(shí)間差，時(shí)間相差越大，表示預(yù)膜效果越好。5月12日24:00，系統(tǒng)進(jìn)行大排大補(bǔ)磷：每隔4 h檢測(cè)一次(具體分析頻率看現(xiàn)場(chǎng)排水情況)，大排大補(bǔ)終點(diǎn)：系統(tǒng)中磷含量<8×10-6。5月13日12：00，系統(tǒng)大排大補(bǔ)完畢，轉(zhuǎn)入投加緩釋阻垢劑和兩種殺菌劑正常運(yùn)行。

3　采取的相關(guān)節(jié)能措施

3.1冷卻風(fēng)機(jī)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)改為水輪機(jī)

公司循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)有兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為200 kW，根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)換熱設(shè)備需要及外界溫度影響，夏季需要兩臺(tái)風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行，春秋季一臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行，一臺(tái)間斷運(yùn)行，冬季一臺(tái)間斷運(yùn)行。全年按平均一臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行8 000 h計(jì)算，每年需電費(fèi)約90萬(wàn)元(電費(fèi)按0.65元/kW·h，電機(jī)功率因數(shù)按0.85)。

改造后，一臺(tái)風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)改為水輪機(jī)，在不增加任何功率消耗的情況下，利用循環(huán)冷卻水0.2 MPa回水余壓驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而停運(yùn)一臺(tái)200 kW電動(dòng)機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年可節(jié)約電費(fèi)幾十萬(wàn)元。

3.2循環(huán)水泵動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)改為汽輪機(jī)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)正常生產(chǎn)情況下運(yùn)行兩臺(tái)循環(huán)冷卻水泵，每臺(tái)功率為560 kW。同時(shí)，鍋爐出口為1.2 MPa左右的飽和蒸汽，各用汽崗位使用的蒸汽壓力為0.4 MPa左右。為此，通過(guò)公司技術(shù)部門考察論證，對(duì)循環(huán)冷卻水泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造。利用鍋爐1.2 MPa的飽和蒸汽，帶動(dòng)一臺(tái)0.8 MW的汽輪機(jī)，汽輪機(jī)通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)原來(lái)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)再帶動(dòng)循環(huán)冷卻水泵工作。汽輪機(jī)多余的功率，通過(guò)相關(guān)電力系統(tǒng)反饋到公司高壓電網(wǎng)。汽輪機(jī)需要檢修時(shí)，可拆開汽輪機(jī)與電動(dòng)機(jī)中間的聯(lián)軸器，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)循環(huán)冷卻水泵。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算，汽輪機(jī)滿負(fù)荷情況下消耗1.2 MPa飽和蒸汽約2 t/h，發(fā)電量約750 kW。因此，每年可節(jié)約電費(fèi)220萬(wàn)元左右。

4　運(yùn)行效果

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行的好壞主要看腐蝕速率，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕速率的測(cè)定一般采用28 cm2的碳鋼掛片(進(jìn)出口各裝兩片)，系統(tǒng)運(yùn)行幾年來(lái)的腐蝕速率如表2所示(算術(shù)平均值)。

表2　2012-2015年循環(huán)冷卻水系統(tǒng)腐蝕速率統(tǒng)計(jì)表

注：2012年因生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定及循環(huán)冷卻水系統(tǒng)加藥量處于摸索階段，腐蝕速率偏高。

5　結(jié)論

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的正常運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)至關(guān)重要。因此，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的日常管理必須持之以恒。管理的重點(diǎn)是控制好濃縮倍數(shù)、pH值及藥劑投加量，加強(qiáng)日常檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)偏離工藝指標(biāo)的問(wèn)題及時(shí)處理。同時(shí)，結(jié)合自身工藝條件，利用合同能源管理等方法，盡可能利用好相關(guān)技術(shù)成熟的節(jié)能措施。使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)長(zhǎng)周期穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，為生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行創(chuàng)造好的條件。

2016-06-29

孫照新(1976-)，男，工程師，從事化工工藝和化工安全方面的工作，電話：13837815467。

TQ022.121，TQ051.5

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1003-3467(2016)09-0049-04