紡織企業(yè)循環(huán)水處理對(duì)空壓站的影響及對(duì)策

代 兵，郭 杰，史華剛，曹軍政，代愛(ài)明，唐建東

(新型環(huán)保復(fù)合面料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 襄陽(yáng) 441002)

0 引言

壓縮空氣的應(yīng)用遍及石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國(guó)防、科研等多個(gè)領(lǐng)域。一般而言，用于生產(chǎn)壓縮空氣的設(shè)備統(tǒng)稱為“空壓機(jī)”。為了便于管理，空壓機(jī)及后處理設(shè)備通常集中裝設(shè)于空壓站房?jī)?nèi)。空壓機(jī)集中運(yùn)行噪聲較大，需采用封閉式防噪聲設(shè)計(jì)。但這種封閉式站房運(yùn)行室溫高于敞開(kāi)式站房運(yùn)行室溫，不宜裝設(shè)風(fēng)冷型空壓機(jī)，宜集中裝設(shè)水冷型空壓機(jī)，即利用循環(huán)水強(qiáng)制性帶走空壓機(jī)的壓縮熱，提升壓縮效率，保證空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，避免高溫停機(jī)[1]。

筆者公司目前擁有16臺(tái)水冷式空壓機(jī)組，其中14臺(tái)螺桿式空壓機(jī)、2臺(tái)離心式空壓機(jī)，集中裝設(shè)且共用1個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)24 h不間斷運(yùn)行?？諌赫狙h(huán)水處理不好易造成水質(zhì)惡化，導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)故障，影響系統(tǒng)的散熱、傳熱甚至是設(shè)備性能，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)損壞設(shè)備。

1 循環(huán)水處理對(duì)空壓站的影響

空壓站的循環(huán)水在使用時(shí)必須經(jīng)過(guò)細(xì)致的處理，才能滿足正常使用需求，否則就會(huì)帶來(lái)很多不良影響。

1.1腐蝕。腐蝕會(huì)縮短空壓機(jī)及配套設(shè)備的使用壽命，增加維護(hù)費(fèi)用及生產(chǎn)成本，甚至造成空壓機(jī)報(bào)廢。同時(shí)，還會(huì)造成資源和能源浪費(fèi)，引發(fā)災(zāi)難性事故，甚至造成環(huán)境污染。

1.2結(jié)垢。結(jié)垢會(huì)增加管線輸送壓力差及電力消耗，降低冷卻器傳熱效率或傳熱不均，造成空壓機(jī)普遍高溫，增大工廠非計(jì)劃性停車概率，甚至?xí)斐衫鋮s器或空壓機(jī)直接報(bào)廢。同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致垢下腐蝕，降低緩蝕劑性能。

1.3微生物粘泥。微生物粘泥形成污垢沉積物，降低冷卻水的冷卻效果，增加能耗并影響正常生產(chǎn)。粘泥聚積在冷卻塔填料的表面或填料間，少量粘泥會(huì)減少冷卻水通道截面積，降低冷卻水流量和冷卻效果，增加泵壓；大量粘泥將堵塞換熱器(冷卻器)中冷卻水通道，從而使冷卻水無(wú)法工作。粘泥覆蓋在換熱器內(nèi)的金屬表面，阻止緩蝕劑與阻垢劑到達(dá)金屬表面，阻止殺生劑殺滅粘泥中和粘泥下的微生物，使其功效降低，加劇垢下腐蝕。此外，粘泥覆蓋在金屬表面，形成差異腐蝕電池，加速金屬設(shè)備腐蝕。

1.4水溫變化快。冷卻水走管程水溫變化快，會(huì)增加冷卻器管材的熱應(yīng)力，造成管子穿孔或出現(xiàn)裂縫，縮短冷卻器使用壽命，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)冷卻水進(jìn)入氣管路或油管路，造成設(shè)備故障。

1.5水壓不穩(wěn)定，過(guò)小或偏大。循環(huán)水壓力過(guò)小，會(huì)造成冷卻器進(jìn)出水溫差升高，冷卻效果下降，機(jī)組高溫甚至停機(jī)；循環(huán)水壓力偏大，會(huì)造成電能浪費(fèi)，冷卻器進(jìn)水壓力偏大，進(jìn)而使冷卻器水管破裂，縮短冷卻器使用壽命或引發(fā)機(jī)器故障。

2 空壓站房改善措施

2.1 封閉式防噪聲設(shè)計(jì)

因國(guó)家環(huán)保對(duì)工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放有明確規(guī)定[2]，而空壓機(jī)運(yùn)行噪聲較大，故站房采用封閉式防噪聲設(shè)計(jì)，以滿足環(huán)保需求。

2.2 合理設(shè)定站內(nèi)溫度

空壓機(jī)是以吸入空氣后進(jìn)行壓縮而產(chǎn)生壓縮空氣的設(shè)備?？諝饨?jīng)壓縮后體積變小、壓力升高，壓縮過(guò)程產(chǎn)生的壓縮熱，大部分被冷卻器中的冷卻循環(huán)水帶走，以保證后一級(jí)壓縮效率或后處理設(shè)備的運(yùn)行需求，少部分壓縮熱使機(jī)器設(shè)備溫度不斷升高，繼而熱量輻射到周圍環(huán)境中去，使周圍環(huán)境溫度不斷升高。對(duì)于封閉式空壓站房而言，更是如此。

空壓機(jī)周邊環(huán)境溫度不斷升高，會(huì)造成諸多不良影響。如：空壓機(jī)進(jìn)氣溫度不斷升高、出口壓力和流量均降低、壓縮效率不斷下降等，進(jìn)而使循環(huán)水溫度逐漸上升，導(dǎo)致循環(huán)水管及冷卻器的腐蝕及結(jié)垢傾向加劇，周而復(fù)始、惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致空壓機(jī)高溫停機(jī)。

因此，封閉式空壓站房應(yīng)充分滿足通風(fēng)換氣需求，保證空壓站內(nèi)溫度在合理范圍內(nèi)，一般不超過(guò)40 °C。

2.3 合理布局保證通風(fēng)換氣

為實(shí)現(xiàn)站內(nèi)通風(fēng)換氣順暢，應(yīng)遵循“站房構(gòu)建合理、機(jī)器布局恰當(dāng)”的原則。一般而言，封閉式站房高度不低于空壓機(jī)高度的2倍，機(jī)器之間、機(jī)器與墻體之間保持不小于2 m的距離，以保證空氣流動(dòng)及合理的維修空間；在靠近空壓機(jī)散熱風(fēng)扇排風(fēng)口高處一側(cè)安裝排風(fēng)扇或通風(fēng)球?qū)峥諝馀懦?，在其?duì)面低處一側(cè)安裝冷風(fēng)機(jī)將站外空氣冷卻后引入空壓站內(nèi)，使站內(nèi)空氣形成低進(jìn)高出的良性循環(huán)，空壓站的通風(fēng)布置見(jiàn)圖1。

1—空壓機(jī)；2—排風(fēng)扇；3—通風(fēng)球；4—冷風(fēng)機(jī)。圖1 空壓站的通風(fēng)布置

按照上述原則，對(duì)公司1號(hào)封閉式離心空壓站房進(jìn)行改造，效果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 1號(hào)封閉式離心空壓站房通風(fēng)改造效果對(duì)比 單位：℃

由表1可以看出，空壓機(jī)封閉式站房經(jīng)通風(fēng)換氣改造后，站房環(huán)境溫度、機(jī)組排氣溫度及循環(huán)水溫度均有明顯下降，既能改善機(jī)組運(yùn)行環(huán)境，又有利于改善水質(zhì)。

2.4 優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)依次通過(guò)自潔式空濾(集中過(guò)濾空壓機(jī)進(jìn)氣)、翅片冷卻器(冷卻)、導(dǎo)風(fēng)筒(外敷保溫層)連接空壓機(jī)空濾進(jìn)氣口(見(jiàn)圖2)，可以很大程度上降低空壓機(jī)的進(jìn)氣溫度，大幅提升壓縮效率，降低機(jī)組發(fā)熱量，進(jìn)而有效降低循環(huán)水溫度。

1—空壓機(jī)；2—排風(fēng)扇；3—通風(fēng)球；4—導(dǎo)風(fēng)筒；5—翅片冷卻器；6—自潔式空濾；7—冷風(fēng)機(jī)。圖2 空壓站進(jìn)氣系統(tǒng)布置

山東德州某棉紡廠采用上述優(yōu)化空壓機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)改造后，空壓機(jī)排氣溫度下降10 °C～20 °C，電流和循環(huán)水溫度也有不同程度下降。

綜上所述，合理布置和構(gòu)建空壓站房，改善空壓站房通風(fēng)設(shè)施、優(yōu)化空壓機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，可以改善空壓機(jī)運(yùn)行環(huán)境，提升空壓機(jī)運(yùn)行效率，降低循環(huán)水溫度，減少冷卻塔負(fù)荷及水分蒸發(fā)，有利于穩(wěn)定循環(huán)水水質(zhì)。

3 循環(huán)水水質(zhì)控制措施

3.1 采用軟化水處理設(shè)備

軟化水設(shè)備，即降低水硬度的設(shè)備，其主要作用是去除水中的鈣鎂離子，活化水質(zhì)、殺菌滅藻、防垢除垢等。一般軟化水設(shè)備(軟水器)采用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，將水中的Ca2+，Mg2+置換出來(lái)，具體過(guò)程為：樹(shù)脂吸收一定量的鈣鎂離子后，用鹽箱中的食鹽水沖洗樹(shù)脂層，當(dāng)樹(shù)脂上的硬度離子被置換出來(lái)并隨再生廢液排出罐外，樹(shù)脂便恢復(fù)軟化交換功能，此過(guò)程周期性循環(huán)使水得到軟化。這種軟化水處理技術(shù)發(fā)展較快，水處理設(shè)備需根據(jù)實(shí)際情況成套購(gòu)置，初期投資較大，只需遵循設(shè)備使用規(guī)程即可穩(wěn)定控制水質(zhì)，但循環(huán)水仍需定期抽檢，以保證水質(zhì)合規(guī)。

冷卻循環(huán)水采用軟化水，可有效減少或防止循環(huán)水管路和空壓機(jī)冷卻器結(jié)垢、傳熱不均及垢下腐蝕，保證空壓機(jī)冷卻器換熱效率及緩蝕劑性能，有利于穩(wěn)定水質(zhì)。

目前，一般工業(yè)軟化水處理成本約為1.5元/t，具體隨設(shè)備差異、水質(zhì)差異等因素而定。

3.2 采用水處理劑

水處理劑是指用于水處理的化學(xué)藥劑，廣泛用于紡織、印染、石油、化工等行業(yè)。通過(guò)向循環(huán)水中添加一定比例的水處理劑，可有效防止水源污染，阻止水垢及微生物粘體形成，控制結(jié)垢、減緩腐蝕，達(dá)到降低能耗、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。

這種加入水處理劑以防止循環(huán)水結(jié)垢、腐蝕、微生物滋生的水處理技術(shù)，屬于化學(xué)水處理技術(shù)的一種，它包括酸洗、清洗、預(yù)處理、覆膜、正常投加、殺菌滅藻、循環(huán)水定期抽樣檢驗(yàn)、排垢、根據(jù)檢驗(yàn)結(jié)果調(diào)整投藥比例、冷卻器定期檢查腐蝕程度等程序，是當(dāng)前公認(rèn)的有效手段。

采用水處理劑控制循環(huán)水水質(zhì)的技術(shù)設(shè)備，投資少、占用空間小，但需要結(jié)合實(shí)際情況，專案制定循環(huán)水處理方案，采用專業(yè)的復(fù)合水處理劑和完善的技術(shù)服務(wù)，持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化水處理劑用量配比，并定期抽檢水樣以保證循環(huán)水控制合規(guī)。

筆者公司空壓站一直采用水處理劑控制循環(huán)水水質(zhì)，迄今已有20余年。通過(guò)持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化水處 理劑用量配比，循環(huán)水水質(zhì)主要指標(biāo)穩(wěn)定：pH值為7.58～8.37，總硬度(以CaCO3計(jì))的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為158.23 mg/L～254.60 mg/L，即1.59 mmol/L～2.56 mmol/L(以CaO計(jì)，8.89 °dH～14.30 °dH)，滿足空壓機(jī)使用需求，且空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)常年也比較穩(wěn)定。

3.3 采用循環(huán)水控制系統(tǒng)

無(wú)論采取哪種方法控制水質(zhì)，結(jié)合自身實(shí)際情況，設(shè)計(jì)并使用空壓站循環(huán)水控制系統(tǒng)都必不可少，它能夠與空壓站值班人員的巡檢工作形成有效互補(bǔ)，更利于水質(zhì)的監(jiān)測(cè)與調(diào)控。

筆者公司自行研發(fā)的“一種空壓站循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)”實(shí)用新型專利[3]，通過(guò)小型計(jì)量泵(簡(jiǎn)稱“藥泵”)自動(dòng)按量投加循環(huán)水處理劑(如阻垢緩蝕劑等)；通過(guò)浮球閥控制水池水位；通過(guò)水位傳感器+測(cè)控儀表監(jiān)測(cè)水池水位；通過(guò)pH值傳感器、水硬度傳感器+測(cè)控儀表監(jiān)測(cè)循環(huán)水pH值和循環(huán)水硬度；通過(guò)壓力傳感器+測(cè)控儀表監(jiān)測(cè)循環(huán)水水壓；通過(guò)在循環(huán)水管路關(guān)鍵部位安裝水位傳感器+測(cè)控儀表監(jiān)測(cè)水溫；通過(guò)在外排水管路上安裝電磁排水閥，由循環(huán)水溫測(cè)控儀表、循環(huán)水硬度測(cè)控儀表發(fā)出控制信號(hào)控制電磁排水閥開(kāi)關(guān)，從而控制外排水量、循環(huán)水處理劑的投放量、冷卻塔的開(kāi)停數(shù)量，以此控制冷卻循環(huán)水的水溫和水質(zhì)，使其達(dá)到使用要求。應(yīng)用該系統(tǒng)，使空壓機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的關(guān)鍵信息能夠得到直觀、有效、及時(shí)的監(jiān)控，便于值班人員及時(shí)做出調(diào)整，保證水質(zhì)穩(wěn)定。

4 建立空壓站循環(huán)水管理規(guī)程

結(jié)合空壓站自身特點(diǎn)，除進(jìn)行有利于循環(huán)水良性控制的各項(xiàng)改進(jìn)外，還要利用這些改進(jìn)措施管控循環(huán)水系統(tǒng)的各項(xiàng)要素，從而使循環(huán)水系統(tǒng)持續(xù)有效運(yùn)行。建立切合實(shí)際的空壓站循環(huán)水管理規(guī)程，其內(nèi)容必須涵蓋循環(huán)水系統(tǒng)的各項(xiàng)要素，且要易于理解、盡可能指標(biāo)化，保證可操作性強(qiáng)等。筆者公司根據(jù)自身特點(diǎn)制訂循環(huán)水管理規(guī)程并不斷完善，在實(shí)際使用過(guò)程中取得了良好效果。該規(guī)程涵蓋循環(huán)水要素如下。

a) 循環(huán)水水壓保持為0.25 MPa～0.40 MPa。水壓低時(shí)依次檢查水泵運(yùn)行情況、水泵出水單向閥、水泵出水閘閥、備機(jī)進(jìn)水閥門、外排水閥門、冷卻塔閥門以及循環(huán)水管路有無(wú)破損、壓力表及傳感器是否工作正常；水壓高時(shí)依次檢查空壓機(jī)進(jìn)水濾網(wǎng)、空壓機(jī)冷卻器、冷卻塔閥門、壓力表及傳感器是否工作正常。

b) 循環(huán)水溫度，5～9月份為32 ℃～33 ℃，其余時(shí)間為28 ℃～30 ℃。水溫低時(shí)依次檢查水池補(bǔ)水閥、冷卻塔、外排水閥、溫度計(jì)及水溫傳感器運(yùn)行狀況；水溫高時(shí)依次檢查水池補(bǔ)水閥、冷卻塔、外排水閥、室外濕球溫度、溫度計(jì)、水溫傳感器及機(jī)組運(yùn)行狀況。

c) 循環(huán)水pH值保持為6.5～8.5。pH值低是投藥量增加導(dǎo)致，依次檢查投藥量(投藥記錄)、藥泵運(yùn)行情況、pH計(jì)(和精密pH試紙測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì))；pH值高是排水量少導(dǎo)致，依次檢查排水閘閥、排水電磁閥。

d) 循環(huán)水硬度，以CaCO3計(jì)，6～9月份保持在1.79mmol/L(10°dH)以下，其余月份保持在2.51 mmol/L(14 °dH)以下。硬度高一般是由排水量少導(dǎo)致，依次檢查排水閘閥、排水電磁閥、硬度計(jì)(與送檢結(jié)果比對(duì))運(yùn)行狀況。

e) 當(dāng)pH值及硬度偏離控制指標(biāo)且無(wú)回好跡象，需立即匯報(bào)，由管理人員統(tǒng)籌處理并及時(shí)送檢補(bǔ)水及循環(huán)水水樣，并與合作水處理劑廠家共同尋求解決辦法，使循環(huán)水質(zhì)盡快合規(guī)。

f) 根據(jù)上述各項(xiàng)要素制定《空壓站循環(huán)水抄表記錄》，或?qū)⑸鲜龈黜?xiàng)要素整合進(jìn)《空壓機(jī)巡檢記錄》。定時(shí)記錄循環(huán)水各項(xiàng)要素?cái)?shù)據(jù)，便于值班人員及時(shí)掌握循環(huán)水各項(xiàng)數(shù)據(jù)，及時(shí)做出檢查和調(diào)控；同時(shí)也便于管理人員追溯和分析空壓機(jī)循環(huán)水各要素?cái)?shù)據(jù)變化趨勢(shì)及關(guān)聯(lián)，從而逐步細(xì)化各種調(diào)控措施，掌握最佳投藥量。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)水冷型空壓機(jī)站而言，循環(huán)水水質(zhì)處理對(duì)空壓機(jī)的正常運(yùn)行、正常供氣及生產(chǎn)車間用氣設(shè)備生產(chǎn)效率的穩(wěn)定至關(guān)重要。改善循環(huán)水水質(zhì)可從幾方面入手：合理構(gòu)建和布置空壓站房循環(huán)水系統(tǒng)；改善空壓站房通風(fēng)設(shè)施、優(yōu)化空壓機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)；采用軟化水處理設(shè)備和水處理劑；設(shè)計(jì)并使用循環(huán)水自控系統(tǒng)；制定規(guī)范的循環(huán)水管理規(guī)程并使之持續(xù)有效運(yùn)行，將循環(huán)水處理控制在一個(gè)較為理想的狀態(tài)，使循環(huán)水處理有效保障空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。