王 軍

(湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司，湖北荊門 448013)

循環(huán)水防結(jié)垢節(jié)水的工藝技術(shù)

王 軍

(湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司，湖北荊門 448013)

介紹了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)防止結(jié)垢的機(jī)理和工藝控制措施。采用連續(xù)加硫酸，將pH值調(diào)節(jié)在7.5～8.3、循環(huán)水換熱設(shè)備出水溫度低于45 ℃、均衡排水穩(wěn)定控制總硬度等工藝措施，可達(dá)到循環(huán)水換熱設(shè)備不結(jié)垢的目的。此外，該方法比采用單一排水置換法節(jié)水62%左右。水耗由1.97 t/t下降到1.69 t/t。

硫酸裝置 循環(huán)水 水溫 控制 防結(jié)垢 節(jié)水

湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司(以下簡稱新洋豐肥業(yè))硫酸廠共有4套硫酸裝置，其中1套為硫精砂制酸，另3套為硫磺制酸，每套裝置均有獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)、制酸和冷凝發(fā)電系統(tǒng)。硫精砂制酸裝置于2008年9月投產(chǎn)，采用沸騰焙燒、封閉酸洗、二轉(zhuǎn)二吸工藝，原設(shè)計(jì)產(chǎn)能為200 kt/a，發(fā)電系統(tǒng)和制酸系統(tǒng)循環(huán)水池均單獨(dú)設(shè)置。3套硫磺制酸系統(tǒng)分別建于2002，2003和2004年，原設(shè)計(jì)產(chǎn)能各為200 kt/a，均采用二轉(zhuǎn)二吸工藝，循環(huán)水池均為1 000 m3，循環(huán)量為3 000 m3/h，循環(huán)水供制酸系統(tǒng)酸冷卻器、主風(fēng)機(jī)油冷器和冷凝發(fā)電機(jī)組冷凝器、冷油器、電機(jī)空冷器等冷卻使用。

1 存在問題及原因分析

裝置運(yùn)行過程中頻繁出現(xiàn)酸冷卻器結(jié)垢、泄漏、水溫高、酸溫高，主風(fēng)機(jī)定子溫度高、瓦溫高，冷凝發(fā)電系統(tǒng)真空度低、蒸汽不能滿發(fā)電、蒸汽被迫放空等問題，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，且循環(huán)水系統(tǒng)耗水量較大。為了降低循環(huán)水的堿度、硬度，維持一定的濃縮倍數(shù)，需要大量補(bǔ)水置換。

在循環(huán)水系統(tǒng)正常加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻藥劑的基礎(chǔ)上，通過研究循環(huán)水結(jié)垢機(jī)理，發(fā)現(xiàn)循環(huán)水結(jié)垢的主要原因是因碳酸氫根離子的存在。在循環(huán)水不斷循環(huán)過程中，水與空氣中的二氧化碳形成碳酸氫根離子，碳酸氫根離子與鈣、鎂離子結(jié)合，生成碳酸氫鈣和碳酸氫鎂，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂非常不穩(wěn)定，受熱分解成碳酸鈣和碳酸鎂和二氧化碳[1]， 碳酸鈣和碳酸鎂在換熱設(shè)備表面附著沉淀生成垢，二氧化碳?xì)怏w經(jīng)冷水塔風(fēng)泵換熱時，從水中被冷風(fēng)帶入大氣層，循環(huán)水酸度下降，pH值上升，導(dǎo)致碳酸氫根離子濃度增加，從而生產(chǎn)更多的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂；這些碳酸氫鈣和碳酸氫鎂又在換熱器表面分解結(jié)垢，而且垢越來越多，循環(huán)水pH值越來越高，水溫也越高，涼水塔的蒸發(fā)量就越大，濃縮倍數(shù)則越高；嚴(yán)重時循環(huán)水pH值可高達(dá)10左右，堿度、硬度達(dá)到8.5 mmol/L以上。若不干預(yù)，冷卻設(shè)備很快結(jié)垢。一般采取的干預(yù)方法是大量換水，降低循環(huán)水pH值和硬度，由于循環(huán)水池容積較大，要想將工藝指標(biāo)控制正常，換水量會很大，這就是循環(huán)水耗水量大的原因。若設(shè)備已結(jié)垢，即使大量換水也不能緩解，因?yàn)榻Y(jié)垢后的水管流通面積變小，水量變小，換熱后的水溫就高，碳酸氫鈣會繼續(xù)分解產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)垢。

2 采取的措施

2.1 加入硫酸控制pH值

連續(xù)均勻地向循環(huán)水池加入硫酸，將pH值調(diào)節(jié)在7.5～8.3(若有特殊工廠處于酸性氣體環(huán)境中，水長期為酸性，則需要加堿調(diào)節(jié))，pH值控制在該范圍時，循環(huán)水堿度不會超過7 mmol/L。循環(huán)水pH值低于7.5時為腐蝕性水質(zhì)，不會結(jié)垢，但對設(shè)備存在酸性腐蝕，影響冷卻設(shè)備的使用壽命。pH值高于8.3時，水為結(jié)垢性水質(zhì)，碳酸氫根離子濃度高，設(shè)備結(jié)垢幾率呈幾何倍數(shù)增加。pH值控制在7.5～8.3則為最佳范圍，這時的循環(huán)水介于腐蝕性水質(zhì)和結(jié)垢性水質(zhì)，避免了腐蝕和結(jié)垢的問題。循環(huán)水池配備在線的pH值檢測儀，連續(xù)不間斷地檢測循環(huán)水池中的pH值，pH值檢測儀須定期校驗(yàn)。加酸時采用硫酸小桶，用閥門控制連續(xù)均勻滴加，或者用小活塞泵，設(shè)定時間和頻率滴加也可。嚴(yán)格管理加酸過程，不能過量加酸從而導(dǎo)致水的pH值低于7.5，且要連續(xù)滴加，pH值必須控制穩(wěn)定。

2.2 控制換熱設(shè)備出水溫度

當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)在夏季或熱負(fù)荷大、循環(huán)水溫高時，若加大冷卻水量后換熱設(shè)備出水溫度仍超過45 ℃時，為避免結(jié)垢，可調(diào)節(jié)加酸量，降低循環(huán)水pH值，使之靠近7.5，但不要低于7.5，這樣就能減少碳酸氫根、碳酸氫鈣和碳酸氫鎂分解的總量，最大限度地減少結(jié)垢，延長設(shè)備使用周期。相反當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)在冬季或者熱負(fù)荷低、循環(huán)水溫度低、換熱設(shè)備出水溫度低于40 ℃時，可減少加酸量，使pH值靠近8.3，但不要超過8.3，適當(dāng)提高循環(huán)水溫度，這樣運(yùn)行也較安全。

循環(huán)水換熱設(shè)備出水溫度應(yīng)低于45 ℃。設(shè)備出水溫度高于45 ℃時，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂受熱分解，產(chǎn)生碳酸鈣和碳酸鎂沉淀物結(jié)垢，同時分解出二氧化碳腐蝕性氣體，最終在涼水塔上部被風(fēng)帶到大氣層。水溫越高，碳酸氫鈣和碳酸氫鎂分解越快，垢量也越多。水溫高也說明換熱水量不夠或者循環(huán)水溫高，需及時調(diào)整水量或水溫，最終將換熱設(shè)備出水溫度控制在45 ℃以下，從而抑制碳酸氫鈣和碳酸氫鎂受熱分解。冷卻設(shè)備出水口安裝溫度計(jì)，連續(xù)在線監(jiān)測溫度，設(shè)定上限溫度報(bào)警，溫度上升要及時排查原因并解決。

2.3 均衡補(bǔ)排水

通過循環(huán)水均衡補(bǔ)排水，控制循環(huán)水硬度和濃縮倍數(shù)。排水的目的是控制循環(huán)水硬度和穩(wěn)定濃縮倍數(shù)，避免硬度和濃縮倍數(shù)的波動幅度。循環(huán)水換熱負(fù)荷重時采用每隔8 小時排水一次，換熱負(fù)荷輕時可采用每天排水，排水噸位均衡，采用每班或每天排水的噸位基本相等，水質(zhì)檢驗(yàn)間隔時間均衡。排水管安裝流量計(jì)，按要求的量進(jìn)行排水。

控制了循環(huán)水pH值、換熱設(shè)備出水溫度，就是控制了循環(huán)水濃縮倍數(shù)和總硬度。一般排水量可以比采用大排大補(bǔ)方式控制的循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)約用水大約70%以上。

循環(huán)水系統(tǒng)為三分藥劑七分管理，七分管理不僅包含日常加藥的管理，更重要的是工藝和現(xiàn)場的管理。循環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)場管理、日常清潔維護(hù)也很重要，不能讓藻類、泥沙和異物堵塞冷卻設(shè)備。大修時水池需徹底清理，涼水塔破損的填料、垢泥應(yīng)清理干凈，否則會堵塞冷卻器水管路，導(dǎo)致流通面積變小。

3 節(jié)水效果

以前，新洋豐肥業(yè)200 kt/a硫磺制酸裝置排水量約500 t/d，200 kt/a硫精砂制酸裝置循環(huán)水排水量約700 t/d，采用上述工藝后，循環(huán)水系統(tǒng)排水量分別為120 t/d和150 t/d。

2016年采用防結(jié)垢工藝與2015年采用排水置換法控制結(jié)垢的循環(huán)水置換排水量對比見表1。

采用防結(jié)垢的循環(huán)水工藝控制方法比采用單一排水置換法節(jié)水62%左右。水耗由1.97 t/t下降到1.69 t/t(均含脫鹽水站耗水量)，節(jié)水14.2%。

表1 2015-2016年循環(huán)水排水量對比

5 結(jié)語

循環(huán)水冷卻系統(tǒng)廣泛運(yùn)用于化工廠，冷卻設(shè)備易結(jié)垢、循環(huán)水耗大是最常見的問題，嚴(yán)重制約了正常生產(chǎn)，增加了能耗和生產(chǎn)成本；特別是在夏季，因降溫不力，裝置不能正常運(yùn)行或減負(fù)荷生產(chǎn)也很常見。采用加酸控制pH值，控制設(shè)備出水溫度和定量均衡排污，可以避免結(jié)垢，達(dá)到節(jié)水目的，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)水冷卻設(shè)備長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 韓百光.化工基礎(chǔ)簡明教程[M].北京：北京師范大學(xué)出版社：211.

Technology anti-scaling and water saving of recirculating water

WANGJun

(Hubei Xinyangfeng Fertilizer Co.,Ltd.，Jingmen，Hubei，448013，China)

Mechanism and process control measure of anti-scaling in recirculating water cooling system are introduced. The technological measures of adding sulphuric acid continuously, regulate pH value between 7.5 and 8.3, controlling temperature of water leaving recirculating water heat exchange unit under 45 ℃，balancing drainage, and controlling total hardness achieved the aim of no-scaling in recirculating water exchange unit. Besides, the method saved water about 62% than drainage replacement, water consumption reduced from 1.97 t/t to 1.69 t/t.

sulphuric acid plant；recirculating water；water temperature；control；anti-scaling；water saving

2017-01-15。

王軍，男，湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司硫酸廠化工工藝工程師，主要負(fù)責(zé)硫酸生產(chǎn)工藝管理。電話：15972613490；E-mail：469056539@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)04-0022-03