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1、 優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)，提高設(shè)備運(yùn)行效率 唐鋼氣體公司 2010年9月 一、背景概況 唐鋼水處理中心是華北最大的水處理中心，它是唐鋼重大循環(huán)經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排工程之一。從09年10月起，唐鋼關(guān)停所有深井水，實(shí)現(xiàn)廢水零排放，同時(shí)不再購(gòu)買(mǎi)新水，采用城市中水作為唯一生產(chǎn)水源，這在國(guó)內(nèi)鋼鐵行業(yè)中尚屬首家?；谶@樣的背景，我們唐鋼氣體生產(chǎn)用補(bǔ)充水源一律從深井水補(bǔ)充改變?yōu)樗幚碇行牡闹兴础? 二、 考慮因素 水源的改變帶給我們循環(huán)水運(yùn)行新的問(wèn)題，由于初期中水水質(zhì)各種參數(shù)變化較大，即使變更了運(yùn)行方案也要隨著不斷變化的中

2、水進(jìn)行調(diào)整，難度較大，像電導(dǎo)率、鐵離子等參數(shù)的增大，所以循環(huán)水的系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化一直在困擾著。 1、循環(huán)水的主要控制指標(biāo)及對(duì)設(shè)備的影響 1）濁度：表示水中懸浮固體含量，所表示的顆粒粒徑為1nm-1μm，即通常所說(shuō)的膠體物質(zhì)。因?yàn)槟z體物質(zhì)對(duì)循環(huán)冷卻水產(chǎn)生污垢、菌藻茲生起著至關(guān)重要的作用。循環(huán)冷卻水的濁度對(duì)換熱設(shè)備的污垢熱阻和腐蝕速率影響較大，所以要求越低越好。運(yùn)行的實(shí)踐證明循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)有旁濾池時(shí)，濁度可控制在5mg/l以內(nèi)，一般工廠企業(yè)的循環(huán)冷卻水的濁度可以控制在10mg/l以下，濁度不應(yīng)大于20mg/l。 2）PH值：一般要求6.8-9.5之間， PH值范圍的控制寬窄，直接反映的是藥劑

3、緩蝕阻垢性能的提高，控制在中性與弱堿性之間較合理。 3）鈣硬度＋甲基橙堿度：采用綜合指標(biāo)兩項(xiàng)合計(jì)更加科學(xué)。CO32-是隨著H+的濃度而改變的，當(dāng)H+高時(shí)，CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3-，而增大了溶解度，因此導(dǎo)致CaCO3沉淀是由兩個(gè)因素構(gòu)成的，即H+濃度（堿度）和Ca2+含量?jī)蓚€(gè)因素構(gòu)成的。 4）總鐵 ：鐵離子為天然水中的微量離子，錳離子含量更少，約為鐵離子的十分之一。一般二者共存，不易分離，故常以鐵含量來(lái)代表鐵和錳離子總量。 水中的總鐵含量包括膠態(tài)鐵和亞鐵離子兩部分。膠態(tài)鐵為三價(jià)鐵，通常以氫氧化鐵或鐵氧化物的水合物呈膠體狀態(tài)懸浮于水中。在循環(huán)水系統(tǒng)中，會(huì)沉積在水冷器表面上，形成黏著性強(qiáng)、難

4、清除的污垢，并能導(dǎo)致垢下腐蝕。亞鐵離子為溶解性離子，在循環(huán)水系統(tǒng)中，能促進(jìn)碳酸鈣結(jié)晶并沉積，在采用磷系水穩(wěn)定劑時(shí)，有可能行成黏結(jié)性很強(qiáng)的磷酸亞鐵污垢，還是鐵細(xì)菌繁殖的營(yíng)養(yǎng)源。一般對(duì)補(bǔ)充水總鐵含量要求＜0.2～0.5mg/L。根據(jù)不少系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)資料來(lái)看，控制總鐵 ＜0.5mg/L是完全可以做到的，這種水的腐蝕速率都很低。總鐵如達(dá)到1.5mg/L或2.0mg/L時(shí)，實(shí)際上腐蝕速度已經(jīng)超標(biāo)?？刂蒲h(huán)水的總鐵量除需控制補(bǔ)充水的總鐵量之外，主要改善水的緩蝕性能。 國(guó)內(nèi)很多廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)，總鐵均在1mg/L以下。 5）氯離子： 對(duì)于循環(huán)冷卻水中氯離子指標(biāo)，不僅國(guó)內(nèi)而且在國(guó)際上也是眾說(shuō)紛紜、指標(biāo)各異，氯離子

5、指標(biāo)對(duì)循環(huán)冷卻水處理影響很大，指標(biāo)不切實(shí)際將導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕損壞或水處理費(fèi)用增加，氯離子-有極高的極性，促進(jìn)腐蝕反應(yīng)，又有很強(qiáng)的穿透性，容易穿透金屬表面的保護(hù)膜，造成縫隙腐蝕和孔蝕，危害很大，能使水冷器在短期內(nèi)報(bào)廢。國(guó)際上還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的。高低不一，有的公司限制很?chē)?yán)，規(guī)定應(yīng)小于100 mg/L，甚至小于50 mg/L，但有的公司則不太嚴(yán)，規(guī)定為<400 mg/L，還有的公司則不限制。我國(guó)最終氯離子指標(biāo)修訂值由現(xiàn)行規(guī)范300 mg/L提高至700 mg/L，雖然現(xiàn)有工廠運(yùn)行的氯離子指標(biāo)高達(dá)1000 mg/L以上，但畢竟不太普遍，為穩(wěn)妥起見(jiàn)，采用平均偏上的指標(biāo)。

6、總之，氯離子的腐蝕不是單一的因素，要綜合考慮濁度、pH值、菌藻數(shù)量等因素。 2、 污垢和微生物的影響 1）水垢：由于循環(huán)冷卻水在冷卻過(guò)程中不斷蒸發(fā)，使水中含鹽濃度不斷增高，超過(guò)某些鹽類(lèi)的溶解度而沉淀。常見(jiàn)有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質(zhì)地比較致密，可以防止對(duì)金屬面的腐蝕，但是卻大大的降低了傳熱效率，0.6毫米的垢厚就使傳熱系數(shù)降低了17.9％。 2）污垢：污垢主要由水中的有機(jī)物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構(gòu)成，垢的質(zhì)地松軟，不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕。 3）腐蝕：循環(huán)冷卻水對(duì)換熱設(shè)備的腐蝕，主要是電化腐蝕，產(chǎn)生的原因有設(shè)備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子

7、（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蝕的后果十分嚴(yán)重，不加控制極短的時(shí)間即使設(shè)備報(bào)廢。 4）微生物的孳生： 因?yàn)檠h(huán)冷卻水中有充足的氧氣、合適的溫度及豐富的營(yíng)養(yǎng)，很適合微生物的生長(zhǎng)繁殖，如不及時(shí)控制將迅速導(dǎo)致水質(zhì)惡化、發(fā)臭、變黑，大量黏垢沉積，設(shè)備腐蝕加劇。因此循環(huán)冷卻水處理的關(guān)鍵即是控制微生物的繁殖。 三、水質(zhì)判斷分析： 1、一般用兩個(gè)指數(shù)來(lái)判斷，即飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù) 1） Langlier（朗格利爾指數(shù)又稱飽和指數(shù)） Is=pH-pHs Is＞0 碳酸鈣過(guò)飽和； Is＜0 碳酸鈣不飽和； Is＝0 飽和狀態(tài)。 但是由于碳酸鈣結(jié)晶時(shí)介穩(wěn)區(qū)

8、的影響，上述判斷有誤差，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指數(shù)為 Is＝0.5～2.5 穩(wěn)定； Is＜0.5 腐蝕 ；Is＞0.5 結(jié)垢 。 2）穩(wěn)定指數(shù) S=2pHs-pH S≈6.0 穩(wěn)定； S＜3.7 嚴(yán)重結(jié)垢 ；3.7＜S＜6.0 結(jié)垢； 6.0＜S＜7.5 腐蝕 ；S＞7.5 嚴(yán)重腐蝕。 3）碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)RSI≥3.3，這也是控制碳酸鈣沉淀的一個(gè)指標(biāo)，它是根據(jù)碳酸鈣飽和指數(shù)計(jì)算得出。有多個(gè)計(jì)算式，推薦計(jì)算公式為： pHs＝9.70+A+B-C-D A—總?cè)芙夤腆w系數(shù) B—溫度系數(shù) C—鈣硬系數(shù) D—堿度系數(shù) 2、對(duì)煉鋼分公司不同時(shí)期水質(zhì)的判斷情況： 表一 09年08月份數(shù)據(jù) 　 水質(zhì)

9、 PH 電導(dǎo)率us/cm 總硬度mg/l Ca2+mg/l Cl-mg/l 總堿mg/l 總磷mg/l 老系統(tǒng) 循環(huán)水 8.33 1383.0 776.0 540.0 222.0 333.0 3.0 補(bǔ)充水 7.5 851 480 324 128 194 /　 新系統(tǒng) 循環(huán)水 8.4 1201 652 472 166 322 3.5 補(bǔ)充水 7.5 761 452 324 118 228 /　 注：表中總硬、鈣硬、總堿均已CaCO3計(jì)。 pHs＝9.70+A+B-C-D =6.98 Is=pH-

10、pHs=0.58 S=2pHs-pH=6.4 表中可以看出，補(bǔ)水水質(zhì)指標(biāo)偏高，鈣硬、總堿和氯離子指標(biāo)都較高，濃縮后極易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，從飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)判定，冷卻水的水源水屬于結(jié)垢腐蝕型水質(zhì)。 3、其后分別不同時(shí)期對(duì)循環(huán)水和補(bǔ)水進(jìn)行分析： 2009年12月9日分析結(jié)果： Is=0.89 S=6.0 判斷為結(jié)垢性水質(zhì)，此時(shí)未使用中水。 2010年3月9日分析，此時(shí)使用中水不到2個(gè)月時(shí)間， Is=-0.43 S=8.26 判斷為腐蝕性水質(zhì)。 2010年7月7日分析，使用中水5個(gè)月時(shí)間， Is=-0.09 S=7.68 判斷為腐蝕性水質(zhì)。 2011年8月16日分

11、析，使用中水一年半時(shí)間， Is=0.11 S=7.2 判斷為腐蝕性水質(zhì)。 從水質(zhì)跟蹤情況看，雖然從結(jié)垢性向腐蝕性的改變，但腐蝕趨勢(shì)也在使用中水后逐漸在降低，從節(jié)水節(jié)藥上和加藥處理上有了很大的提高 補(bǔ)充水用量和藥劑用量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并逐年走低。只是在去年底開(kāi)始分公司加入剝離劑適當(dāng)增加了藥劑費(fèi)用。 四、從節(jié)水節(jié)藥方面所做的工作 制氧系統(tǒng)的循環(huán)水處理主要是沉積物控制、腐蝕控制和微生物控制，處理方法的確定常常與補(bǔ)水的水量和水質(zhì)有關(guān)，與設(shè)備的性質(zhì)和材質(zhì)也有關(guān)。雖然《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范GB50050-2007》從節(jié)水角度將濃縮倍數(shù)提高到5，提高循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)雖是一種既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的措

12、施，但應(yīng)該針對(duì)補(bǔ)充水的水質(zhì)來(lái)確定，如果補(bǔ)充水使用地下水、自來(lái)水提高濃縮倍數(shù)有著很大的空間，但也要辯證的動(dòng)態(tài)的看待這個(gè)問(wèn)題，不必一味的追求高濃縮倍數(shù)。我們?cè)谑褂锰幚磉^(guò)的中水作為補(bǔ)充水的這幾年里也做了些工作如下： 1、首先系統(tǒng)保有水量較大制約了濃縮倍數(shù)的進(jìn)一步提高。目前我公司循環(huán)水系統(tǒng)的保有水量普遍過(guò)大，其保有水量與循環(huán)水量之比一般為1/2，這與一些較先進(jìn)企業(yè)保有水量與循環(huán)水量之比已達(dá)1/3～1/5相差較多。 從濃縮倍數(shù)的定義式可知，濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水的含鹽量與其補(bǔ)充水的含鹽量之比，我們一般用循環(huán)水氯離子（電導(dǎo)率）與補(bǔ)充水的氯離子（電導(dǎo)率）之比。循環(huán)水中鹽的濃度大小直接影響著濃縮倍數(shù)的高低。

13、如果系統(tǒng)的循環(huán)供水量一定，在一定的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)量也一定時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的保有水量越小時(shí),則此時(shí)體系中鹽濃度越大，濃縮倍數(shù)就越大；反之，保有水量越大，則濃縮倍數(shù)就越小。因而保有水量與循環(huán)水量的比值過(guò)大，在一定程度上制約了濃縮倍數(shù)的進(jìn)一步提高。不過(guò)在保證系統(tǒng)機(jī)組正常運(yùn)行的情況下降低系統(tǒng)的保有水位，使得目前保有水量與循環(huán)量之比可以達(dá)到1/3.5，也使得保有量的減少有害離子的濃度也會(huì)降低。 2、使用經(jīng)過(guò)再處理水作為系統(tǒng)補(bǔ)充水。唐鋼在2009年底建成了一座國(guó)內(nèi)最大領(lǐng)先的污水處理中心，我公司的水源補(bǔ)充全部來(lái)自于處理中水，未再使用自來(lái)水和深井水，來(lái)水的氯離子均在200-300mg/l之間，且中水電導(dǎo)率不穩(wěn)定一般在

14、1500-1800us/cm，使得循環(huán)水的處理難度加大，雖然目前我們濃縮倍數(shù)控制在2左右，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行也是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，與實(shí)際運(yùn)行使用自來(lái)水地下水資源濃縮倍數(shù)在4-5的已經(jīng)是非常大的節(jié)水貢獻(xiàn)了。 3、合理改造旁濾設(shè)施，提高處理效率。目前此分公司有兩套旁濾設(shè)施，其中拆除了一套處理能力不足效果不明顯的旁濾設(shè)施，大大提高旁濾池的截污能力，使循環(huán)水過(guò)濾后濁度降低，濁度18-20mg/l降低到11-13mg/l之間，降低幅度達(dá)37%，從而降低了循環(huán)冷卻系統(tǒng)的濁度，改善了設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求。 4、合理選擇檢測(cè)方法，真實(shí)反映出系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。目前我公司在日常監(jiān)測(cè)中由氯離子適當(dāng)每季度加入了鉀離子計(jì)算濃縮倍

15、數(shù)，由于鉀離子性質(zhì)穩(wěn)定、溶解度大，且循環(huán)水中又無(wú)此來(lái)源，在輔助用監(jiān)測(cè)鈣離子和電導(dǎo)率作為系統(tǒng)提高濃縮倍數(shù)下運(yùn)行時(shí)結(jié)垢和腐蝕的判定依據(jù)。目前補(bǔ)水鈣離子一般在280-360之間，根據(jù)Lanylier飽和指數(shù)和Ryzner穩(wěn)定指數(shù)對(duì)我們的水質(zhì)判斷得出穩(wěn)定指數(shù)S是從6.2慢慢運(yùn)行到7.2了，Is也從0.5逐步將到0.11，由此可以判斷水質(zhì)的結(jié)垢腐蝕傾向。 5、系統(tǒng)清洗對(duì)濃縮倍數(shù)的影響。前段時(shí)間每月進(jìn)行一次系統(tǒng)的粘泥剝離和夏季每月兩次的剝離，造成了系統(tǒng)循環(huán)水的大排和補(bǔ)充水的大補(bǔ)，每次進(jìn)行至少5天，使得濃縮倍數(shù)下降且不利于節(jié)水節(jié)藥。于是重新優(yōu)化了水處理方案，并且在每周一次的投加非氧化型殺菌劑時(shí)不強(qiáng)制性的進(jìn)

16、行大量排水，直接轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，且剝離劑由每月的沖擊性投加改為日常加藥。 　 五、四套水循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水量18000m3/h，系統(tǒng)水容積9200 m3 。其工藝流程為： 冷卻塔 冷水池 旁濾設(shè)施 過(guò)濾泵 制氧系統(tǒng)冷卻 循環(huán)泵 1、控制指標(biāo)以及加藥處理 循環(huán)水系統(tǒng)水處理指標(biāo)參照《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50050—2007標(biāo)準(zhǔn)，每天對(duì)水樣中的總硬、鈣硬、氯離子、電導(dǎo)率、PH值、總堿、總鐵、濁度、總磷進(jìn)行： 循環(huán)冷卻水主要水質(zhì)控制指標(biāo) 項(xiàng)目 濁度 總硬度 鈣硬 氯離子 電導(dǎo)率 PH值 總堿 總鐵 總磷 單位 NTU mg/L mg/L

17、 mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 控制指標(biāo) ≤15 ≤700 ≤500 ≤400 ≤2600 ≤300 ≤1 2、分析頻次與加藥處理 水系統(tǒng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率 序號(hào) 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目 監(jiān)測(cè)頻率 1 pH 每天一次 2 電導(dǎo) 每天一次 3 濁度 每天一次 4 總硬度 每天一次 5 鈣硬度 每天一次 6 總堿度 每天一次 7 氯離子 每天一次 8 總鐵 每天一次 9 總磷 每天一次 3、加藥方法： 1）、日常加藥緩蝕阻垢劑有兩種026與602每天投加量按照公式=日補(bǔ)水量*（0.05-0.0

18、7）kg/m3 2）、殺菌滅藻劑主要采用氧化性殺菌劑，輔以非氧化性殺菌劑。采用990型氧化性殺菌劑和2A型非氧化性殺菌劑交替使用，濃度為0.1kg/ m3，按照保有水量投加，投加頻率夏季4次/月，冬季3次/月，因?yàn)槟壳笆褂玫臑橹兴?，殺菌?wèn)題特別關(guān)注。 3）、粘泥剝離劑：因采用中水，系統(tǒng)粘泥危害增加，目前水走殼程的換熱器污垢較多，使用991型粘泥剝離劑，通過(guò)投加逐漸將系統(tǒng)中粘泥污垢剝離下來(lái)隨循環(huán)水排出系統(tǒng)，控制新的粘泥形成，剝離過(guò)程中視起沫情況投加消泡劑，保證系統(tǒng)的安全。投加濃度0.15-0.2kg/ m3，投加量按照濃度控制，投加頻率為日常投加。 六、管理上的新措施 1、水質(zhì)分析和現(xiàn)

19、狀判斷，通過(guò)計(jì)算飽和指數(shù)和穩(wěn)定指數(shù)對(duì)我公司的制氧機(jī)組循環(huán)冷卻水的水源水質(zhì)進(jìn)行分析，判斷其結(jié)垢或腐蝕傾向。 2、確定水處理重點(diǎn)，制氧系統(tǒng)循環(huán)水是低高溫兩個(gè)系統(tǒng)。高溫系統(tǒng)的設(shè)備主要有空壓機(jī)、氧壓機(jī)、氮壓機(jī)、油冷器等換熱設(shè)備，防止結(jié)構(gòu)和腐蝕是水處理的重點(diǎn)；低溫系統(tǒng)的設(shè)備主要有冷凍機(jī)組、空冷塔、水冷塔等設(shè)備，防止低溫結(jié)垢的形成是水處理的重點(diǎn)。 3、自從2009年底改用唐鋼的中水作為補(bǔ)充水后，由于中水水質(zhì)很不穩(wěn)定，各種指標(biāo)波動(dòng)較大，重新確定方案調(diào)整藥劑配方和加藥劑量，使得循環(huán)水控制基本穩(wěn)定，拆解設(shè)備沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。 4、中水因是回用水，有害成分較多，細(xì)菌容易繁殖，菌澡控制不好容易造成細(xì)菌超標(biāo)，造成粘

20、泥的產(chǎn)生，適時(shí)增加粘泥剝離劑的季節(jié)調(diào)整處理。 5、現(xiàn)場(chǎng)人員每天對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行巡視和水質(zhì)分析，每天及時(shí)提交水質(zhì)化驗(yàn)單、水處理檢測(cè)指標(biāo)；每月以月報(bào)形式回饋系統(tǒng)運(yùn)行情況。 6、各系統(tǒng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)均依照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，未分析項(xiàng)目逐步由藥劑廠家取樣分析并報(bào)告，且化驗(yàn)儀器與設(shè)備都經(jīng)計(jì)量或技術(shù)監(jiān)督部門(mén)鑒定并出具合格證書(shū)，化驗(yàn)過(guò)程規(guī)范、準(zhǔn)確?；?yàn)次數(shù)按每天一次，取樣時(shí)間為每天8：00點(diǎn)。 每次隨著設(shè)備的檢修和對(duì)設(shè)備解體時(shí)跟蹤，發(fā)現(xiàn)管道、油冷卻器的列管內(nèi)、空冷塔的噴淋布水器管等等使用循環(huán)水的部位都很正常，就是設(shè)備原材質(zhì)的顏色，偶爾有極少的粘泥，這是公司在優(yōu)化水系統(tǒng)工作的一個(gè)成績(jī)的指標(biāo)，我們也會(huì)繼續(xù)在循環(huán)水處理上摸索前行。