循环水防结垢节水的工艺技术

王 军

(湖北新洋丰肥业股份有限公司，湖北荆门 448013)

循环水防结垢节水的工艺技术

王 军

(湖北新洋丰肥业股份有限公司，湖北荆门 448013)

介绍了循环水冷却系统防止结垢的机理和工艺控制措施。采用连续加硫酸，将pH值调节在7.5～8.3、循环水换热设备出水温度低于45 ℃、均衡排水稳定控制总硬度等工艺措施，可达到循环水换热设备不结垢的目的。此外，该方法比采用单一排水置换法节水62%左右。水耗由1.97 t/t下降到1.69 t/t。

硫酸装置 循环水 水温 控制 防结垢 节水

湖北新洋丰肥业股份有限公司(以下简称新洋丰肥业)硫酸厂共有4套硫酸装置，其中1套为硫精砂制酸，另3套为硫磺制酸，每套装置均有独立的循环水系统、制酸和冷凝发电系统。硫精砂制酸装置于2008年9月投产，采用沸腾焙烧、封闭酸洗、二转二吸工艺，原设计产能为200 kt/a，发电系统和制酸系统循环水池均单独设置。3套硫磺制酸系统分别建于2002，2003和2004年，原设计产能各为200 kt/a，均采用二转二吸工艺，循环水池均为1 000 m3，循环量为3 000 m3/h，循环水供制酸系统酸冷却器、主风机油冷器和冷凝发电机组冷凝器、冷油器、电机空冷器等冷却使用。

1 存在问题及原因分析

装置运行过程中频繁出现酸冷却器结垢、泄漏、水温高、酸温高，主风机定子温度高、瓦温高，冷凝发电系统真空度低、蒸汽不能满发电、蒸汽被迫放空等问题，严重影响正常生产，且循环水系统耗水量较大。为了降低循环水的碱度、硬度，维持一定的浓缩倍数，需要大量补水置换。

在循环水系统正常加缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻药剂的基础上，通过研究循环水结垢机理，发现循环水结垢的主要原因是因碳酸氢根离子的存在。在循环水不断循环过程中，水与空气中的二氧化碳形成碳酸氢根离子，碳酸氢根离子与钙、镁离子结合，生成碳酸氢钙和碳酸氢镁，碳酸氢钙和碳酸氢镁非常不稳定，受热分解成碳酸钙和碳酸镁和二氧化碳[1]， 碳酸钙和碳酸镁在换热设备表面附着沉淀生成垢，二氧化碳气体经冷水塔风泵换热时，从水中被冷风带入大气层，循环水酸度下降，pH值上升，导致碳酸氢根离子浓度增加，从而生产更多的碳酸氢钙和碳酸氢镁；这些碳酸氢钙和碳酸氢镁又在换热器表面分解结垢，而且垢越来越多，循环水pH值越来越高，水温也越高，凉水塔的蒸发量就越大，浓缩倍数则越高；严重时循环水pH值可高达10左右，碱度、硬度达到8.5 mmol/L以上。若不干预，冷却设备很快结垢。一般采取的干预方法是大量换水，降低循环水pH值和硬度，由于循环水池容积较大，要想将工艺指标控制正常，换水量会很大，这就是循环水耗水量大的原因。若设备已结垢，即使大量换水也不能缓解，因为结垢后的水管流通面积变小，水量变小，换热后的水温就高，碳酸氢钙会继续分解产生碳酸钙结垢。

2 采取的措施

2.1 加入硫酸控制pH值

连续均匀地向循环水池加入硫酸，将pH值调节在7.5～8.3(若有特殊工厂处于酸性气体环境中，水长期为酸性，则需要加碱调节)，pH值控制在该范围时，循环水碱度不会超过7 mmol/L。循环水pH值低于7.5时为腐蚀性水质，不会结垢，但对设备存在酸性腐蚀，影响冷却设备的使用寿命。pH值高于8.3时，水为结垢性水质，碳酸氢根离子浓度高，设备结垢几率呈几何倍数增加。pH值控制在7.5～8.3则为最佳范围，这时的循环水介于腐蚀性水质和结垢性水质，避免了腐蚀和结垢的问题。循环水池配备在线的pH值检测仪，连续不间断地检测循环水池中的pH值，pH值检测仪须定期校验。加酸时采用硫酸小桶，用阀门控制连续均匀滴加，或者用小活塞泵，设定时间和频率滴加也可。严格管理加酸过程，不能过量加酸从而导致水的pH值低于7.5，且要连续滴加，pH值必须控制稳定。

2.2 控制换热设备出水温度

当循环水系统在夏季或热负荷大、循环水温高时，若加大冷却水量后换热设备出水温度仍超过45 ℃时，为避免结垢，可调节加酸量，降低循环水pH值，使之靠近7.5，但不要低于7.5，这样就能减少碳酸氢根、碳酸氢钙和碳酸氢镁分解的总量，最大限度地减少结垢，延长设备使用周期。相反当循环水系统在冬季或者热负荷低、循环水温度低、换热设备出水温度低于40 ℃时，可减少加酸量，使pH值靠近8.3，但不要超过8.3，适当提高循环水温度，这样运行也较安全。

循环水换热设备出水温度应低于45 ℃。设备出水温度高于45 ℃时，碳酸氢钙和碳酸氢镁受热分解，产生碳酸钙和碳酸镁沉淀物结垢，同时分解出二氧化碳腐蚀性气体，最终在凉水塔上部被风带到大气层。水温越高，碳酸氢钙和碳酸氢镁分解越快，垢量也越多。水温高也说明换热水量不够或者循环水温高，需及时调整水量或水温，最终将换热设备出水温度控制在45 ℃以下，从而抑制碳酸氢钙和碳酸氢镁受热分解。冷却设备出水口安装温度计，连续在线监测温度，设定上限温度报警，温度上升要及时排查原因并解决。

2.3 均衡补排水

通过循环水均衡补排水，控制循环水硬度和浓缩倍数。排水的目的是控制循环水硬度和稳定浓缩倍数，避免硬度和浓缩倍数的波动幅度。循环水换热负荷重时采用每隔8 小时排水一次，换热负荷轻时可采用每天排水，排水吨位均衡，采用每班或每天排水的吨位基本相等，水质检验间隔时间均衡。排水管安装流量计，按要求的量进行排水。

控制了循环水pH值、换热设备出水温度，就是控制了循环水浓缩倍数和总硬度。一般排水量可以比采用大排大补方式控制的循环水系统节约用水大约70%以上。

循环水系统为三分药剂七分管理，七分管理不仅包含日常加药的管理，更重要的是工艺和现场的管理。循环水系统的现场管理、日常清洁维护也很重要，不能让藻类、泥沙和异物堵塞冷却设备。大修时水池需彻底清理，凉水塔破损的填料、垢泥应清理干净，否则会堵塞冷却器水管路，导致流通面积变小。

3 节水效果

以前，新洋丰肥业200 kt/a硫磺制酸装置排水量约500 t/d，200 kt/a硫精砂制酸装置循环水排水量约700 t/d，采用上述工艺后，循环水系统排水量分别为120 t/d和150 t/d。

2016年采用防结垢工艺与2015年采用排水置换法控制结垢的循环水置换排水量对比见表1。

采用防结垢的循环水工艺控制方法比采用单一排水置换法节水62%左右。水耗由1.97 t/t下降到1.69 t/t(均含脱盐水站耗水量)，节水14.2%。

表1 2015-2016年循环水排水量对比

5 结语

循环水冷却系统广泛运用于化工厂，冷却设备易结垢、循环水耗大是最常见的问题，严重制约了正常生产，增加了能耗和生产成本；特别是在夏季，因降温不力，装置不能正常运行或减负荷生产也很常见。采用加酸控制pH值，控制设备出水温度和定量均衡排污，可以避免结垢，达到节水目的，从而实现循环水冷却设备长周期稳定运行。

[1] 韩百光.化工基础简明教程[M].北京：北京师范大学出版社：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。

王军，男，湖北新洋丰肥业股份有限公司硫酸厂化工工艺工程师，主要负责硫酸生产工艺管理。电话：15972613490；E-mail：469056539@qq.com。

TQ111.16

B

1002-1507(2017)04-0022-03