循环冷却水加药系统设计介绍

　　摘要：循环冷却水系统长时间的运行，水份不断蒸发，导致硬度变大；循环水的水温和pH值等适宜多数微生物的生长和繁殖，生成大量的粘泥沉积在金属表面上，为确保循环水系统正常运行，必须进行加药处理并对加药系统进行有关介绍。
　　关键词：循环冷却水加药处理
　　循环冷却水系统长时间的反复运转和使用，水份不断蒸发，使水中的含盐浓度不断提高，硬度变大；补充水中存在的某些微生物及少量的有机物、循环水的水温和pH值等适宜多数微生物的生长和繁殖，微生物的繁殖，生成大量的粘泥沉积在金属表面上，不但增加了水流阻力，而且还严重地降低了热交换设备的传热效率，同时还隔绝缓蚀阻垢剂对金属表面的保护作用，甚至加速了对金属管道和设备的腐蚀。
　　循环冷却水在运行过程中，主要产生水垢、污垢、腐蚀、微生物的孳生等，如果不进行有效处理，很难保证系统正常运行，对循环冷却水进行加药处理是解决水质危害的最有效的方法，也是生产运行中必须和必要的。
　　1循环冷却水中存在的危害
　　1.1水垢
　　水垢是指水中难溶解或微溶解的盐类物质，超过某些盐类的溶解度而沉淀，附着在金属表面上。循环冷却水系统的结垢主要有CaC03、磷酸钙、硅酸镁等，水垢的质地比较密集，可以防止对金属表面的腐蚀，但垢的产生却大大的降低了传热效率，导致系统阻力增大、循环水量减少、列管的堵塞等。影响结垢生成的主要因素有冷却水pH、Ca2＋、总碱度、水温、换热器表面温度、表面状态等。
　　1.2污垢
　　污垢是由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘、水中悬浮杂质等组成的生物粘泥，它附着在金属换热器列管内壁上，污垢的质地比较松软，但会导致传热效率下降、列管堵塞、产生垢下腐蚀等危害。影响污垢生成的主要因素有循环水温度、pH、溶解氧、营养源等。
　　1.3腐蚀
　　腐蚀是指金属和它所处环境之间发生的化学或电化学反应，而引起金属的破坏现象。腐蚀除了会造成输水管线、水冷却设备使用寿命减少外，还会造成水冷器的泄漏引起计划外的停车事故，使企业造成重大经济损失；另外由于腐蚀会产生锈瘤，会引起换热效率下降或管线堵塞等危害。
　　腐蚀产生的原因主要有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（CL-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素。
　　1.4微生物的孳生
　　因为循环冷却水中有充足的氧气、合适的温度及丰富的营养源，很适合微生物的生长繁殖，如果不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑，大量黏泥沉积，导致设备腐蚀加剧。
　　1.5其他离子的危害
　　循环水系统的金属设备还会因其它离子如氯离子和硫酸根离子的存在而引起危害，C1-和SO42-均属强腐蚀性离子，特别是氯离子由于其半径小，容易穿透钝化膜表面的微孔而产生点蚀现象；当有污垢存在时，氯离子可依靠其穿透力进入垢下与Fe2+生成FeCl2，FeCl2进一步水解生成Fe（OH）2和HCl，导致腐蚀区溶液呈酸性，使金属的腐蚀速度加快，氯离子是造成不锈钢点蚀及应力腐蚀的主要因素。SO42-的存在有利于硫酸盐还原菌的滋生和繁殖，在一定的条件下SO42-还会还原生成硫化氢，溶解于水后生成硫酸，降低了循环水的pH值，加速了循环冷却水系统金属的腐蚀。
　　2循环冷却水加药系统
　　针对循环冷却水系统中存在的各种危害，必须对其进行加药处理，加药系统主要包括清洗和预膜、投加阻垢缓蚀剂、氧化性杀菌剂、非氧化性杀菌剂、硫酸及监测换热器挂片试验等。
　　2.1清洗和预膜
　　为确保化学加药的效果，新建循环冷却水系统在投运前必须进行全系统的人工清扫、水清洗、化学清洗和预膜等工作。
　　人工清扫主要是清扫循环水管道、水池内基建施工遗留的焊渣、泥渣等杂物，以免污染和堵塞换热器设备和管道。
　　水清洗主要是清除管道、水池、设备表面的浮尘，为化学清洗创造条件。
　　化学清洗就是利用酸、碱、有机螯合剂、分散剂等化学药剂，通过化学作用，去除残留在金属表面的油污、浮锈等杂质，使设备金属表面得到活化和清洁。
　　预膜即是清洗结束后，在活化的金属表面迅速形成一层薄而致密的保护膜，抑制碳钢设备在水中的初始腐蚀，同时为下一步正常运行时低剂量的加药处理打下良好的基础。
　　2.2阻垢缓蚀剂
　　循环冷却水系统投加阻垢缓蚀剂，主要防止系统内金属表面上盐垢和粘泥的沉积，维护和修补预膜过程中形成的保护膜，从而抑制金属的腐蚀。
　　目前，国内循环水系统一般采用人工定时均匀加药，通过分析水中药剂的浓度，以此来调节加药泵的开度。由于系统容积较大，分析滞后和分析频率的有限，要将水稳剂的浓度控制在一定的范围存在困难。
　　荧光自动加药控制系统是近几年发展起来的先进示踪技术，即先将缓蚀阻垢剂荧光示踪化，药剂投加后，当循环水样由样品入口经流动皿后，在单色光的照射上，流动皿中已示踪化的药剂被激发，产生荧光，荧光强度和药剂的浓度成线性关系，可实现阻垢缓蚀剂的连续、自动、准确监测和投加，并将药剂浓度稳定地控制在要求的范围内。
　　2.3氧化性杀菌剂
　　投加氧化性杀菌剂，主要控制微生物粘泥对系统产生的严重的污垢和腐蚀危害，维护系统良好的运行状态，确保长周期安全生产，延长设备的使用周期和使用寿命。
　　2.4非氧化性杀菌剂
　　投加非氧化性杀菌剂，主要控制微生物粘泥对氧化性杀菌剂的抗药性，剥离粘在换热器管壁上的生物粘泥。
　　2.5硫酸
　　投加硫酸，主要用于调节循环冷却水的pH值，降低补充水中的钙硬度和总碱度，将HCO3-离子中和生成CO2和H2O，避免生成CaCO3等沉淀。
　　自动加酸系统通过安装在线pH计，及时监控水质pH值，在控制器上设定pH值的控制范围，自动控制加酸泵的启动和关闭。
　　2.6自动排污及浓缩倍数控制
　　当循环水系统浓缩倍数不符合设计要求时，通过现场检测补充水、循环水电导，计算出浓缩倍数。设置在线电导仪和电磁排污阀，实现自动排污，并准确控制钙硬度等水质指标在要求的范围内。操作时只需对浓缩倍数排污参数范围进行设定。信号通过电缆传输给调节阀，即可控制阀的开度，实现自动连续排污。
　　2.7监测换热器
　　监测换热器目前有两种，即电加热型和蒸汽加热型，因为电加热型安全可靠、操作简单，近几年被广泛采用。
　　（1）工作原理
　　电加热型监测换热器安装在冷却循环水旁路上进行测试，用加温的加热蒸汽作介质。根据获取的参数计算并预测冷却介质的整体运行状况。电加热型监测换热器本身是可以拆卸的，旁路安装方法又可以把试验系统从运行着的冷却循环水系统中隔离开来，因此试验周期可以根据试验要求来定。
　　（2）系统流程
　　a.进入电加热型监测换热器的冷却水，取自冷却塔冷却后的循环水，监测换热器出口的冷却水再返回循环系统。
　　b.电加热型监测换热器的热流体，采用加热蒸汽，自动稳压进入监测换热器。
　　3加药设备
　　3.1阻垢缓蚀剂投加装置
　　阻垢缓蚀剂投加装置主要由药剂罐、Y型过滤器、计量泵、脉冲阻尼器、背压阀、控制阀门、安全阀、缓冲罐、流量计、TRASAR（荧光示踪）在线监测探头、TRASAR水处理控制器及配套管路等组成，实现阻垢缓蚀剂在线监测与阻垢缓蚀剂投加量联锁控制。
　　荧光示踪化的缓蚀阻垢剂经流动皿后，荧光被照射到光电转换器上产生电流，电流经放大器被放大，从数字显示器上可直接读出循环水中药剂的浓度，并设置二路4～20mA的标准电流输出。一路输入DCS，另一路进入加药泵。通过设定加药控制范围，控制泵的加药量，此时药剂中的有效成份随时被控制仪监测，完成全自动加药。
　　（1）TRASAR水处理控制器
　　TRASAR水处理控制器是基于微处理器的控制器，其设计能力可以在一个指定的范围内对模拟量和数字量进行监控，同时增加了电脑对指定区域外的监控，用户可通过电脑设定数值来调节、控制水质。
　　TRASAR技术原理是将具有荧光性能的水处理剂加入到水系统，通过光电倍增管检测荧光信号,将此信号转换成数据信息来控制计量泵的工作状态。
　　（2）脉冲阻尼器
　　脉冲阻尼器安装于计量泵出口管路上，与计量泵一对一使用。由于计量泵工作状态为脉冲式加药，致使管道发生强烈震动，配置均流器后可将计量泵每次打出的药液进行缓冲，将脉冲式加药改变为连续均匀式加药，防止管道震动。
　　（3）背压阀
　　背压阀安装于计量泵出口至投药点的管路上，与计量泵对应使用。工作人员可根据要求调节背压阀工作压力。可防止计量泵停止运行时，投药点的清水倒灌至计量泵。
　　（4）安全阀
　　安全阀安装于泵出口至投药点的管路上，与计量泵对应使用。工作人员可根据要求调节安全阀的工作压力。当由于人员误操作或加药管线堵塞致使管道压力过高时，安全阀自动打开，将管道中的药液返回药液箱，防止管道爆裂，造成事故。
　　3.2氧化性杀菌剂投加装置
　　氧化性杀菌剂与阻垢缓蚀剂投加装置相比，除水处理控制器外，其配置基本相同，本系统另外配氧化还原（ORP）在线监测探头、ORP电位仪，实现ORP在线监测与氧化性杀菌剂投加量联锁控制。
　　3.3非氧化性杀菌剂投加装置
　　非氧化性杀菌剂与阻垢缓蚀剂投加装置相比，除水处理控制器外，其配置基本相同。
　　3.4硫酸投加装置
　　硫酸与阻垢缓蚀剂投加装置相比，除水处理控制器外，其配置基本相同，本系统另外配pH值在线监测探头，实现pH值在线监测与加酸量联锁控制。
　　3.5电导率控制装置
　　电导率在线监测控制装置主要由电导率在线监测探头、控制器、电磁阀等组成，该单元与排污及补水自控系统联锁，通过对电导率在线监测，控制循环水系统的排污量。
　　3.6监测换热器
　　监测换热器主要由热源控制发生器、模拟换热装置、电加热器、旁路挂片测试器等组成，主要监测并就地显示循环冷却水的污垢热阻值、腐蚀速率值、沉积速率值等。
　　监测换热器装置特点：
　　（1）结构设计为列管式平行排列，换热管管径采用19×2毫米；材质采用20号碳钢，也可采用其它材质。换热管的外壁采用不抛光镀铬处理，以消除壳侧流体腐蚀的影响。
　　（2）热介质为加温的加热蒸汽。经过自动控制流量使电加热型监测换热器能得到一定压力的热流体，从而保证热源的稳定。
　　（3）监测系统能直接从监测换热器上采集数据，然后自动进行处理。
　　3.7现场控制柜
　　现场控制柜主要显示阻垢缓蚀剂浓度、ORP值、电导率值、pH值、浊度、总磷值、浓缩倍数、污垢热阻值、腐蚀速率、监测挂片流速值、计量泵的运行状况、药剂罐、硫酸罐的液位等相关信息，同时也可进行相关参数的调整设置。
　　4结束语
　　客观分析循环冷却水中存在的各种危害，正确筛选加药系统的各种药剂，精心配置加药系统的加药设备，合理选择系统监控参数，为循环冷却水系统安全运行打下坚实基础，为生产各装置提供合格的循环冷却水。
　　参考文献:
　　1.中华人民共和国国家标准.《工业循环水冷却设计规范》（GB50050-2007）.中国计划出版社,2008.
　　2.中国石油化工总公司行业标准.《石油化工企业循环水场设计规范》（SH3016-1990）.中国石油化工总公司,1990.
　　作者简介:
　　倪建利（1973～），男，宁夏回族自治区银川市，工程师，大学本科，化学工程与工艺专业，从事化工生产与给排水工程运行、施工、生产管理等工作。