从防垢角度分析动力储运循环冷却水的实践研究

杨力

（兰州石化公司化肥厂甘肃兰州730060）

从防垢角度分析动力储运循环冷却水的实践研究

杨力

（兰州石化公司化肥厂甘肃兰州730060）

结垢指数，一直都是循环冷却水水质好坏判断的重要依据。本文根据化工一室丙烯酸专区质检提供的数据，对动力储运车间的循环冷却水水质进行了碳酸钙结垢指数和磷酸钙结垢指数的计算，并由计算数据可得出我们在防垢处理上的不足，继而进行有的放矢的防垢处理，这样，可使车间的循环冷却水装置达到长期无故障运行，为主装置的正常生产提供了有效的保障。

结垢；防垢；动力储运循环冷却水

引言

循环冷却水是工业用水中的重要组成部分。但是其中存在的结垢问题是循环冷却水系统中的关键问题，不仅严重影响到工业生产，甚至还会导致整个系统出现异常。通过在循环冷却水中添加阻垢剂和缓蚀剂是控制与结垢的有效手段。这是因为水中含有的大量无机离子和有机物在高温条件下十分容易在设备表面形成矿物垢，进而出现严重的腐蚀问题，特别是循环水中水垢的形成，会造成严重危害。

1 循环水中水垢的形成及其危害

1.1 水垢的形成

天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。其中以溶解的重碳酸盐最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐[1]。因此，如果使用含有重碳酸盐的水作为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2↑+H2O。冷却水通过冷却塔相当于一个曝气的过程，溶解在水中的会逸出，因此，水的pH值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下反应：Ca（HCO3）2+2=CaCO3↓+2H2O+CO32-。当水中溶有氯化钙时，还会发生置换反应。如果水中溶有适量的磷酸盐时，磷酸根离子和钙离子会发生反应。碳酸钙和磷酸钙的溶解度和一般的盐类不一样，它们不是随着温度的升高而升高，而是随着温度的升高而降低。因此，在换热器传热面上很容易达到过饱和状态而析出。这类沉积物通常成为水垢。由于这些水垢结晶致密，比较坚硬，又称为硬垢[2]。它们通常牢牢的附着在传热表面上，不容易被水冲掉。

1.2 循环水水垢的危害

水垢的导热性能很差，能大幅度的降低换热器的传热效率，一般降低在60%以上[3]。水垢附着的危害，轻者是严重降低换热器的传热效率，影响产量；重者则会堵塞管道，损坏循环水塔的填料，还有可能形成垢下腐蚀，严重损坏设备。

2 动力储运循环冷却水阻垢原理分析

在化工、电力等工业生产中阻垢剂和缓蚀剂都具有重要的作用。由于结垢是伴随循环冷却水系统中的主要问题，在实际生产中就需要加入阻垢剂，碳酸钙垢是循环冷却水系统中的主要矿物垢，也是阻垢剂主要的控制对象。

冷却水在循环的过程中经过换热器换热后问题升高，再筋骨冷却塔冷却后回流到冷却水池中循环利用，在这样一个循环的过程中水中的无机离子被浓缩数倍，其中很多难溶盐从水中析出，在表面形成垢层。通过在水中加入阻垢剂是一种控制矿物垢的有效手段，其通过螯合作用将钙离子、镁离子稳定在溶液中，并通过与晶核的活性位点相作用，扰乱晶体正常的生长过程，从而告便矿物垢颗粒在溶液中的性状，将矿物垢悬浮在溶液中。另外阻垢剂与设备表面已经形成的矿物垢相互作用，在一定的水力条件下使得矿物垢从设备的表面脱落[4]。目前主要的阻垢剂有聚羧酸类阻垢剂和有机磷类阻垢剂，两者都具有良好的钙离子稳定能力，但是有机磷类阻垢剂在钙离子稳定性能方面还具有阈值效应。通过将两种阻垢剂复合使用会达到更加明显的除垢效果。

3 结合实例分析动力储运循环冷却水的除垢工作

3.1 实例分析

兰州石化公司化肥厂动力储运车间的循环水，于2006年7月16日开工建设，2007年10月30日全面中交。2008年4月18日，装置正式进行试车。该置负责给丙烯酸装置提供冷却水。循环水站设计规模12000m3/h，年连续操作时数7200h。使用的水处理剂有：生物分散剂（YB1305）、阻垢分散剂（YD2501）、缓蚀剂（YM5400）、铜缓蚀剂（JLC6010）、浓硫酸、NaClO。

3.2 动力储运循环水碳酸钙析出的判断

（1）关于P.S.I结垢指数计算的方法，包含P.S.I.=2pHs–pHeq＜6结垢；P.S.I.=2pHs–pHeq=6稳定；P.S.I.=2pHs–pHeq＞6不结垢。其中，pHs叫饱和指数，PHeq叫平衡指数。pHs=（9.7+A+B）-（C+D）；PHeq=1.465lgM+4.54（M系统中水的总碱度（以CaCO3计），mg/l），A总溶解固体系数；B温度系数；C钙硬度系数；DM-碱度系数。

（2）动力储运循环水的P.S.I计算，在pHs=（9.7+A+B）-（C+D）公式中，A代表的是总溶解固体系数。可在质检给我们提供的数据当中没有这一项，但我们有电导率的数据，并且两者之间具有以下大致的转换关系：TDS=0.5×电导率。从2012年1～7月中，每月抽取一天，并将其数据作为样品数据进行计算。并且每个样品的pH都等于8.4，这样可以排除pH对数据的影响。得到的抽样数据见表1。

表1 抽样数据

通过进行P.S.I结垢指数的计算，发现均不结垢。

3.3 动力储运循环水磷酸钙析出的判断

（1）磷酸钙结垢指数的计算方法，磷酸钙结垢指数=水的实际pHPHS（磷酸钙饱和pH）。通过研究发现当磷酸钙结垢指数＞0时，磷酸钙有沉淀的可能，反之磷酸钙有溶解的可能。但在实际操作时，因为有化学平衡的快慢，水解产物的多样化，药剂的投加等因素的影响，常控制其值在1.5以下。即当磷酸钙结垢指数＞1.5时，磷酸钙有沉淀的可能极大。

（2）磷酸钙结垢指数的计算，从2012年1～7月中，每月抽取一天，并将其数据作为样品数据进行计算。并且每个样品的pH都等于8.4，这样可以排除pH对数据的影响。得到最终的结果是均结垢。将所有数据进行汇总，见表2。

表2 数据汇总与结果

在2012年1～7月中，碳酸钙都没有结垢的表现，说明投加的阻聚剂对碳酸钙的防垢起到了非常好的效果。但是，接下来对磷酸钙的结垢指数进行计算时发现，从2012年1～7月，磷酸钙都有结垢的表现。天然水中只含有非常少量的磷酸盐，除非向循环水中投加过量的磷酸盐，否则磷酸钙将极少出现。这说明，车间含有易水解成正磷酸盐的聚磷酸的药剂投加过多，而含有聚磷酸的药剂只有缓蚀剂。所以，综上所述，我的工艺整改建议有两个：①改用不含聚磷酸盐配方的药剂；②或者仍然使用含有聚磷酸的药剂但是需要严格控制缓蚀剂的投加量，既要防止碳酸钙的结垢还要防止磷酸钙的结垢。因为自然水中含的磷酸盐很少，所以，总磷可以从某种程度上表示投加的磷酸盐的多少。从碳酸钙结垢指数的计算过程中不难总结出，钙硬和碱度对它的影响最大。

所以，既要防止碳酸钙的结垢还要防止磷酸钙的结垢[5]，应从钙硬、碱度和总磷这几个水质指标下手。钙硬的控制目标是：250～550mg/l；碱度的控制目标是：100～200mg/l；总磷的控制目标是：4～5mg/l。在这些参数下，碳酸钙结垢指数和磷酸钙结垢指数都可以控制在不结垢的范围内。

4 结语

本文结合实例分析了动力储运车间循环冷却水系统中的除垢工作，最终目的就是希望能够保证实际的工业生产有序进行。本次研究仍然存在不足之处，还需要加强含磷配方的缓蚀剂在水质条件下的性能研究与优化，促进工业生产阻垢技术的逐渐成熟。

[1]时金林，李欣平，阎国荣，等.“两步法”高炉循环冷却水系统在线除垢清洗技术应用[J].冶金动力，2007，33（01）：68～70.

[2]雒新峰，魏朝晖，杜芳莉.冷水机组冷却水系统的除垢与排污[J].制冷与空调，2011，1（05）：449～451.

[3]时金林，李欣平，杨泽宇.制氧站循环冷却水全系统除垢清洗及水质稳定[J].冶金动力，2008，11（01）：68～71.

[4]侯静，沈炳耘.循环冷却水系统静电离子棒抑垢除垢实验研究[J].环境科学与技术，2009，27（12）：151～153.

[5]郑晋梅，董葛.工业循环冷却水系统除垢节能新技术解析[J].能源与节能，2012，33（08）：74～76.

TM621

A

1004-7344（2016）28-0310-02

2016-9-20

杨力（1986-），男，本科，毕业于中国石油大学，主要从事化工循环水工艺工作。