覃汝高 唐 蓉
(貴州開陽化工有限公司,貴州 開陽 550300)
隨著我國工農(nóng)經(jīng)濟的發(fā)展,工業(yè)和農(nóng)業(yè)對水資源的需求量也越來越多,水資源匱乏和工業(yè)循環(huán)水水體污染是當(dāng)今時代的一個難題,不僅難以保障企業(yè)正常生產(chǎn),也對我國生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展形成制約。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,我國工業(yè)用水在城鎮(zhèn)用水中占比60%以上,而工業(yè)生產(chǎn)中的冷卻水占工業(yè)用水的60%~80%,我國水資源人均水平較低,節(jié)能用水對工業(yè)發(fā)展有著重要的作用。進入21世紀(jì)以來,我國化工、冶金、電力等行業(yè)逐步采取循環(huán)水處理系統(tǒng),提高了企業(yè)的水循環(huán)利用率,緩解了水資源緊張的現(xiàn)狀,圖1為我國2010—2018年工業(yè)用水量。冷卻水循環(huán)處理利用一方面可以節(jié)約用水,減少廢水的產(chǎn)生量,另一方面可以保障企業(yè)設(shè)備的正常運行,延長設(shè)備工作周期。
在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中,循環(huán)冷卻水分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng),開放式循環(huán)水系統(tǒng)由于和空氣接觸較多,加上水分蒸發(fā)濃縮鹽生成量增多,導(dǎo)致循環(huán)水的pH發(fā)生變化,也會生成微生物破壞水體環(huán)境,長時間會造成循環(huán)冷卻水無法使用的情況。而封閉式循環(huán)水體統(tǒng)中不會有水分蒸發(fā)的情況,與氧氣接觸較少,在封閉式循環(huán)水系統(tǒng)中微生物滋生也較少,濃縮鹽不會大量生成。無論哪種系統(tǒng)都需要在循環(huán)水系統(tǒng)中加阻垢劑、緩蝕劑、氧化殺菌劑等來改善水體環(huán)境,保證生產(chǎn)正常運行,在此前提下研發(fā)先進的、智能的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)對于改善循環(huán)水水質(zhì)情況具有重要的意義,也將減少企業(yè)的人力物力,能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。
圖1 2010—2018年工業(yè)用水量折線圖
企業(yè)中循環(huán)水經(jīng)過長時間使用會導(dǎo)致水中Ca2+含量增加,導(dǎo)致整個體系堿度變強,pH值變大,這會影響水的飽和指數(shù),飽和指數(shù)是有理論得到的一個指數(shù),可以定性預(yù)測水中鈣的沉積情況,一般飽和指數(shù)在0.5~2之間循環(huán)會不會結(jié)垢,對于循環(huán)水中pH較高的情況加酸處理是一種簡單便捷的辦法,但是會引入硫酸或其他酸性物質(zhì),硫酸根在水中具有腐蝕性,而隨著pH的降低,水系統(tǒng)中的硫酸根的腐蝕性也會變強,筆者通過設(shè)計掛片試驗對水體腐蝕性進行分析。
本實驗采取掛片法驗證水體系統(tǒng)的腐蝕性,取某企業(yè)循環(huán)冷卻水設(shè)置水浴鍋溫度為60℃,攪拌速率為2擋,實驗時長為48 h,根據(jù)國標(biāo)法水處理劑緩蝕性能掛片實驗法進行實驗得到實驗數(shù)據(jù)見表1。通過數(shù)據(jù)分析可知,pH值會影響循環(huán)水的腐蝕率和鈣離子含量,pH值在8~8.7之間時,水體系統(tǒng)的腐蝕率和結(jié)垢率較低。
表1 掛片試驗數(shù)據(jù)結(jié)果
循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)一般由硬件和軟件兩部分構(gòu)成,包括現(xiàn)場儀表、計量泵、流量計、顯示器、PLC控制模塊,IPC等部分,作業(yè)人員通過控制箱進行操作與實時監(jiān)控,現(xiàn)場的顯示儀表通過遠(yuǎn)傳系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C,將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號,作業(yè)人員通過監(jiān)控系統(tǒng)可以在主控室了解循環(huán)水系統(tǒng)中電阻率、余氯、pH值、流量等數(shù)值的實時變化,這些信息會保存在計算機存儲中。
工業(yè)生產(chǎn)中,通過一定的連鎖設(shè)置對循環(huán)水系統(tǒng)中的水質(zhì)進行處理,以維持水系統(tǒng)的pH值的平衡,保持優(yōu)質(zhì)的水體情況,從而保障生產(chǎn)正常運行,這一操作需要循環(huán)水處理系統(tǒng)中的軟件設(shè)計來完成。軟件一般通過PLC和各種智能設(shè)備來完成對水質(zhì)的監(jiān)測工作,可以在主控室完成對水體腐蝕度、水中微生物的滋生情況、換熱器異常情況等一系列的實時監(jiān)控。發(fā)現(xiàn)數(shù)值異常后,通過連鎖設(shè)置自動加料調(diào)控,循環(huán)水處理系統(tǒng)加料控制采用先進的微處理器技術(shù)進行準(zhǔn)確加料,可以通過水體中的指標(biāo)值進行判斷,消除了人工加料的誤差,使循環(huán)水系統(tǒng)各項指標(biāo)值都在規(guī)定范圍以內(nèi)。自動加料控制由主程序、子程序和連鎖切斷三部分構(gòu)成,這三部分共同完成數(shù)據(jù)采集和加料調(diào)控工作。
循環(huán)水系統(tǒng)自動加料程序的關(guān)鍵地方在于水體各項指標(biāo)數(shù)值的監(jiān)測及加料量的控制,以確保循環(huán)水中各項指標(biāo)保持在一定范圍內(nèi),減少水體結(jié)垢和腐蝕率。這些控制功能通過PLC系統(tǒng)完成。比如,緩蝕劑的加入需要根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的補水量、排水量、溫度、水中電導(dǎo)率、濃縮倍數(shù)等數(shù)據(jù)來確定緩蝕劑的用量及使用時間。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中,循環(huán)冷卻水在一些脫溶的崗位會蒸發(fā)掉一部分,導(dǎo)致水中濃縮鹽增多。水系統(tǒng)中的結(jié)垢和腐蝕情況與濃縮鹽含量有關(guān),為了使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)保持正常的使用水平,必須將水中濃縮鹽含量控制在一定的可處理范圍內(nèi),當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)水量損失后,鹽含量不在指標(biāo)范圍內(nèi)時,需要進行人工排污。人工排污會有誤差,而智能系統(tǒng)可以根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮鹽含量所在范圍,通過與WINCC控制系統(tǒng)所設(shè)定的電導(dǎo)率數(shù)值對比自動排污。在排污的同時進行補水稀釋,直到水中電導(dǎo)率維持到所設(shè)定的范圍內(nèi),保證循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)處于正常使用水平。
監(jiān)測換熱器是一種小型的模擬裝置,它有一個傳導(dǎo)熱量的金屬面,可以對水系統(tǒng)中換熱器的結(jié)垢和腐蝕情況進行實時監(jiān)測,保證了循環(huán)水處理系統(tǒng)的平穩(wěn)運行,監(jiān)測換熱器和生產(chǎn)上所用的換熱器相類似,它能夠真實地反映生產(chǎn)過程中水體結(jié)垢和腐蝕率等問題,在提供水質(zhì)數(shù)據(jù),改良水質(zhì)穩(wěn)定性配方,為工作人員提供循環(huán)水的水質(zhì)變化規(guī)律等方面有著重要的作用。
循環(huán)水處理智能檢測系統(tǒng)不僅大大減少了人工操作,還提高了操作數(shù)值的精確度。通過對水體結(jié)垢和腐蝕性的影響因素進行分析,并結(jié)合工業(yè)實際生產(chǎn)情況可知,鹽含量、pH值、溫度、電導(dǎo)率等數(shù)值需要循環(huán)水處理系統(tǒng)進行實時監(jiān)控,充分利用PLC控制系統(tǒng)進行操作,對于工業(yè)發(fā)展中循環(huán)水的使用優(yōu)化具有重要意義。