改性塑料生产装置的中、小型循环冷却水系统工艺

刘 俊

(广州合成材料研究院有限公司,广东广州,510665)

改性塑料生产装置的中、小型循环冷却水系统工艺

刘 俊

(广州合成材料研究院有限公司,广东广州,510665)

综述了改性塑料生产中的中、小型循环冷却水系统工艺,循环冷却水水质处理的方法。该工艺使整个系统提高生产效率,延长设备使用寿命,节能降耗。

循环冷却水;旁流处理;纤维过滤 -控释投药工艺;水处理技术

循环冷却水系统是以水作为冷却介质,并循环使用的一种冷却水系统。主要由冷却设备、水泵和管道组成。冷水流过需要降温的生产设备 (常称换热设备,如换热器、冷凝器、反应器)后,温度上升,如果即行排放,冷水只用一次 (称直流冷却水系统);使升温水流过冷却设备则水温回降,可用泵送回生产设备再次使用,冷水的用量大大降低,常可节约 95%以上。冷却水占工业用水量的 70%左右,因此,循环冷却水系统起了节约大量工业用水的作用。

冷却设备有敞开式和封闭式之分,因而循环冷却水系统也分为敞开式和封闭式两类。敞开式系统的设计和运行较为复杂。

敞开式 冷却设备有冷却池和冷却塔两类,都主要依靠水的蒸发降低水温。再者,冷却塔常用风机促进蒸发,冷却水常被吹失。故敞开式循环冷却水系统 (图 1)必须补给新鲜水。由于蒸发,循环水浓缩,浓缩过程将促进盐分结垢。补充水有稀释作用,其流量常根据循环水浓度限值确定。通常补充水量超过蒸发与风吹的损失水量,因此必须排放一些循环水 (称排污水)以维持水量的平衡。

图1 敞开式循环冷却水系统Fig.1 Wide circulation cooling water system

在敞开式系统中,因水流与大气接触,灰尘、微生物等进入循环水;此外,二氧化碳的逸散和换热设备中物料的泄漏,也改变循环水的水质。为此,循环冷却水常需处理,包括沉积物控制、腐蚀控制和微生物控制。处理方法的确定常与补给水的水量和水质相关,与生产设备的性能也有关。当采用多种药剂时,要避免药剂间可能存在的化学反应。

封闭式 封闭式循环冷却水系统 (图 2)采用封闭式冷却设备,循环水在管中流动,管外通常用风散热。除换热设备的物料泄漏外,没有其他因素改变循环水的水质。为了防止在换热设备中造成盐垢,有时冷却水需要软化。为了防止换热设备被腐蚀,常加缓蚀剂;采用高浓度、剧毒性缓蚀剂时要注意安全,检修时排放的冷却水应妥善处置。

图 2 封闭式循环冷却水系统Fig.2 Closed circulating cooling water system

这里介绍用于改性塑料生产装置的中小型循环水处理系统工艺。

1 旁流处理工艺[1]

1.1 过滤法

过滤是最常用的旁流处理方式 (通称旁滤),其处理量通常为循环水量的 2%～5%,可以去除水中大部分悬浮固体、粘泥和微生物等[2-3],但不能降低水的硬度和含盐量,反冲洗时杂质将随反洗水排出系统。由于反洗水中杂质浓度比排污水高得多,所以系统排出的杂质多而消耗的水量少,即通过旁滤可使排污量显著降低。

大型循环冷却水系统一般采用以石英砂或无烟煤为滤料的重力无阀旁滤池,其滤速只能控制在10m/h以下,而冷却水的悬浮物浓度只能控制在10m g/L以下,过滤及占地面积的增大导致基础投资较大。

与石英砂相比,纤维滤料具有孔隙率高、孔隙分布合理和比表面积大等特点,采用纤维滤料时滤速可高达 20～85m/h。由于纤维具有柔软性和可压缩性,故随着水流阻力的增大而逐渐被压缩,使滤料上层受力小、孔隙大,下层受力大、孔隙小,充分体现出纤维滤料纳污量大、过滤周期长的特点。纤维滤料过滤器通常需采用气水反冲,借助气体的搅动使截留的悬浮物与滤料分离,再随反洗水排出[4]。纤维过滤器对悬浮物、铁、锰、微生物粘泥都具有良好的截留作用,其过滤精度高,通常出水浊度 <1NTU。

近几年来,新型的离子交换纤维滤料过滤器在循环冷却水旁流处理中的作用正在逐步引起人们的重视,除具有过滤作用外,还可与水中钙、镁离子进行离子交换,具有软化水质的功能[5]。

2 纤维过滤-控释投药工艺

纤维过滤与控制释放水处理剂相结合的工艺流程如图 3所示。循环冷却水经射流器加入混凝剂后在管道中混合均匀再进入高效纤维过滤器,在滤床上方的反应区发生微絮凝反应,水中的悬浮物生成絮状颗粒与微生物粘泥一起被纤维滤料截留、去除,滤后水的浊度 <1NTU。采用这种方法,旁滤水中的正磷酸盐可被纤维滤料及其所截留的絮状颗粒物吸附、去除。

图3 纤维过滤-控释投药处理工艺流程Fig.3 Fiber filter-Controlled dosing technology

滤后的旁流冷却水经加药罐时,水处理缓蚀阻垢剂按一定速率溶入水中、释放出具有缓蚀阻垢作用的聚磷酸盐,可以实现恒速投药。

该工艺具有流程简单、布置紧凑、操作方便灵活等特点,可将工业循环冷却水中的悬浮物、正磷酸盐和微生物粘泥等有害成分同时去除,同时补充聚磷酸盐活性成分,达到改善水质,提高缓蚀、阻垢效果的目的。

3 循环冷却水处理技术

3.1 处理循环冷却水水质的原因

在循环冷却水系统中,由于循环冷却水长时间反复运转和使用,通过冷却构筑物的传热与物质交换,循环冷却水与大气接触,从而使循环冷却水具有以下一些明显的特点[6]:

(1)水中游离及溶解的 CO2大量逸散,当CO2的含量不足以保证重碳酸盐的平衡时,给水管道和用水设备内就会形成 CaCO3沉淀,引起系统内 CaCO3结垢;

(2)水中所含的溶解性气体、腐蚀性盐类与酸类等电解质与金属接触时,因为电解质的作用,从金属表面析出 Fe2+,使设备和管道金属遭到破坏;

(3)空气中的污染物如尘土、杂物、可溶性气体及换热器物料渗漏等均可进入循环水,致使微生物大量繁殖,加速金属的腐蚀;

(4)由于补充水带来或水在循环使用过程中产生的各种微生物、其它有机物及无机悬浮杂质在管道和换热器表面沉积。

基于以上原因,使循环水水质恶化,给系统带来结垢腐蚀、污泥和菌藻等问题。所以必须对循环冷却水进行水质处理。

3.2 循环冷却水处理技术现状[7]

3.2.1 水垢的控制

循环水系统中最易生成的水垢是碳酸钙垢,水垢控制即是防止碳酸钙的析出,大致有以下几类方法。

(1)从补充冷却水中除去成垢的钙、镁离子。

在补充水进入循环水系统之前进行软化处理,除去 Ca2+、M g2+,也就形不成水垢。目前常用的软化方法有两种:

一是离子交换树脂法,该法适于补充水量小的循环水系统间或采用;

二是石灰软化法,即投加石灰,使 Ca (HCO3)2反应生成 CaCO3沉淀提前析出。该方法成本低,适于原水 (尤其是暂时硬度大的结垢型原水)钙含量高,补充水量较大的循环冷却水系统。

(2)加酸或通入 CO2气体,降低 pH值,稳定重碳酸盐。

在循环水中加酸 (通常为硫酸)或通入 CO2气体,降低 pH值,使下列平衡左移,重碳酸盐处于稳定状态。

加酸法目前仍有使用,关键是控制好加酸量,否则酸量过多会加速设备腐蚀。

通 CO2气体同样应注意控制好 pH值,否则循环水通过冷却塔时,由于 CO2的溢出,CaCO3在塔内结晶,堵塞填料,形成钙垢转移现象。该方法在某些化肥厂、化工厂及电厂等有 CO2气体源的企业仍有推广使用的价值。

(3)投加阻垢剂。

在循环水中投加阻垢剂,破坏 CaCO3的结晶增长过程,以达到控制水垢形成的目的。目前常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机多元膦酸、有机磷酸脂、聚丙烯酸盐等,这也是目前应用最广的控制水垢的方法。

3.2.2 污垢的控制

控制污垢,可从下面几个方面努力:

(1)对补充水进行预处理,降低浊度。

(2)做好循环水水质处理。

(3)投加分散剂。可将粘合在一起的泥团杂质等分散成微粒悬浮于水中,随水流流动而不沉积,从而减少污垢对传热的影响,部分悬浮物还可随排污排出。

(4)增加旁滤设备:如果在系统中增设旁滤设备,控制好旁流量和进、出旁流设备的浊度,就可保持系统长时间运行下的浊度在控制指标内,减少污垢形成。

3.2.3 循环冷却水系统金属腐蚀的控制

循环冷却水系统金属腐蚀的控制方法常用的主要有以下四种:

(1)添加缓蚀剂。

缓蚀剂是一种用于腐蚀介质中抑制金属腐蚀的添加剂,它用量少,不会改变腐蚀介质的性质,不需特殊投加设备,也不需对设备表面进行处理。因此,使用缓蚀剂是一种经济效益较高且适应性较强的金属防护措施。

在敞开式循环水系统中,常用的缓蚀剂有硅酸盐、钼酸盐、锌盐、磷酸盐、聚磷酸盐、有机多元膦酸、巯基苯并噻唑 (MBT)、苯并三唑 (BTA)和甲基苯并三唑 (TTA)、硫酸亚铁等,并且为了减轻环境富营养化的压力,目前更趋向于使用后面几种有机膦酸盐和低磷缓蚀剂。

(2)提高循环水的 pH值。

提高循环水的 pH值,使金属表面生成氧化性保护膜的倾向增大,易于钝化,从而有利于控制设备腐蚀。敞开式循环冷却水系统通常通过在冷却塔内的曝气提高 pH值,当水中和空气中的 CO2达到平衡时,水的pH值为8.5左右。提高循环水的pH值后,不可避免地带来一些问题:循环水结垢倾向增大;设备腐蚀速度下降,但还不能满足要求;某些常用缓蚀剂失效。目前可通过添加专门为碱性冷却水处理开发的复合缓蚀剂来解决,例如:聚磷酸盐-锌盐-膦酸盐-分散剂、聚磷酸盐-正磷酸盐-膦酸盐-三元共聚物、有机多元膦酸-聚合物分散剂-唑类、多元醇磷酸酯-丙烯酸系聚合物、HEDP-PMA等。这些水处理剂的复合配方可发挥出除垢和防腐的综合作用,由于协同或增效作用,它比单一药剂的单一作用效果更显著,这也是缓蚀剂的发展趋势。

(3)选用耐蚀材料的换热器。

例如使用聚丙烯换热器或石墨改性聚丙烯换热器,但由于换热效果差,很少使用。

(4)用防腐涂料涂覆。

通过防腐涂料的屏蔽、缓蚀、阴极保护及 pH缓冲作用来保护设备不受腐蚀。

3.2.4 循环冷却水系统微生物的控制

循环水系统中微生物引起的腐蚀、粘泥及其生长的控制方法有:设备选用耐蚀材料;控制循环水中的氧含量、pH值、悬浮物和微生物的养料等水质指标;在防腐涂料中添加杀生剂,抑制微生物的生长;采取在冷却水水池加盖、冷却塔的进风口加装百叶窗等措施,防止阳光照射;设置旁流过滤设备;对补充水进行混凝沉淀预处理以及颇有前途的噬菌体法等。

除上面所列方法之外,目前最有效和最常用的方法则是向循环水中添加杀生剂。杀生剂的种类很多,氧化性杀生剂有:氯、次氯酸盐、氯化异氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物等;非氧化性杀生剂有氯酚类、有机锡化物、季铵盐、有机胺类、有机硫化物、铜盐及异噻唑啉铜等。

4 结语

改性塑料生产装置中的中、小型循环冷却水系统可以采用过滤法或纤维过滤-控释投药工艺。建议采用纤维过滤-控释投药工艺,能去除悬浮物、降低浊度、同时实现自动投药。这套工艺的应用将提高生产效率,延长设备的使用寿命,改善改性塑料产品的质量。

[1]高华生,俞建德,姬跃国.工业循环冷却水旁流处理工艺及设备[J].中国给水排水,2002, 10:20-23.

[2]任世军.循环冷却水旁流过滤处理技术引进与应用 [J].山西电力技术,1996,16(6): 10-13.

[3]洪军.循环冷却水处理系统中旁流处理量的确定[J].中国给水排水,1996,12(3):37-39.

[4]耿土锁,袁嗣兵.循环冷却水处理的新方法研究 [J].环境科学与技术,1997,77(2): 28-47.

[5]朱世平,符若文,陆耘,等.功能纤维在循环冷却水系统中防垢的研究.中山大学学报(自然科学版),1996,35(1):64-68.

[6]刘钰畴.浅议循环冷却水水质处理[J].有色冶金设计与研究,2003,23(U 10):66-68.

[7]张旻,蓝兰,曲兴国.循环冷却水处理“趋零”排放——从循环水中要效益[J].一重技术,2005,6:51-53.

The Technology of Small&Medium-sized Circulating Cooling Water System in Modified Plastics Production Equipment

LIU Jun
(Guangzhou Research Institute Co.Ltd.of Synthetic Materials,Guangzhou 510665,Guangdong,China)

This thesis summarized the treatment technology of small&medium-sized circulating coo ling water system in modified plastics production equipment,the treatment method of circulating cooling water.This technology promotes the heat transfer efficiency of thew hole system,prolongs the service life of the equipment,saves energy and lowers the consumption.

circulating cooling water;side stream treatment;Fiber filter-Controlled dosing technology;water treatment technology

TU 992.03

2010-07-11