時金甫

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇連云港 222042)

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純堿生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水處理新思路

時金甫

(連云港堿業(yè)有限公司，江蘇連云港 222042)

簡要分析了純堿生產(chǎn)過程中循環(huán)冷卻水處理的現(xiàn)狀，存在的問題，并介紹了循環(huán)水的電化學(xué)處理技術(shù)及其應(yīng)用，為純堿廠提高循環(huán)水處理水平，延長純堿裝置換熱器設(shè)備壽命，降低純堿生產(chǎn)消耗提供了新思路。

純堿；循環(huán)冷卻水；電化學(xué)處理；殺菌；換熱器

1 簡 述

純堿生產(chǎn)過程中需要大量使用循環(huán)冷卻水，現(xiàn)有的處理方法通常是化學(xué)處理技術(shù)，一般是阻垢劑、分散劑、殺菌劑三種，該技術(shù)有一定局限性，在碳化冷卻箱、氨冷卻器、氨鹽水換熱器、壓縮機(jī)中末冷器都不同程度存在結(jié)垢、粘泥現(xiàn)象，每年對關(guān)鍵設(shè)備都要進(jìn)行酸洗，既增加了運行成本，又縮短了設(shè)備壽命。主要問題如下：

1)濃縮倍數(shù)受限，存在排污。

按水質(zhì)控制要求及滿足生產(chǎn)需要循環(huán)水的濃縮倍數(shù)受到限制，這是由于循環(huán)水中結(jié)垢性離子濃度和氯離子濃度決定的。

2)微生物滋生和粘泥。

菌藻的耐藥性決定了經(jīng)常需要沖擊加藥，造成水質(zhì)出現(xiàn)波動，結(jié)垢性指數(shù)有超標(biāo)現(xiàn)象，在循環(huán)水池、較細(xì)的換熱器管中沉積的大量污泥正是殺死的菌藻沉積。

3)系統(tǒng)仍然存在結(jié)垢現(xiàn)象，特別是高溫?fù)Q熱器。

這是由于加藥處理的原理決定的。一方面以重碳酸鹽為代表的結(jié)垢性離子只是被分散在水中，在換熱的地方出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，比如在填料上結(jié)垢，需要經(jīng)常更換填料。另一方面，加藥量與濃縮倍數(shù)之間的關(guān)系是在一定設(shè)定條件下確定的，在復(fù)雜的循環(huán)水系統(tǒng)中，換熱器非常多，工況存在差異，有時存在部分高溫?fù)Q熱設(shè)備，理論上對不同工藝條件的換熱器水質(zhì)的控制標(biāo)準(zhǔn)要求也不一樣，在一個大系統(tǒng)中就無法兩全其美，不可能照顧到所有換熱器，只能是一部分換熱器運行在較佳工況。即使是最簡單的電廠冷卻系統(tǒng)，也會因為負(fù)荷、季節(jié)變化，換熱器工作條件也在變化。即使在純堿生產(chǎn)碳化裝置最關(guān)鍵部位，換熱溫度并不高，在檢修時也發(fā)現(xiàn)有明顯的結(jié)垢。

4)為了保證生產(chǎn)換熱需要，每年還需要對換熱器進(jìn)行酸洗，對設(shè)備壽命產(chǎn)生不利影響。

5)結(jié)垢影響傳熱效率，降低了能源利用效率。在電廠凝器中，即使是投用了膠球清洗，也難免出現(xiàn)結(jié)垢，還是要定期酸洗或機(jī)械清洗，就是半邊清洗，對發(fā)電的影響也是巨大的。

2 電化學(xué)設(shè)備工作原理與優(yōu)勢

電化學(xué)設(shè)備是利用水及水中礦物質(zhì)的電化學(xué)特性，通過電化學(xué)來調(diào)節(jié)水中礦物質(zhì)的平衡，而實現(xiàn)去除結(jié)垢物質(zhì)、防腐和防治微生物的目的。是一種清潔的循環(huán)冷卻水處理技術(shù)。

2.1 電化學(xué)設(shè)備中陰極電化學(xué)反應(yīng)

反應(yīng)室中維持的工作電流大概為直流50～90 A。在陰極(反應(yīng)室內(nèi)壁)附近形成高濃度的氫氧根，這種升高的pH環(huán)境(pH高達(dá)13)，讓易結(jié)垢的礦物質(zhì)預(yù)先結(jié)垢，并從水中析出。實際上，陰極附近局部的高氫氧根濃度形成的化學(xué)環(huán)境，和用石灰處理形成的冷石灰軟化環(huán)境類似。

鈣離子可能形成

氫氧化鈣: Ca(OH)2(垢)

碳酸鈣: CaCO3(垢)

2.2 電化學(xué)設(shè)備中陽極電化學(xué)反應(yīng)

電流也將一部分的氯離子轉(zhuǎn)化成氯氣，在冷卻水中形成持續(xù)殺菌效果的次氯酸。同時產(chǎn)生臭氧、氧自由基、氫氧根自由基和雙氧水。這一系列產(chǎn)物提供了殺生效應(yīng)，結(jié)合安培電流及局部高的和低的(陽極)pH區(qū)域，維持了電化學(xué)設(shè)備內(nèi)部一個實時的消毒環(huán)境。

2.3 電化學(xué)設(shè)備優(yōu)勢

1)安全可靠。設(shè)備全自動操作，避免接觸危險化學(xué)品。

2)一機(jī)多能，同時解決結(jié)垢、微生物、生物粘泥和腐蝕問題，不需要添加化學(xué)藥劑，不向環(huán)境中排放任何化學(xué)藥劑，不會對環(huán)境帶來污染。由于移除了結(jié)垢性因子，系統(tǒng)結(jié)垢的可能性大大降低，設(shè)備運行周期得到延長，能源利用率得到提高。多重殺菌條件有效控制了菌藻的滋生。

3)運行成本低。單臺設(shè)備系統(tǒng)總功率最大3 kW。

4)通過合理安裝電化學(xué)設(shè)備電解水處理設(shè)備，徹底破壞微生物滋生的塔池底部的粘泥。

5)根據(jù)電導(dǎo)率的變化動態(tài)調(diào)節(jié)循環(huán)水系統(tǒng)的LSI指數(shù)，自動適應(yīng)水質(zhì)的變化，確保循環(huán)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定的運行。

6)電化學(xué)系統(tǒng)由微電腦控制，全自動化操作；維護(hù)方便簡單。

7)電化學(xué)系統(tǒng)設(shè)備占地面積小，重量輕，安裝方便靈活。

8)大幅度降低排污。除自動清垢會帶出少量水外，基本不需要排污，且這部分水集中后還可以回收進(jìn)系統(tǒng)。

圖1 電化學(xué)設(shè)備安裝示意圖

3 電化學(xué)處理技術(shù)在循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用實例

以下是某廠循環(huán)冷卻水加藥處理與電化學(xué)處理的部分?jǐn)?shù)據(jù)對比。

表1 某廠循環(huán)冷卻水加藥處理與電化學(xué)處理的數(shù)據(jù)

3.2 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的日常運行與控制

3.2.1 循環(huán)水水質(zhì)運行控制指標(biāo)

表2 循環(huán)水水質(zhì)運行控制指標(biāo)

(續(xù)表)

3.2.2 水處理運行效果標(biāo)準(zhǔn)

循環(huán)冷卻水經(jīng)電化學(xué)和化學(xué)處理后，其效果應(yīng)達(dá)到國家《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范GB50050—2007》的要求。

3.2.3 污垢沉積控制

水側(cè)污垢熱阻值<3.44×10-4m2·K/W

黏泥量<3 mL/m3

3.2.4 設(shè)備腐蝕控制

不銹鋼腐蝕速率<0.005 mm/a

銅及銅合金腐蝕速率<0.005 mm/a

碳鋼腐蝕速率<0.075 mm/a

3.2.5 微生物控制

異養(yǎng)菌<1×105個/mL，每月分析一次。

4 經(jīng)濟(jì)與社會效益

1)免加化學(xué)藥劑。有些情況下pH值偏高需要略加酸調(diào)節(jié)，如果廠內(nèi)有別處用水可以從循環(huán)水池分流。在加藥的情況下，分流會引起加藥費用增加。

2)節(jié)省排污費用。該方法按零排放設(shè)計，在設(shè)備自動排污時會帶出少量循環(huán)水，這部分水可以集中回收，水質(zhì)與循環(huán)水系統(tǒng)完全一致。

3)節(jié)能效益。由于結(jié)垢速度大幅度下降，換熱器使用效率、熱效率、產(chǎn)量等都受益。

4)大幅度減少設(shè)備清理與酸洗費用，延長設(shè)備使用壽命。

5)化學(xué)藥劑的生產(chǎn)與使用過程均存在環(huán)境污染問題。由于不使用化學(xué)藥劑，避免了環(huán)境污染。

5 結(jié) 論

循環(huán)水電化學(xué)處理技術(shù)原理科學(xué)，有效地將阻垢、殺菌、防腐功能集成，通過合理配置，每天的循環(huán)處理量超過系統(tǒng)循環(huán)量，提前移除結(jié)垢性離子，看得見效果，實踐證明，該方法完全適用于純堿生產(chǎn)過程的循環(huán)冷卻水處理，能大大減緩換熱器結(jié)垢速度，延長設(shè)備運行周期和運行效率，碳化冷卻箱、氨冷卻器、氨鹽水換熱器、壓縮機(jī)中末冷器運行工況得在明顯改善，對實現(xiàn)增產(chǎn)降耗，降低生產(chǎn)成本是一種有益的新思路，在所有的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)均可以運用。

TQ085.2

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1005-8370(2016)03-09-04

2016-03-28

時金甫(1965—)，連云港堿業(yè)有限公司副總工程師，高級工程師。