魯南化肥廠循環冷卻水處理方案
一、前言
魯南化肥廠，為了保證設備能安全、低耗、長周期地運轉，防止因循環冷卻水在使用過程中，形成腐蝕結垢，菌藻及粘泥等危害，造成換熱效率降低，設備使用壽命縮短，安全系數降低，檢修頻繁等一系列問題。對水質進行穩定處理及藥劑選擇就顯得尤為重要。
根據貴公司水質特點、工藝條件，借鑒我廠為內蒙古化肥廠及其它工廠多年的水處理經驗，采用最新的水處理藥劑技術成果，完成了一整套的試驗工作，為貴公司系統篩選出一經濟、合理的水處理方案，現將有關處理方案報告如下以供貴公司審核參考。
二、處理技術標準
處理技術標準(GBJ50-83)
碳鋼腐蝕率 ＜0.125mm/a
不銹鋼腐蝕率 ＜0.005mm/a
污垢熱阻 ＜5×10-4m2.h.℃/Kcal
粘 泥 量 ＜4ml/m3
異養菌總數 夏季＜5×105個/ml
冬季＜1×105個/ml
三、系統運行參數 （貴公司提供）
|
系 統 名 稱 |
循環水量 （m3/h） |
保有水量 (m3) |
溫差 (oC) |
備 注 |
|
氮肥循環 水系統 |
18000 |
7000 |
10 |
|
四、系統水質及特點 （貴公司提供）
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編號 |
分析項目 |
平均值 |
單位 |
|
1 |
P H |
7.6 |
|
|
2 |
氯化物（Cl-） |
27 |
mg/L |
|
3 |
總硬度(CaCO3) |
320 |
mg/L |
|
4 |
總堿度(CaCO3) |
188 |
mg/L |
|
5 |
鈣 硬 |
95 |
mg/L |
|
6 |
濁 度 |
0.03 |
mg/L |
|
7 |
電 導 |
616 |
Us/cm |
我們對該水質L.S.I飽和指數和R.S.I穩定指數的計算表明，該水質會產生結垢，腐蝕，細菌粘泥等危害，篩選配方時，我們著重考慮。
冷卻水在循環使用過程中，由于不斷蒸發，水中的有害離子成倍增加，會導致結垢、腐蝕和粘泥滋生等危害，產生以上危害的原理及對換熱器設備的影響簡述如下：
1.腐蝕危害
所謂腐蝕，是指通過化學或電化學反應使金屬被消耗破壞的現象。金屬在循環水中由于有溶解氧的存在產生以下反應。
陽極是鐵的溶解過程 Fe→Fe2++2e
陰極是氧的還原 O2+2H2O+4e→4OH-
陰、陽極綜合反應 Fe2++2 OH-→Fe(OH)2（初步腐蝕產物）
在循環水系統中，主要以溶解腐蝕為主，這種腐蝕除了會造成系統的輸水管線、水冷設備損壞或使用壽命減少外，還會由于腐蝕造成水冷器泄漏而引起工藝介質的污染或造成計劃外的停車事故等，另外由于腐蝕會產生銹鎦，會引起換熱器效率下降或管線堵塞等危害。
2. 結垢危害
結垢是指水中溶解或是懸浮的無機物，由于種種原因，而沉積在金屬表面，敞開式循環冷卻水系統的結垢主要成分有CaCO3和腐蝕產物二種，由于緩蝕劑使用致使腐蝕產物大大減少，而以CaCO3垢，Ca3(PO4)2垢及鋅垢為主要成分。
垢的產生會引起水冷設備換熱器效率下降，管線的阻力增大，導致循環水量減少或細管的堵塞等，敞開式循環冷卻水系統中影響結垢的主要因素是冷卻水PH、Ca、總堿度、水溫、換熱器表面溫度、表面狀態等。
3. 粘泥危害
粘泥是指金屬列管等內壁附著的粘質膜，生物粘泥主要有細菌及藻類等微生物的分泌產物粘附了水中懸浮雜質而形成，生物粘泥的產生主要會導致傳熱效率下降、列管堵塞、增加局部腐蝕等危害，影響粘泥生成主要因素與水溫、PH、溶解氧、營養源等有關。
4.其它離子的危害
系統的金屬管線還會因其它的離子如氯離子和硫酸根離子的存在而引起危害，Cl-和SO42-均屬強腐蝕性離子，特別是氯離子由于其半徑小，容易穿透鈍化膜表面而產生點蝕現象。另在有污垢存在時，氯離子可以靠其穿透力進行垢下與Fe2+生成FeCl2，FeCl2進一步水解生成Fe(OH)2和HCl，導致腐蝕區溶液呈酸性，使金屬的腐蝕速度加快，氯離子還是造成不銹鋼點蝕及應力腐蝕的主要因素，所以冷卻水氯離子的允許濃度應根據設備的材質、結構而確定。
SO42-的存在有利于硫酸鹽還原菌的滋生和繁殖，并還原生成硫化氫，促進冷卻水系統金屬的腐蝕。
六、試驗方案的確定
通過以上各項系統水質特點及分析，結合我廠的產品特點，本著技術先進、操作安全、費用經濟的宗旨，我們初步篩選出配方進行論證試驗。
本緩蝕阻垢劑主要有：有機膦酸鹽、有機膦羧酸、磺酸鹽共聚物、銅緩蝕劑、助溶劑等組成。有機膦酸鹽、有機膦羧酸、磺酸共聚物、有機膦磺酸、BTA和鋅鹽雖有各自的特點，性能突出，但是單一投加存在投加量大，費用高的缺點。現使用的復合配方，能起到了良好的協同效應。
七、試驗部分
整個試驗我們分四步進行：第一步是水質穩定配方的初步試驗，目的篩選對比阻垢效果最佳、配方最經濟的投加濃度。第二步是旋轉掛片試驗，篩選出緩蝕效果最佳，投加濃度合理的配方。第三步是動態模擬試驗。第四步是殺菌劑試驗。
1． 靜態阻垢試驗（按化工部行標準鼓泡法）
（1） 實驗方法提要
按設計的水質要求配制試驗水,置于三口燒瓶內并加入相應的水處理劑，在恒溫60℃水浴鍋內受熱蒸發，蒸發出的蒸汽經冷凝管冷卻后又回入三口燒瓶 內, 試驗期間,向燒瓶內通空氣,以起拌和加強水中的二氧化碳從溶進到逸出的循環過程，這種裝置較符合現場運行條件。試驗六小時后取出冷卻并測定水中剩余的Ca2+以計算阻率。
對阻垢率的計算公式為
Ca12+ - Ca22+
η= ————————×100%
Ca02+ - Ca22+
Ca02+ ——試驗前水中測出的Ca2+濃度mg/L
Ca22+ ——試驗后水中測出的Ca2+濃度mg/L
Ca12+ ——空白（即不加水處理劑）試驗后所測出的Ca2+濃度mg/L
（2）試驗水質
配制水
（3） 試驗結果
靜態阻垢試驗結果
|
試 驗 配 方 |
阻 垢 率% |
|
WF-219 25-35mg/L |
96.2 |
|
WF-219 35-45mg/L |
98.3 |
|
WF-219 45-55mg/l |
99．8 |
注：以上投加濃度均以商品濃度計。
（4）結果討論
靜態阻垢試驗分別進行了3種不同藥劑濃度的試驗，當阻垢緩蝕劑濃度達30-40mg/L均滿足水質的阻垢要求。
2. 旋轉掛片試驗（按化工部行業標準HG/T2159-91旋轉掛片法）
（1）試驗條件
試片線速度： 0.35m/s
試片面積： 28 cm2
試驗時間： 72小時
（2） 腐蝕率的計算公式
K·（W1 –W2）
X = ———————
A ·T ·D
X —— 試片腐蝕速度mm/a
K —— 計算常數（當X單位為mm/a時，K值為3650）
W1—— 試驗前試片稱重g
W2—— 試驗后試片稱重g
A —— 試片表面積 cm2
T —— 試驗時間 天
D ——試片密度 g/cm3
（3）旋轉掛片試驗結果
|
試 驗 配 方 |
腐蝕率 mm/a |
|
|
碳 鋼 |
銅 |
|
|
WF-219 30mg/L |
0.058 |
0.0029 |
|
WF-219 40mg/L |
0.033 |
0.0023 |
|
WF-219 50mg/L |
0.028 |
0.0018 |
|
空 白 |
0.786 |
0.0057 |
（4） 結果討論
WF-219配方分別進行了三種不同濃度的緩蝕試驗，數據表明，WF-219投加30mg/L時均能起到良好的緩蝕效果，碳鋼、銅腐蝕率遠遠低于GB50050-95規定，我們推薦鞍山鋼鐵公司煉鋼廠凈循環系統水處理配方為WF-219，投加濃度為 40-55mg/L。
7.殺菌試驗
微生物繁殖、粘泥滋生是使用循環水產生的三大危害之一，殺菌工作的好壞直接影響到配方效果，殺菌劑可分為二大類型，一種為氧化性殺菌劑，另一種為非氧化性殺菌劑，一般采用氧化性殺菌劑與非氧化性殺菌劑交替使用以防止細菌產生抗藥性，氧化性殺菌劑一般采用通氯, WF-701、WF-702產品是我廠近年來開發的新型非氧化性殺菌劑，經現場多次使用，殺菌效果良好。
試驗條件：
（1）試驗中異養菌總數6.9×105個/ml
（2）PH=9
該藥劑的殺菌試驗效果見下表。
|
投 加 時 間 投 加 濃 度 |
4小時 |
24小時 |
48小時 |
72小時 |
|
WF-701 100mg/L |
87.0 |
99.8 |
99.5 |
98.7 |
|
WF-702 100mg/L |
90.3 |
99.9 |
99.8 |
99.0 |
從表中結果可以看出，WF-701與WF-702殺菌時間長，抑菌效果好，且投加50ppm即能達到很好的殺菌效果。建議貴廠用氧化性與非氧化性殺菌劑交替使用，以破壞細菌的抗藥性，使用濃度及頻率為：每月各投加非氧化性殺菌劑WF-701、WF-702 1-2次，使用濃度50-100mg/L，氧化性殺菌劑采用WF-401A，每周1次,每次30 mg/L,夏季可適當提高使用頻率。
八、試驗結論
通過以上論證，我們推薦鞍山鋼鐵公司煉鋼廠循環系統水采用以下處理方案：
1． 正常運行方案：
制氧凈環水系統：
WF-219 40-55mg/L 連續滴加。
2． 殺菌方案：
氧化性殺菌劑： WF-401A每周1次,每次30 mg/L
非氧化性殺菌劑：WF-701 、WF-702 各投加50-100mg/L每月各1-2次，沖擊性投加具體投加頻率可根據現場菌藻監測進行調節。
循環冷卻水系統在運行過程中，會產生較大波動，建議采用自動加藥裝置，連續操作，有條件可用監測換器來監測生產實際情況并及時解決所發生的問題。
3.控制運行主要控制指標及分析頻率
|
項目 |
控制值 |
分析頻率 |
|
PH |
7.0-9.5 |
1次/4小時 |
|
M-堿度(以CaCO3計)mg/l |
<600 |
1次/4小時 |
|
鈣硬(以CaCO3計)mg/l |
<400 |
1次/4小時 |
|
氯離子mg/l |
<500 |
1次/4小時 |
|
濁度 NTU |
<20 |
1次/4小時 |
|
總磷 |
4.0-6．0 |
1次/4小時 |
|
濃縮倍數 |
<4.0 |
1次/4小時 |
|
總鐵 |
<1.0 |
1次/8小時 |
注: 若上表中各指標超出控制值，加大排污。藥劑濃度超標時調節加藥量。
九、技術服務承諾
貴我雙方合作期間,我們將無償提供以下服務:
1. 我們將根據貴公司的生產現狀，確定準確可靠經濟合理的配方。
2. 在開車期間，為用戶提供現場技術服務。
3. 在正常運行過程中，進行定期現場走訪，解決各類現場問題。
4. 用戶水質或控制條件發生變化時，我們將及時調整配方。
5. 按時提供質優價廉的水處理藥劑,送貨上門。
6. 我們將與貴公司保持密切聯系，真誠的希望能與貴公司進行友好合作，真正管理和使用好貴廠循環水系統，以達到系統安穩運行的目的。
十、正常運行費用估算
循環水量按4108 m3/h、溫差按15 oC 、K=4.0算、貯水量按10000 m3：
|
藥劑名稱 |
用量（T） |
單價(萬元/T) |
合計(萬元/年) |
|
阻垢緩蝕劑WF-219 |
50 |
1.28 |
64 |
|
氧化性殺菌劑WF-401A |
15.6 |
1.5 |
23.4 |
|
非氧化性殺菌劑WF-701 |
12 |
1.6 |
19.2 |
|
非氧化性殺菌劑WF-702 |
12 |
1.1 |
13.2 |
|
|
|
合計 |
119.8 |
注：如濃縮倍數達不到4倍，阻垢劑的費用要增加,按實際情況而定。
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