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1概述

1.1 水質處理的意義：

據統計，在現代化工廠的全部用水量中，冷卻用水占67%～80% ，工藝用水占15%～26%，其余為鍋爐用水約占5%～7%。在工業生產的早期，由于對節水的要求不高，冷卻水多是直流水或半直流水，濃縮倍數較低，很少進行緩蝕阻垢處理。隨著工業的發展，企業已普遍用循環水代替直流水，并提高循環冷卻水的濃縮倍數，既能最大限度地節省工業冷卻用水及水穩藥劑，又能有效地防止設備的腐蝕和結垢，減少對環境的污染。提高濃縮倍數后必須進行緩蝕阻垢處理，因為隨著循環水濃縮倍數的增加，水中成垢鹽類及腐蝕性離子亦成倍增加，帶來嚴重的結垢腐蝕問題。美國從1930年開始，對敞開式循環冷卻水的水質處理進行了研究;日本從1955年開始也從事這方面的研究與應用工作;我國從20世紀70年代開始進行水質穩定技術的研究與應用工作，取得較好效果。碳鋼的腐蝕率由0.2～0.8 mm/a降低至0.075mm/a。

1.2?循環冷卻水系統中的結垢：

冷卻水結垢的主要原因是因為水中含有較多的重碳酸鈣，在加熱過程中分解為碳酸鈣，二氧化碳和水。碳酸鈣在冷卻設備內表面沉積下來。碳酸鹽水垢通常以致密的結晶沉淀在加熱器壁面甚至冷卻塔填料或壁上。消除污垢采取的措施有：①補充水予處理軟化;②酸化降低pH值：通常用硫酸把pH值控制在6.0～6.5;③添加結垢抑制劑。

1.3 循環冷卻水的腐蝕：

冷卻水的氧含量高達4～7 mg/ L，另外水中溶解有較多的無機鹽類,因而腐蝕性很強。為了抑制冷卻水的腐蝕，過去曾用過鉻酸鹽，鋅鹽，鉬酸鹽，磺化木質素，硫基苯并噻唑，硅酸鹽等。最近幾年，以有機膦酸鹽為主。為了確保在金屬表面生成完整而具有一定厚度的保護膜，不但在系統開車前應采用清洗劑洗滌設備和管線內表面，而且還應采用大劑量的預膜劑進行預膜處理。

1.4 循環冷卻水中微生物的腐蝕：

循環冷卻水產生腐蝕還與微生物產生的軟垢有關。此外，生物粘泥軟垢也是影響傳熱和引起管路堵塞的原因之一，因此，必須進行殺菌處理。

一般，存在于循環冷卻水系統中的微生物有真菌，藻類，細菌3種，主要采用投加氧化性殺菌劑及非氧化性殺菌劑，涼水塔涂刷防污漆等方法進行控制。在殺菌劑方面，大都以添加氯為主，對硫酸鹽還原菌需用長鏈脂肪胺鹽和有機硫化物來抑制。對微生物主要進行異養菌，鐵細菌，硫酸鹽還原菌等檢測。

2系統概況

轉爐凈循環水系統，為節約水資源，嚴格控制系統的腐蝕與結垢，本方案根據冷卻水水質及系統情況進行了水質穩定配方篩選及優化，篩選出了對本系統適用性強的高效緩蝕阻垢劑TH-628B，正常使用時循環水中碳鋼、不銹鋼、銅的腐蝕速率均低于國家標準，延長了設備使用壽命;阻垢性強，運行時濃縮倍數可達3.0，可以節約大量寶貴的水資源，為生產的安全運行、降低成本，提高經濟效益創造了良好條件。

2.1循環水系統參數：

保有水量：3600m3

循環水量：1000m3/h

補充水量：600m3/天

設備材質：碳鋼、銅

2.2水質分析：

備注：平均值為深井水與自來水1:1混合。

3水質判斷

3.1 飽和指數(L.S.I)計算：

飽和指數是水中可能產生碳酸鈣結垢或產生腐蝕傾向的一種計算指數。

L.S.I =pH-pHS>0 結垢

L.S.I =pH-pHS=0 穩定

L.S.I =pH-pHS<0 腐蝕

飽和PH值pHS按下式計算：

pHS=(9.70+A+B)-(C+D)查表將系數代入

補充水：

pHS=(9.70+0.15+1.71)-(2.26+2.30)=7.00

L.S.I=pH-pHS=7.35-7.00=0.35>0 結垢型

循環水K=3.0時

pHS=(9.70+0.20+1.71)-(2.73+2.76)=6.12

L.S.I=pH-pHS=8.59-6.12=2.47>0 結垢型

通過計算說明補充水水質為結垢型水質，濃縮后結垢性增強。

3.2 結垢指數(P.S.I )的計算：

帕科拉茲認為用總堿度測定出平衡pH值(pHeq)來判斷水質則更接近實際。

P.S.I=2pHS-pHeq>6 腐蝕

P.S.I=2pHS-pHeq=6 穩定

P.S.I=2pHS-pHeq<6 結垢

補充水：

通過查表pHeq=7.89

P.S.I=2pHS-pHeq=2×7.00-7.89=6.11>6 腐蝕型

循環水K=3.0時

通過查表pHeq=8.59

P.S.I=2pHS-pHeq=2×6.12-8.59=3.65<6 結垢型

通過計算說明補充水水質為腐蝕型水質，濃縮后結垢性增強。

綜合以上指數計算可以看出，該系統補充水具有結垢性，濃縮后結垢性增強，因此在水穩劑配方篩選時應以阻垢為主，兼顧緩蝕。

4正常運行方案

4.1 藥劑選用及簡介：

該系統補充水水質具有結垢性，濃縮后結垢性增強，選擇TH-628B作為該系統的緩蝕阻垢劑，它主要由多種有機膦羧酸、聚羧酸、含磺酸鹽共聚物、銅緩蝕劑、特殊界面活性劑等組成的復合緩蝕阻垢劑，利用有機膦酸鹽和緩蝕劑在金屬表面形成的保護膜起到緩蝕作用，同時對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等均有良好的螯合分散和晶格畸變作用。按照合理配比原則充分發揮其協同效應，具有緩蝕率高、耐高溫、阻垢力強、不易分解等特點。

4.2 TH-628B緩蝕阻垢劑技術指標

4.3 TH-628B緩蝕阻垢劑使用方法

將每天所需的緩蝕阻垢劑TH-628B加入塑料加藥箱內，為方便使用可加水稀釋后通過計量泵將藥劑在循環泵入口處(即集水池出口處)連續加入。加藥濃度為14-18mg/L(以補充水量計)。

正常運行時每天加藥量：600m3/天×16mg/L=10kg/d

每月加藥量為：10kg/d×30d=0.3噸

4.4 殺菌滅藻處理：

應根據系統情況定期投加殺菌滅藻劑，一般每年的十一月到次年的四月，每月一到兩次;五月到十月，每月兩到四次。加藥方式為沖擊式投加。

為了避免藻類的抗藥性，氧化型和非氧化型殺菌劑交替投加，種類定期更換。可供選擇的氧化型殺菌劑有：二氧化氯、TH-404、優氯凈等;可供選擇的非氧化型殺菌劑有：異噻、TH-406、1227。

根據系統情況，選擇TH-406作為非氧化性殺菌劑，每次投加濃度為100mg/L(以保有水量計);選擇TH-404作為氧化性殺菌劑，每次投加濃度為150mg/L(以保有水量計)。加藥時，將所需的殺菌滅藻劑沖擊性加入到循環水泵入口處(即集水池出口處)。

4.5 緩蝕阻垢劑加藥器、加藥位置示意圖

加藥時用自來水稀釋使用;采用連續加藥方式，加藥點在循環泵吸水口處，第一有利于藥劑首先對換熱器發生作用，第二有利于藥劑持續均勻地發揮最大作用。

5循環水運行日常管理及控制指標

循環水的管理素有“三分藥劑，七分管理”之說，說明管理的重要性。循環水系統轉入正常運行后在其升溫，蒸發和冷卻的過程中，冷卻水逐漸被濃縮，其水質指標會發生變化，運行日常管理主要根據水質變化情況進行及時相應調整，循環水每班定時進行分析，第二天及時上報數據。

5.1 循環水運行日常管理

(1) 鈣硬，總堿度：

總堿度是循環水操作控制中的一項指標，當濃縮倍數控制穩定，沒有其它外界干擾時，由總堿度的變化，可以看出系統的結垢趨勢。硬度指水中的Ca2+和Mg2+濃度的總和，也是循環水操作控制中的一項重要指標。必須將循環水的鈣硬，總堿度控制在配方要求的范圍內，根據計算，此系統控制鈣硬度(以CaCO3計)+總堿度在1100mg/L左右;若水質條件發生變化，則必須相應調整水穩配方。

(2) pH值：

循環冷卻水由于在冷卻塔中逸去CO2，因此隨著濃縮倍數的升高，其pH值不斷上升。當濃縮倍數一定時，循環水的pH值也趨于穩定。pH值一般控制在8.0-9.2之間。

(3) 總磷及氯離子：

測定循環水中總磷的目的是為了計算循環水中有機膦的含量。緩蝕阻垢劑中含有有機膦酸鹽，根據系統總磷分析數據，適當增減加藥量，使循環水中總磷控制在6.0-8.0mg/L之間;如總磷低于6.0mg/L時，加大緩蝕阻垢劑的加藥量，到指標范圍，如超過8.0mg/L，適當減少加藥量。

循環水中Cl-濃度過高會加速設備的腐蝕，特別是不銹鋼設備，對Cl-非常敏感，因此在運行中要進行監測控制;在循環水中一般Cl-的濃度也不會變化，在外界沒有引入氯離子的情況下可以代表循環水中鹽度的變化，因此常用Cl-的濃度來計算濃縮倍數，根據系統水質情況Cl-應控制在100mg/L左右。

(4) 粘泥：

循環水系統由于溫度適宜適合通風良好光照充足等條件，使其成為各種微生物生長的理想環境。在這一環境中，微生物迅速繁衍是很自然的，即使在微生物控制工作做得較好的情況下，細菌總數也可能高達104～105個/mL，若控制不當,細菌總數高達106～108個/ mL也是常有的。微生物的危害是多方面的，主要是生物粘泥危害，在循環水系統中的粘泥主要是由微生物的活動造成的附著物沉積物懸浮物的總稱，生物粘泥一旦形成，就必須進行殺菌清洗剝離，有條件趁檢修時進行徹底清掃后，運行中嚴格殺菌剝離控制，無法停工時可進行不停車化學清洗。

(5) 濃縮倍數：

新鮮補充水的鹽度和經過濃縮過程的循環水的鹽度是不相同的，兩者的比值稱為濃縮倍數，濃縮倍數是循環水的一個重要指標。由于鹽度的分析比較麻煩，在生產往往選擇循環水中某種不易消耗而又能快速測定的離子濃度或電導率來代替鹽度進行濃縮倍數的計算，如氯化物的溶解度很大，在循環水中不會產生沉淀，Cl-的濃度也不會變化，在外界沒有引入氯離子的情況下可以代表循環水中鹽度的變化，因此常用Cl-的濃度來計算濃縮倍數。一般濃縮倍數低，耗水量就大，排污量也大;濃縮倍數高可以減少水量，節約水處理費用。但濃縮倍數過高會使循環冷卻水中的硬度、堿度和濁度升得太高，水的結垢傾向增大很多，從而使結垢、腐蝕控制的難度變大，使水處理藥劑在冷卻水系統內的停留時間增長而水解。因此，循環冷卻水的K值并不是愈高愈好。綜合考慮節約用水和濃縮后循環水水質，選擇此系統的濃縮倍數為3.0倍。

(6) 細菌：

堅持采用氧化型殺菌劑和非氧化型殺菌劑交替使用，以聯合控制冷卻水系統中菌藻的滋生。氧化型殺菌劑有：二氧化氯、TH-404、優氯凈等;非氧化型殺菌劑有：異噻、TH-406、1227。每次投加濃度為100-200mg/L(以保有水量計)。

5.2 正常運行控制指標：

6冷卻水系統的監測方案及效果評定

為及時了解循環水系統運行情況(有無酸性，堿性等冷卻介質泄漏)及腐蝕結垢狀況，在每個循環水場均設有監測模擬換熱器及掛片器，以檢測換熱設備及管道的腐蝕結垢狀況，每個月進行一次監測，根據測取的腐蝕率并結合水質分析情況，確定水處理的效果，把握循環水的腐蝕結垢狀況，并據此進行相應調整。循環冷卻水經化學處理后，其效果應達到國家《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)的要求。

6.1 腐蝕速度的測定：

采用試片法進行，將一定規格的并經過處理的金屬掛片安裝在循環水出塔管線上的引出管中，試驗一個月后取下。稱重計算掛片腐蝕失重情況，具體作法參照《中石化冷卻水分析和試驗方法》。《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)的要求：換熱設備碳鋼管壁腐蝕速度<0.075mm/a;銅、銅合金和不銹鋼管壁的腐蝕速度<0.005mm/a。

6.2 結垢的監測：

采用監測換熱器法，模擬生產裝置換熱器的操作條件，采用飽和蒸汽做熱介質，運行一個月后取下測算腐蝕率及粘附速率，污垢熱阻反映結垢情況。《工業循環冷卻水處理設計規范》(GB50050-2007)的要求：換熱設備的水側管壁的年污垢熱阻<3.44×10-4m2˙k/w;水面污垢沉積速率≤15mg/cm2˙月。