中央空調(diào)循環(huán)冷卻水處理的研究

寧守慶 張洪濤

1、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠動(dòng)能車間;2、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠設(shè)備管理部，河南 鄭州

中央空調(diào)循環(huán)冷卻水處理的研究

寧守慶1張洪濤2

1、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠動(dòng)能車間;2、河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠設(shè)備管理部，河南 鄭州

鄭州卷煙廠中央空調(diào)循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)的補(bǔ)充水為軟化水，系統(tǒng)由于長(zhǎng)期運(yùn)行，循環(huán)冷卻水未進(jìn)行緩蝕及殺菌滅藻處理，因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)熱交換器腐蝕嚴(yán)重，表面有大量的粘泥附著，已影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。這一問題必須進(jìn)行解決。

循環(huán)冷卻水;水處理;阻垢緩蝕劑;殺菌滅藻劑

recirculated cooling water；water treatment；antiincrustation corrosion inhibi；antisepsis algicide

概述

為了保證循環(huán)冷卻水設(shè)備長(zhǎng)周期.安全.滿負(fù)荷運(yùn)行，循環(huán)冷卻水中投加一定量的阻垢緩蝕劑，殺菌滅藻劑來(lái)減少或延緩由于冷卻水造成熱交換器的腐蝕，結(jié)垢及生物粘泥等障礙，這是目前國(guó)內(nèi)最常用的方法。根據(jù)裝置工藝及水質(zhì)情況，經(jīng)綜合考慮，制定出水處理治理方案，嚴(yán)格按照方案進(jìn)行操作，以確保水處理達(dá)到最佳效果。

1.熱交換器出現(xiàn)的主要故障

1.1 水垢析出降低傳熱效率

一般天然水中都溶解有重碳酸鹽,這種鹽是冷卻水發(fā)生水垢附著的主要成分。

在直流冷卻水系統(tǒng)中，重碳酸鹽的濃度較低。在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，重碳酸鹽的濃度隨著蒸發(fā)濃縮而增加，當(dāng)其濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，或者經(jīng)過(guò)換熱器傳熱表面使水溫升高時(shí)，會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：2

冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔向下噴淋時(shí)，溶解在水中的游離CO2氣體逸出，這就促使上述反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行，這樣CaCO3沉淀就附著在換熱器的傳熱表面，積累形成致密的碳酸鹽水垢，使傳熱表面的傳熱性能下降。不同的水垢，其導(dǎo)熱系數(shù)不同，但一般不超過(guò)1.16w/m·k，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)45w/m·k。由此可見，水垢必然造成換熱器的傳熱效率下降。

水垢附著的危害很大，輕者降低換熱器的傳熱效率，影響產(chǎn)量；重者堵塞管道，影響安全生產(chǎn)。

1.2 設(shè)備腐蝕影響生產(chǎn)和縮短使用壽命

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中,各種金屬材質(zhì)的換熱器若長(zhǎng)期未添加或添加性能不佳的水質(zhì)穩(wěn)定劑時(shí)，會(huì)發(fā)生均勻腐蝕、晶間腐蝕、穿孔腐蝕、垢下腐蝕等各種化學(xué)腐蝕及微生物腐蝕，其腐蝕的原因是多種因素綜合造成的。

1.2.1 冷卻水中溶解氧引起的電化學(xué)腐蝕

敞開式冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，由于水與空氣中氧氣能充分地接觸，因此水中溶解的O2可達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)碳鋼與溶有O2的冷卻水接觸時(shí)，由于金屬表面會(huì)形成許多腐蝕微電池，微電池的陽(yáng)極和陰極區(qū)分別發(fā)生下列的氧化和還原反應(yīng)：2

以上反應(yīng)機(jī)理，促使微電池在陽(yáng)極區(qū)的金屬不斷的溶解而被腐蝕。

1.2.2 有害離子的腐蝕

循環(huán)冷卻水在濃縮過(guò)程中，除重碳酸鹽濃度隨濃縮倍數(shù)增長(zhǎng)而增加外，其它的鹽類如氯化物、硫酸鹽等的濃度也會(huì)增加。當(dāng)Cl-和SO2-4離子濃度增高時(shí)，會(huì)加速碳鋼的腐蝕。Cl-和SO2-4離子會(huì)使金屬表面保護(hù)膜的保護(hù)性能降低，尤其是Cl-離子半徑小，穿透性強(qiáng)，容易穿過(guò)膜層，置換氧原子形成氯化物，加速陽(yáng)極過(guò)程的進(jìn)行，使腐蝕加速，所以氯離子是引起點(diǎn)蝕的原因之一。

對(duì)于碳鋼制造的換熱器，Cl-是引發(fā)應(yīng)力腐蝕的主要原因，因此冷卻水中Cl-離子的含量過(guò)高，常使設(shè)備上應(yīng)力集中部位，如換熱器花板上脹管的邊緣迅速受到腐蝕破壞。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中如有碳鋼制的換熱器時(shí)，一般要求Cl-的含量不超過(guò)250ppm。

1.2.3 微生物引起腐蝕

微生物的滋生也會(huì)使金屬發(fā)生腐蝕。這是由于微生物排出的粘液與無(wú)機(jī)垢和泥砂雜物等形成的沉積物附著在金屬表面，形成氧濃差電池，促使金屬腐蝕。此外，由于在金屬表面與沉淀物之間缺乏氧，因此一些厭氧菌（主要是硫酸鹽還原菌）得以繁殖，當(dāng)溫度為25～30℃時(shí)，繁殖更快。某些微生物可分解水中的硫酸鹽，產(chǎn)生H2S，引起碳鋼腐蝕，其反應(yīng)如下：

SO2-4+8H++8e →S2-+4H2O+能量（細(xì)菌生存所需）

Fe2++S2-→FeS↓

鐵細(xì)菌是鋼鐵銹瘤產(chǎn)生的主要原因，它能使Fe2+氧化成Fe3+，釋放能量供細(xì)菌生存需要。

Fe2+→Fe3++能量（細(xì)菌生存所需）

上述各種因素對(duì)碳鋼引起的腐蝕常使換熱器壁被腐蝕穿孔，形成滲漏，或工藝介質(zhì)泄漏入冷卻水中，損失物料，污染水體；或冷卻水滲入工藝介質(zhì)中，使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。當(dāng)被腐蝕穿孔的管子數(shù)量不多時(shí)，可采取臨時(shí)堵管的辦法，使換熱器在減少傳熱面的情況下繼續(xù)使用。當(dāng)穿孔的管子過(guò)多時(shí)，換熱器傳熱面減少得太多，失去冷卻作用，此時(shí)只能停產(chǎn)更換。因此腐蝕與水垢一樣，都是危害企業(yè)安全生產(chǎn)、造成經(jīng)濟(jì)損失的“大敵”。

1.3 微生物粘泥導(dǎo)致系統(tǒng)失效

冷卻水中的微生物一般是指細(xì)菌和藻類。在新鮮水中，一般來(lái)說(shuō)細(xì)菌和藻類都較少。但在循環(huán)水中，由于水中營(yíng)養(yǎng)成分的濃縮，水溫的升高和日光照射，給細(xì)菌和藻類創(chuàng)造了迅速繁殖的條件。大量細(xì)菌分泌出的粘液和藻類產(chǎn)生的粘性物質(zhì)就象粘合劑一樣，能使水中飄浮的灰塵雜質(zhì)和化學(xué)沉淀物等粘附在一起，形成粘糊狀的沉淀物粘附在換熱器的傳熱表面上，這種沉積物稱為生物粘泥，俗稱“軟垢”。附著在換熱器管壁上的生物粘泥，不僅會(huì)降低換熱器和冷卻塔的冷卻作用，惡化水質(zhì)，而且會(huì)引起冷卻水系統(tǒng)中設(shè)備的腐蝕和降低水質(zhì)穩(wěn)定劑的緩蝕、阻垢和殺生作用。例如北京某廠換熱器中菌藻大量繁殖，半個(gè)月內(nèi)就使熱負(fù)荷下降到50%，不得不臨時(shí)停產(chǎn)清洗，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

表1

綜上所述，一個(gè)效果優(yōu)異的水處理方案應(yīng)綜合考慮以上各種因素才能保障冷卻循環(huán)水系統(tǒng)潔凈運(yùn)行，達(dá)到提高設(shè)備工作效率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。

2.循環(huán)水處理效果評(píng)價(jià)

經(jīng)上述水質(zhì)處理，冷卻循環(huán)水應(yīng)滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50050—2007）中規(guī)定：

2.1 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱設(shè)備水側(cè)管壁的年污垢熱阻值小于3.44×10-4m2·k/w。

2.2 敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中換熱設(shè)備和碳鋼管壁的腐蝕速度小于0.075mm/a，銅、銅合金和碳鋼管壁的腐蝕速度小于0.005mm/a。

2.3 敞開式循環(huán)冷卻水中的異養(yǎng)菌數(shù)小于5×105個(gè)/mL，粘泥量小于3ml。

3.空調(diào)系統(tǒng)水處理技術(shù)方案

3.1 緩蝕阻垢劑投加量：根據(jù)廠方提供的補(bǔ)水水質(zhì)及GR—946緩蝕阻垢試驗(yàn)結(jié)果，確定GR—946緩蝕阻垢劑加量為56.2kg/天，藥劑濃度為50ppm。

3.2 緩蝕阻垢劑初始投加：根據(jù)系統(tǒng)保有水量按230.4m3循環(huán)水量2400m3/h給水溫度35℃回水溫度25℃設(shè)備材質(zhì)為：碳鋼.不銹鋼.銅材。計(jì)算緩蝕阻垢劑初投加藥量為GR—946緩蝕阻垢劑67.7kg。將該藥劑一次性緩慢加入循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)。

3.3日常水處理：根據(jù)系統(tǒng)日補(bǔ)水量加藥量按56.2kg/天。

3.4 殺菌滅藻使用方法：根據(jù)系統(tǒng)菌藻繁殖情況及循環(huán)水細(xì)菌個(gè)數(shù)確定GR-937殺菌滅藻劑（非氧化性）及GR-938殺菌滅藻劑（氧化性）加入時(shí)機(jī)，兩種藥劑交替使用，以減少細(xì)菌的抗藥性，一般情況下，夏季每3～5天加一次；春秋季每5～10天投加一次；冬季每10～15天投加一次，連續(xù)投加兩次，每次加藥量為23kg。

3.5 根據(jù)廠方的水質(zhì)條件，加裝自動(dòng)排污管道，維持系統(tǒng)濃縮倍率4.5倍以下。

3.6 定期取循環(huán)水樣分析，其分析結(jié)果應(yīng)滿足以下水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1中指標(biāo)的控制必須通過(guò)排污，補(bǔ)充水量及控制投加藥劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4.空調(diào)系統(tǒng)日常保養(yǎng)、維護(hù)

4.1 水處理工作按照第六節(jié)水處理基本工藝執(zhí)行；嚴(yán)格控制執(zhí)行水處理加藥工作，建議制定日常水處理操作記錄，由專人負(fù)責(zé)日常水處理加藥工作，并做好詳細(xì)記錄；

4.2 冷卻循環(huán)水應(yīng)堅(jiān)持排污，以控制濃縮倍數(shù)，達(dá)到將系統(tǒng)內(nèi)沉積的粘泥排出的目的；

4.3 冷卻系統(tǒng)循環(huán)水泵前端排污口定期排污操作同上；

4.4 機(jī)組冷凝器定期排污，排污時(shí)進(jìn)行反向沖洗，這樣有利于將吸附在冷凝器夾層內(nèi)的粘泥排出。關(guān)閉單臺(tái)機(jī)組進(jìn)水閥門，打開回水閥門，關(guān)閉回水管道排污口，從進(jìn)水管道排污口進(jìn)行閃排，直到排出清水為止。（排污時(shí)間根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，設(shè)備停車時(shí)排污）；

4.5 建議定期清理循環(huán)水冷卻塔塔盆及布水器，防止布水口堵塞；

4.6 每次清理塔盆后要按照初始投加緩蝕阻垢劑藥量加入系統(tǒng)，之后按日常水處理加藥方法執(zhí)行。

[1]工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)GB50050～2007

[2]田國(guó)勤,趙秋池.鄭州海波源工貿(mào)公司河南中煙工業(yè)公司鄭州卷煙廠空壓、空調(diào)系統(tǒng)循環(huán)冷卻水處理方案,2011年6月

450000The Research of Central Air Conditioning Circulating Cooling Water Treatment

Ning Shouqing1Zhang Hongtao2
1、China tobacco henan industrial Co.ltd zhengzhou cigarette factory power energy workshop，2、China tobacco henan industrial Co.ltd zhengzhou cigarette factory equipment mangement deparment， zhengzhou henan 450000

The supplementary water of central air conditioning in Zhengzhou Cigarette Factory is demineralized water.After long time working,Without inhibition and biocide treatment for recirculated cooling water,so the heat exchanger is seriously rusty,its surface has large slime attachment.Now the normal operation of the equipment has been affected.This problem must be solved.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.01.051

作者姓名

寧守慶 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠動(dòng)能車間設(shè)備主任；

張洪濤 河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司鄭州卷煙廠設(shè)備管理部工程師。