循环冷却水系统运行总结

孙照新 ， 陈艳梅 ， 黄占立

(河南能源化工集团 开封龙宇化工有限公司 ， 河南 开封　475200)



循环冷却水系统运行总结

孙照新 ， 陈艳梅 ， 黄占立

(河南能源化工集团 开封龙宇化工有限公司 ， 河南 开封475200)

为保证生产系统设备换热冷却的需要及节约水资源，公司冷却水系统采用敞开式循环冷却。同时，为稳定循环冷却水水质，保证生产系统的长期稳定运行，通过投加杀菌剂、阻垢剂等药剂和旁滤、排污等措施，控制循环水的浓缩倍数、pH值等工艺指标。投运几年来，运行稳定，换热设备热阻值、腐蚀速率等主要指标均在指标范围内。

循环冷却水 ； 浓缩倍数 ； 腐蚀速率 ； 旁滤 ； 监测换热器

开封龙宇化工有限公司40万t/a聚甲醛项目于2011年投产，作为项目的配套设施，9 000 m3/h循环冷却水系统主要为公司锅炉及甲醛、单体、聚合等工段提供冷却用水。系统运行几年来，循环冷却水水质稳定，设备运行平稳，水利用率较高，为公司的长周期稳定生产提供了保障。

1　系统工艺流程及工艺指标

1.1工艺流程

循环冷却水站其主要作用是将全公司各生产装置冷却设备的温升水通过机械通风逆流式冷却塔降低水温后，由循环水泵加压，再供给不同的冷却设备循环使用。同时，通过加药设备对该循环冷却水进行水质稳定处理，通过旁滤池控制循环水悬浮物含量，保证工艺冷却设备的热效率。主要装置是2座循环冷却水塔、4台循环水泵、2台旁滤过滤器、1套加酸装置和2套加缓蚀阻垢剂装置，系统设计最大冷却水量为9 000 m3/h，正常运行冷却水量为6 000 m3/h。来自管网的循环冷却回水(≥0.2 MPa)直接进入冷却塔，经喷头、填料与空气换热后落入塔底水池，被循环水泵提升压力，分别供给各工艺装置和锅炉房使用。少量循环水通过监测换热器检测循环水对设备的腐蚀速率。

循环冷却水的补充水进入冷却塔水池。在正常工况下，循环冷却水的补充水大部分直接来自水源井供水主管线，少部分来自甲醛浓缩W90水和除盐水岗位的一级RO浓水。

工艺流程图如图1所示。

图1　9 000 m3/h循环水系统工艺流程图

1.2工艺指标

工艺指标：循环水站处理能力6 850/9 000 m3/h；浓缩倍率≥3；悬浮物含量10 mg/L；回水压力≥0.2 MPa；回水温度≤42 ℃；给水温度≤32 ℃；冷却塔漂水损失≤总循环水量的0.001%；集水池控制液位4.8～5.2 m；冷却塔风机油温报警温度78 ℃；停机温度82 ℃；冷却塔风机振动≤3.2 mm/s；过滤器出水流量200 m3/h；过滤器出水悬浮物≤5 mg/L；过滤器运行压力0.5 MPa；过滤器运行压差≤0.1 MPa；碳钢腐蚀速率<0.075 mm/a；不锈钢、铜腐蚀速率<0.005 mm/a；污垢热阻值1.72×10-4～3.4×10-4m2·K/W；pH值为8.5～9.5；总碱<1 100 mg/L；总硬<180 mg/L；钙硬度≤70 mg/L；氯离子≤250 mg/L；全铁<1 mg/L；总磷4～6 mg/L；浊度<15 NTU；浓缩倍数2.5～3.0倍；异氧菌数冬季<1×105个/mL，夏季<5×105个/mL。

2　系统运行中需要注意的问题

循环冷却水系统管理的目的是尽可能地降低换热设备的腐蚀速率，维持换热设备较高的换热效率。要想达到上述目的，必须控制循环冷却水系统中沉积物、生物黏泥的生成。因此，循环冷却水系统日常工艺管理即水质控制的重点是加药量的控制、浓缩倍数及pH值的控制和日常工艺指标监测分析。

2.1加药量的控制

在工业化循环冷却水系统长周期运行时，根据工艺条件，通过投加适量的缓蚀阻垢剂及杀菌剂等药剂，保证循环冷却水系统水质始终处于较为理想的状态。

2.1.1缓蚀阻垢剂的投加

缓蚀阻垢剂的作用是阻止循环冷却水中碳酸钙等水垢的析出和减缓换热设备的腐蚀，缓蚀阻垢剂有很多种类型，根据使用效果及经济分析，目前使用最广泛的缓蚀阻垢剂是聚磷酸盐，公司缓蚀阻垢剂的加药量是根据循环冷却水水质分析报告中的总磷含量(4～6 mg/L)来控制，目前公司投加量为 150 kg/d，通过加药剂泵均匀投加。

2.1.2杀菌剂的投加

投加杀菌剂的目的是控制循环冷却水系统中的微生物，防止生物黏泥的生成。杀菌剂的加药量是根据公司循环冷却水系统补水水质分析及运行情况，结合药剂生产厂家药剂成分及相关使用单位经验，由双方技术人员共同制定，并在生产运行过程中根据水质情况不断进行调整。通过几年来的摸索，目前，公司杀菌剂的加药量已形成比较稳定的指标(投加方式为冲击式投加)。具体见表1。

表1　杀菌剂加药量

2.2加强旁滤装置的检测和使用

即使在水质处理较好、补充水浊度也较低的情况下，循环冷却水系统中的浊度仍会不断升高，从而加重污垢的形成。循环冷却水系统在稳定操作的情况下浊度会升高的原因是由于冷却水经过冷却塔与空气接触时，空气中的灰尘会被洗入水中，特别是在气候干燥、灰尘飞扬时更加明显。旁滤装置的作用是将循环冷却水部分通过此装置，通过装置中石英砂、无烟煤等滤料，将循环冷却水中部分的悬浮物及微生物除去。根据理论计算及经验总结，旁流量一般在1%～5%较为经济合理。

公司旁滤装置采用的是重力式无阀滤池，过滤过程完全依靠循环冷却水的重力自动流入滤池进行过滤和反洗，且滤池本身没有阀门。其运行全部自动进行，操作方便，运行稳定可靠，结构简单。目前，公司旁滤装置的进水量为2×200 m3/h。

2.3.1浓缩倍数的控制

根据理论计算和多年来的实践经验，循环冷却水的浓缩倍数应维持在3.0左右最为适宜。公司的浓缩倍数控制在2.5～3.0。

2.3.2pH值的控制

循环冷却水pH值应在7.0～9.5的范围。因为各种水处理药剂都有其适用范围，一般在6.5～10.0。循环冷却水的pH值低于这一范围时，水的腐蚀性增加，造成设备的腐蚀速率增加；循环冷却水的pH值高于这一范围时，则水的结垢倾向增大，容易引起换热设备的结垢。因此，在合适的范围内，循环冷却水中pH值波动范围越小越好。公司循环冷却水的pH值控制在8.5～9.5。

2.4清洗和预膜

2.4.1清洗

由表6可看出，安吉抗核清洁小流域治理工程在三类评价中综合占优，因此可作为一种推广模式。而从关联评价上看，该工程能较好地考虑到各个指标的相容度，表明该指标在执行过程中具备较强的兼容性，因此也具有很强的参考意义。

冷却水系统在运行过程中，冷却设备的金属表面上常常会发生沉积物的集积，大大降低换热器的换热效果。为提高冷却效果，防止腐蚀和抑制微生物生长，冷却水系统应定期进行清洗，以除去金属表面上的那些沉积物。

新的冷却设备，在制造加工和运输及储存期间会发生锈蚀，带入切削油、防锈油。在安装过程中可能留下碎屑、油类、泥砂和杂物。因此在开车之前，新的冷却水系统也需要清洗。

冷却水系统的清洗方法可以分为两大类：物理清洗和化学清洗。物理清洗是指通过物理的或机械的方法对冷却水系统或设备进行清洗的一类清洗方法。这种方法的不足之处是不易冲掉那些较硬的、黏结很牢的沉积物，如硬垢和腐蚀产物，所以常和化学清洗配合使用。

化学清洗是通过化学药剂的作用使被清洗设备中的沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的一类清洗方法。化学清洗按清洗方式可分为：①浸泡法；②喷淋法；③泡沫法；④循环法。在大设备清洗时，通常是在清洗液储槽和被清洗的设备之间接上循环泵和管道，形成一个闭合回路，使清洗液不断循环，沉积物不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用而溶解和脱落。

2.4.2预膜

预膜的目的是让清洗后尤其是酸洗后处于活化状态下的新鲜金属表面上，或其保护膜曾受到重大损伤的金属表面上，在投入正常运行之前预先生成一层完整而耐蚀的保护膜。预膜时，缓蚀剂的浓度较高，预膜结束后，则用低浓度的缓蚀剂进行日常运行。预膜时机的选择：①新的换热器或冷却水系统清洗之后，投入日常运行之前；②旧的换热器或冷却水系统清洗，尤其是酸清洗之后；③冷却水出现了低pH值漂移但被复原到控制的pH值之后；④冷却水系统在检修后即将开车之前。

2.4.3循环冷却水系统的清洗预膜

清洗和预膜一般同时进行，循环冷却水系统的清洗和预膜工作一般在每年的生产系统大修结束系统开车前进行，由专业的水处理公司根据协助进行。方案如下。

2.4.3.1清洗阶段

操作步骤：5月10日10：00，投加高效缓蚀剂TKC-1200型3 t；悬挂腐蚀试片；根据发泡情况投加消泡剂TKC-1260。12点：开始逐渐投加硫酸使pH值调到3.5～4.5；14点：pH值调到3.5～4.5，期间定时测pH值，补酸使其维持在3.5～4.5，预计清洗时间12～24 h。

pH值：开始0.5 h一次；硫酸调到3.5～4.5范围内时2 h一次；Fe、浊度、Ca2+：投加硫酸后每2 h一次；清洗终点：Fe、浊度、Ca2+含量无明显上升时清洗结束，系统进行大排大补。5月11日4：00，系统进行大排大补，打开旁滤过滤器，加快排污，预计排污8～16 h。pH值、浊度：每隔2 h检测一次；Fe：每隔4 h检测一洗。大排大补终点：pH值在5.5以上，Fe含量在1×10-6以下，且浊度在20×10-6以下。

2.4.3.2预膜阶段

操作步骤：13：00，大排大补结束，停止排补，系统投加氯化钙，使其循环水中钙含量在100×10-6以上(以碳酸钙计)，调钙时间需要2～3 h。16：00调钙完毕，开始进行调酸，pH值调到5.8～6.8范围内，调酸时间大约4 h，调酸在预膜要求范围内，循环均匀。18：00，投加预膜剂TKC-2200 3 t(根据设备现场实际运行情况看是否需要留出一部分预膜剂)，在此期间严格控制pH值5.8～6.8范围内；悬挂腐蚀挂片，一般预膜时间按现在温度在16～36 h，预膜结束，系统进行大排大补。分析项目及频率：Ca2+，加氯化钙调钙时每1 h一次。直到钙含量在100×10-6以上；pH值开始调酸后前期每2 h一次，投加预膜剂后每4 h一次；磷，初次投加1 h后检测磷含量>200×10-6后每隔2 h检测一次(具体分析频率看现场排水情况)；预膜终点以悬挂试片外观颜色为准关于预膜效果的检测，观察挂片上成膜效果，使用的预膜剂不同，挂片上成膜的色彩也不同，通常用肉眼观察，膜层均一、颜色一致，无锈斑既表示预膜良好，也有用配置化学溶液，滴于挂片上进行检验。化学溶液配制方法，常见硫酸铜溶液法：称取15 g氯化钠和5 g硫酸铜溶于100 mL水中，将配置好的硫酸铜溶液滴于预膜和未预膜的挂片上，同时测定出现蓝点所需要的时间差，时间相差越大，表示预膜效果越好。5月12日24:00，系统进行大排大补磷：每隔4 h检测一次(具体分析频率看现场排水情况)，大排大补终点：系统中磷含量<8×10-6。5月13日12：00，系统大排大补完毕，转入投加缓释阻垢剂和两种杀菌剂正常运行。

3　采取的相关节能措施

3.1冷却风机动力由电动机改为水轮机

公司循环水冷却水系统有两台风机，每台风机的驱动电机功率为200 kW，根据生产系统换热设备需要及外界温度影响，夏季需要两台风机满负荷运行，春秋季一台满负荷运行，一台间断运行，冬季一台间断运行。全年按平均一台满负荷运行8 000 h计算，每年需电费约90万元(电费按0.65元/kW·h，电机功率因数按0.85)。

改造后，一台风机的驱动动力由电动机改为水轮机，在不增加任何功率消耗的情况下，利用循环冷却水0.2 MPa回水余压驱动水轮机带动风机转动，从而停运一台200 kW电动机。据统计，每年可节约电费几十万元。

3.2循环水泵动力由电动机改为汽轮机

循环冷却水系统正常生产情况下运行两台循环冷却水泵，每台功率为560 kW。同时，锅炉出口为1.2 MPa左右的饱和蒸汽，各用汽岗位使用的蒸汽压力为0.4 MPa左右。为此，通过公司技术部门考察论证，对循环冷却水泵驱动系统进行了改造。利用锅炉1.2 MPa的饱和蒸汽，带动一台0.8 MW的汽轮机，汽轮机通过减速机带动原来的电动机，电动机再带动循环冷却水泵工作。汽轮机多余的功率，通过相关电力系统反馈到公司高压电网。汽轮机需要检修时，可拆开汽轮机与电动机中间的联轴器，由电动机直接驱动循环冷却水泵。

根据统计数据计算，汽轮机满负荷情况下消耗1.2 MPa饱和蒸汽约2 t/h，发电量约750 kW。因此，每年可节约电费220万元左右。

4　运行效果

循环冷却水系统运行的好坏主要看腐蚀速率，循环冷却水系统腐蚀速率的测定一般采用28 cm2的碳钢挂片(进出口各装两片)，系统运行几年来的腐蚀速率如表2所示(算术平均值)。

表2　2012-2015年循环冷却水系统腐蚀速率统计表

注：2012年因生产系统运行不稳定及循环冷却水系统加药量处于摸索阶段，腐蚀速率偏高。

5　结论

循环冷却水系统的正常运行对生产系统至关重要。因此，循环冷却水系统的日常管理必须持之以恒。管理的重点是控制好浓缩倍数、pH值及药剂投加量，加强日常检测分析，发现偏离工艺指标的问题及时处理。同时，结合自身工艺条件，利用合同能源管理等方法，尽可能利用好相关技术成熟的节能措施。使循环冷却水系统长周期稳定经济运行，为生产系统运行创造好的条件。

2016-06-29

孙照新(1976-)，男，工程师，从事化工工艺和化工安全方面的工作，电话：13837815467。

TQ022.121，TQ051.5

B

1003-3467(2016)09-0049-04