臭氧發生器循環冷卻水系統改造案例
近年來，桐鄉市果園橋水廠原水的受污染程度日趨嚴重，針對日益惡化的原水水質，采用深度處理已成為提高出廠水水質的必要手段，臭氧活性炭工藝就是其中最有效的手段之一。果園橋水廠臭氧活性炭深度處理工程于2003年5月投入運行，是國內較早采用該工藝的水廠之一。臭氧系統采用具有國際領先水平的德國WEDECO和瑞士OZONIA臭氧發生器，以液態氧為氣源，通過高壓放電制取臭氧。
共設3組臭氧發生器，其中型號為CFL-10的2臺，產量為6kg/h，輸出功率為76kW，質量分數為7%時單臺最大臭氧產量為10kg/h；型號為SMO750的1臺，產量為10kg/h，輸出功率為124kW，質量分數為7%時單臺最大臭氧產量為15kg/h，采用直流冷卻水方式對放電管及其電氣元件進行冷卻。
1 存在的問題
臭氧發生器是深度處理工藝的關鍵設備，關系到整個水廠能否安全、穩定和經濟的運行。運行三年多來，冷卻水系統暴露出不少問題，對臭氧發生器產生了嚴重的影響，主要體現在以下兩個方面:
① 壓力稍有波動，容易引起設備跳閘系統冷卻水采用出廠水，當發生供水壓力異常降低(如管網爆管)或送水泵異常停泵時，臭氧發生器經常出現跳閘現象，特別是在夏季，冷卻水水溫較高，冷卻效果較差，輕微或短時的壓力波動就能引起設備跳閘。因此，保持穩定、符合要求的冷卻水壓力顯得尤為重要。
② 管道結垢，設備腐蝕
考慮到管道材質對水質的影響，在車間外采用球墨鑄鐵管、車間內采用PPR管，但在運行期間仍然發現由于微生物的危害，造成設備及管道大量結垢，甚至不銹鋼材質被腐蝕。冷卻水中常見的微生物主要有藻類、細菌和真菌三大類。由于水溫和pH值均適合大多數微生物的生長，隨著冷卻水不斷流過，帶來所需的營養基質，促使微生物迅速繁殖，再加上各種無機離子和有機物質的濃縮、灰塵雜質的進入以及設備結構和材料等多種因素的綜合作用，會產生嚴重的沉積物附著、設備腐蝕和微生物大量孳生。微生物在系統內的繁殖生長，不僅使水質變差，而且還會與其他有機或無機雜質形成粘垢附著在系統管道上，增加水流阻力，嚴重降低系統的傳熱效率，加速設備及管道的腐蝕，從而威脅和破壞水廠長期、安全、高效的運行。
根據以上情況分析，應該將冷卻水系統的安全穩定性放在第一位考慮，必須對系統進行徹底改造，以滿足生產的要求。
2 改造方案
根據臭氧發生器的運行特點及要求，特別是考慮到第二種問題的存在，否定了直接在冷卻水系統前增加管道泵進行增壓的方案，根據設備廠家提供的水壓、水量、水質、水溫等運行參數重新對整套系統進行了設計。將原直流冷卻水改為循環冷卻水方式，通過熱交換方式對設備進行冷卻整個循環冷卻水系統包括不銹鋼板式換熱器、不銹鋼管道泵等設備。系統分為外循環與內循環兩部分，外循環采用出廠水作為介質，介質由廠內自用水管經板式換熱器流回至二次提升泵房吸水井，通過深度處理對介質進行二次處理;內循環采用蒸餾水作為介質，在臭氧發生器、循環水泵及板式換熱器之間形成閉路循環。內、外循環通過板式換熱器發生熱量交換，以溫度較低的外循環水冷卻溫度較高的內循環水。
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在板式換熱器和循環水泵進口閥門前安裝了不銹鋼過濾器，主要作用是防止粗顆粒進入冷卻水系統。在循環水泵負壓側設置一補水箱，補充冷卻水由于蒸發、滲漏及采樣造成的損失。考慮到注入冷卻水時需排出系統內的氣體，在內、外循環管路的最高端均安裝了排氣閥。在內、外循環管路的最低端還安裝了排水閥以便更換冷卻水或設備檢修時排凈系統內積水。儀表的設置以簡單、實用為原則，同時也采用了一些先進可靠并已在生產實踐中得到成功運用的監測控制儀表。外循環進水管路上安裝有壓力表、溫度計，出水管路上安裝有溫度計;內循環進水管路(相對于板式換熱器而言)上安裝有壓力表、PT100溫度傳感器，出水管路上安裝有壓力表、溫度計。整套系統除補水箱上留有一小孔與外界連通以避免箱內形成真空外，全部密閉，以避免灰塵雜質進入系統內部。
系統設置2臺管道泵作為循環水泵，1用1備。根據臭氧發生器對冷卻水的要求，選定的流量為45m3/h，揚程為300kPa，功率為7.5kW。板式換熱器選型時，根據臭氧發生器投入運行至今最不利工況時的測量溫度再考慮適當的余地。選擇內循環溫度T1=37℃，T2=40℃，ΔT=3℃;外循環溫度T1=35℃，T2=38℃，ΔT=3℃，根據選定的循環溫度，選用板式換熱器的板片總數為57片，換熱面積為14.85m2，熱交換量為565.74MJ/h，板片的傳熱系數高達19047kJ/(m2·h·℃)，換熱器的水頭損失為20kPa。
3 運行情況及改造效果
改造于2006年4月初開始，4月底完成。完成后隨即進行了整套系統的調試，先用自來水對內、外循環的管道及設備進行沖洗，特別是內循環管路在循環水泵大流量的沖刷下，大量原先積存在臭氧發生器內的沉積物被沖出。第一輪沖洗完成后隨即進行第二輪沖洗，將純凈水經補水箱注入內循環管道中，臭氧發生器冷卻系統出水經循環水泵、板式換熱器重新進入該系統，在循環水泵作用下循環使用。每7～14d將內循環水予以更換，更換時水質情況見表1，第二輪沖洗結束后，內循環水質已達到了設備要求，將內循環水更換為蒸餾水投入運行。
表1 內循環水質
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運行期間室外氣溫最高為39℃，外循環進水水溫為29℃，出水水溫為29.5℃;內循環熱交換前水溫為31.5℃，熱交換后水溫為29.5℃，在最高氣溫時熱交換后的水溫也滿足設備的要求。外循環進水壓力為0.26MPa(出廠水壓為0.35MPa)，在循環水泵作用下冷卻水進入臭氧發生器時的水壓為0.22MPa，滿足設備要求冷卻水壓力>0.2MPa的要求。運行三個多月以后適逢夏季高溫，臭氧發生器運行正常，未發生一起因冷卻水原因產生的跳閘現象。
運行時由于氣溫較高，外循環閥門處于全開狀態，而在其他季節可根據內循環水溫適當減少外循環水量，節省運行成本。
4 結語
三個多月的運行情況表明，新的循環冷卻水系統工作穩定，運行安全可靠，降低了臭氧發生器的故障率，因此該循環冷卻水系統的改造是成功的。
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