從防垢角度分析動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)冷卻水的實(shí)踐研究

楊力

（蘭州石化公司化肥廠甘肅蘭州730060）

從防垢角度分析動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)冷卻水的實(shí)踐研究

楊力

（蘭州石化公司化肥廠甘肅蘭州730060）

結(jié)垢指數(shù)，一直都是循環(huán)冷卻水水質(zhì)好壞判斷的重要依據(jù)。本文根據(jù)化工一室丙烯酸專區(qū)質(zhì)檢提供的數(shù)據(jù)，對(duì)動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)車間的循環(huán)冷卻水水質(zhì)進(jìn)行了碳酸鈣結(jié)垢指數(shù)和磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算，并由計(jì)算數(shù)據(jù)可得出我們?cè)诜拦柑幚砩系牟蛔?，繼而進(jìn)行有的放矢的防垢處理，這樣，可使車間的循環(huán)冷卻水裝置達(dá)到長(zhǎng)期無故障運(yùn)行，為主裝置的正常生產(chǎn)提供了有效的保障。

結(jié)垢；防垢；動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)冷卻水

引言

循環(huán)冷卻水是工業(yè)用水中的重要組成部分。但是其中存在的結(jié)垢問題是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，不僅嚴(yán)重影響到工業(yè)生產(chǎn)，甚至還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常。通過在循環(huán)冷卻水中添加阻垢劑和緩蝕劑是控制與結(jié)垢的有效手段。這是因?yàn)樗泻械拇罅繜o機(jī)離子和有機(jī)物在高溫條件下十分容易在設(shè)備表面形成礦物垢，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕問題，特別是循環(huán)水中水垢的形成，會(huì)造成嚴(yán)重危害。

1 循環(huán)水中水垢的形成及其危害

1.1 水垢的形成

天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等。其中以溶解的重碳酸鹽最多，也最不穩(wěn)定，容易分解生成碳酸鹽[1]。因此，如果使用含有重碳酸鹽的水作為冷卻水，當(dāng)它通過換熱器傳熱表面時(shí)，會(huì)受熱分解：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2↑+H2O。冷卻水通過冷卻塔相當(dāng)于一個(gè)曝氣的過程，溶解在水中的會(huì)逸出，因此，水的pH值會(huì)升高。此時(shí)，重碳酸鹽在堿性條件下也會(huì)發(fā)生如下反應(yīng)：Ca（HCO3）2+2=CaCO3↓+2H2O+CO32-。當(dāng)水中溶有氯化鈣時(shí)，還會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)。如果水中溶有適量的磷酸鹽時(shí)，磷酸根離子和鈣離子會(huì)發(fā)生反應(yīng)。碳酸鈣和磷酸鈣的溶解度和一般的鹽類不一樣，它們不是隨著溫度的升高而升高，而是隨著溫度的升高而降低。因此，在換熱器傳熱面上很容易達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出。這類沉積物通常成為水垢。由于這些水垢結(jié)晶致密，比較堅(jiān)硬，又稱為硬垢[2]。它們通常牢牢的附著在傳熱表面上，不容易被水沖掉。

1.2 循環(huán)水水垢的危害

水垢的導(dǎo)熱性能很差，能大幅度的降低換熱器的傳熱效率，一般降低在60%以上[3]。水垢附著的危害，輕者是嚴(yán)重降低換熱器的傳熱效率，影響產(chǎn)量；重者則會(huì)堵塞管道，損壞循環(huán)水塔的填料，還有可能形成垢下腐蝕，嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)備。

2 動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)冷卻水阻垢原理分析

在化工、電力等工業(yè)生產(chǎn)中阻垢劑和緩蝕劑都具有重要的作用。由于結(jié)垢是伴隨循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的主要問題，在實(shí)際生產(chǎn)中就需要加入阻垢劑，碳酸鈣垢是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的主要礦物垢，也是阻垢劑主要的控制對(duì)象。

冷卻水在循環(huán)的過程中經(jīng)過換熱器換熱后問題升高，再筋骨冷卻塔冷卻后回流到冷卻水池中循環(huán)利用，在這樣一個(gè)循環(huán)的過程中水中的無機(jī)離子被濃縮數(shù)倍，其中很多難溶鹽從水中析出，在表面形成垢層。通過在水中加入阻垢劑是一種控制礦物垢的有效手段，其通過螯合作用將鈣離子、鎂離子穩(wěn)定在溶液中，并通過與晶核的活性位點(diǎn)相作用，擾亂晶體正常的生長(zhǎng)過程，從而告便礦物垢顆粒在溶液中的性狀，將礦物垢懸浮在溶液中。另外阻垢劑與設(shè)備表面已經(jīng)形成的礦物垢相互作用，在一定的水力條件下使得礦物垢從設(shè)備的表面脫落[4]。目前主要的阻垢劑有聚羧酸類阻垢劑和有機(jī)磷類阻垢劑，兩者都具有良好的鈣離子穩(wěn)定能力，但是有機(jī)磷類阻垢劑在鈣離子穩(wěn)定性能方面還具有閾值效應(yīng)。通過將兩種阻垢劑復(fù)合使用會(huì)達(dá)到更加明顯的除垢效果。

3 結(jié)合實(shí)例分析動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)冷卻水的除垢工作

3.1 實(shí)例分析

蘭州石化公司化肥廠動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)車間的循環(huán)水，于2006年7月16日開工建設(shè)，2007年10月30日全面中交。2008年4月18日，裝置正式進(jìn)行試車。該置負(fù)責(zé)給丙烯酸裝置提供冷卻水。循環(huán)水站設(shè)計(jì)規(guī)模12000m3/h，年連續(xù)操作時(shí)數(shù)7200h。使用的水處理劑有：生物分散劑（YB1305）、阻垢分散劑（YD2501）、緩蝕劑（YM5400）、銅緩蝕劑（JLC6010）、濃硫酸、NaClO。

3.2 動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)水碳酸鈣析出的判斷

（1）關(guān)于P.S.I結(jié)垢指數(shù)計(jì)算的方法，包含P.S.I.=2pHs–pHeq＜6結(jié)垢；P.S.I.=2pHs–pHeq=6穩(wěn)定；P.S.I.=2pHs–pHeq＞6不結(jié)垢。其中，pHs叫飽和指數(shù)，PHeq叫平衡指數(shù)。pHs=（9.7+A+B）-（C+D）；PHeq=1.465lgM+4.54（M系統(tǒng)中水的總堿度（以CaCO3計(jì)），mg/l），A總?cè)芙夤腆w系數(shù)；B溫度系數(shù)；C鈣硬度系數(shù)；DM-堿度系數(shù)。

（2）動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)水的P.S.I計(jì)算，在pHs=（9.7+A+B）-（C+D）公式中，A代表的是總?cè)芙夤腆w系數(shù)?？稍谫|(zhì)檢給我們提供的數(shù)據(jù)當(dāng)中沒有這一項(xiàng)，但我們有電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)，并且兩者之間具有以下大致的轉(zhuǎn)換關(guān)系：TDS=0.5×電導(dǎo)率。從2012年1～7月中，每月抽取一天，并將其數(shù)據(jù)作為樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。并且每個(gè)樣品的pH都等于8.4，這樣可以排除pH對(duì)數(shù)據(jù)的影響。得到的抽樣數(shù)據(jù)見表1。

表1 抽樣數(shù)據(jù)

通過進(jìn)行P.S.I結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)均不結(jié)垢。

3.3 動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)循環(huán)水磷酸鈣析出的判斷

（1）磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算方法，磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)=水的實(shí)際pHPHS（磷酸鈣飽和pH）。通過研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)＞0時(shí)，磷酸鈣有沉淀的可能，反之磷酸鈣有溶解的可能。但在實(shí)際操作時(shí)，因?yàn)橛谢瘜W(xué)平衡的快慢，水解產(chǎn)物的多樣化，藥劑的投加等因素的影響，?？刂破渲翟?.5以下。即當(dāng)磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)＞1.5時(shí)，磷酸鈣有沉淀的可能極大。

（2）磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算，從2012年1～7月中，每月抽取一天，并將其數(shù)據(jù)作為樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。并且每個(gè)樣品的pH都等于8.4，這樣可以排除pH對(duì)數(shù)據(jù)的影響。得到最終的結(jié)果是均結(jié)垢。將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，見表2。

表2 數(shù)據(jù)匯總與結(jié)果

在2012年1～7月中，碳酸鈣都沒有結(jié)垢的表現(xiàn)，說明投加的阻聚劑對(duì)碳酸鈣的防垢起到了非常好的效果。但是，接下來對(duì)磷酸鈣的結(jié)垢指數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)發(fā)現(xiàn)，從2012年1～7月，磷酸鈣都有結(jié)垢的表現(xiàn)。天然水中只含有非常少量的磷酸鹽，除非向循環(huán)水中投加過量的磷酸鹽，否則磷酸鈣將極少出現(xiàn)。這說明，車間含有易水解成正磷酸鹽的聚磷酸的藥劑投加過多，而含有聚磷酸的藥劑只有緩蝕劑。所以，綜上所述，我的工藝整改建議有兩個(gè)：①改用不含聚磷酸鹽配方的藥劑；②或者仍然使用含有聚磷酸的藥劑但是需要嚴(yán)格控制緩蝕劑的投加量，既要防止碳酸鈣的結(jié)垢還要防止磷酸鈣的結(jié)垢。因?yàn)樽匀凰泻牧姿猁}很少，所以，總磷可以從某種程度上表示投加的磷酸鹽的多少。從碳酸鈣結(jié)垢指數(shù)的計(jì)算過程中不難總結(jié)出，鈣硬和堿度對(duì)它的影響最大。

所以，既要防止碳酸鈣的結(jié)垢還要防止磷酸鈣的結(jié)垢[5]，應(yīng)從鈣硬、堿度和總磷這幾個(gè)水質(zhì)指標(biāo)下手。鈣硬的控制目標(biāo)是：250～550mg/l；堿度的控制目標(biāo)是：100～200mg/l；總磷的控制目標(biāo)是：4～5mg/l。在這些參數(shù)下，碳酸鈣結(jié)垢指數(shù)和磷酸鈣結(jié)垢指數(shù)都可以控制在不結(jié)垢的范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合實(shí)例分析了動(dòng)力儲(chǔ)運(yùn)車間循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的除垢工作，最終目的就是希望能夠保證實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)有序進(jìn)行。本次研究仍然存在不足之處，還需要加強(qiáng)含磷配方的緩蝕劑在水質(zhì)條件下的性能研究與優(yōu)化，促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)阻垢技術(shù)的逐漸成熟。

[1]時(shí)金林，李欣平，閻國(guó)榮，等.“兩步法”高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在線除垢清洗技術(shù)應(yīng)用[J].冶金動(dòng)力，2007，33（01）：68～70.

[2]雒新峰，魏朝暉，杜芳莉.冷水機(jī)組冷卻水系統(tǒng)的除垢與排污[J].制冷與空調(diào)，2011，1（05）：449～451.

[3]時(shí)金林，李欣平，楊澤宇.制氧站循環(huán)冷卻水全系統(tǒng)除垢清洗及水質(zhì)穩(wěn)定[J].冶金動(dòng)力，2008，11（01）：68～71.

[4]侯靜，沈炳耘.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)靜電離子棒抑垢除垢實(shí)驗(yàn)研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，27（12）：151～153.

[5]鄭晉梅，董葛.工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)除垢節(jié)能新技術(shù)解析[J].能源與節(jié)能，2012，33（08）：74～76.

TM621

A

1004-7344（2016）28-0310-02

2016-9-20

楊力（1986-），男，本科，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，主要從事化工循環(huán)水工藝工作。