循環(huán)水中加酸提高濃縮倍數(shù)的探索

摘 要：西北地區(qū)的工廠循環(huán)水補(bǔ)充水取水水源大多為黃河水，該水質(zhì)硬度、堿度高，在自然PH值運(yùn)行下，循環(huán)水濃縮倍數(shù)只能控制在2倍左右為了節(jié)省水資源，需要降低循環(huán)水堿度來提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水；堿度；加酸；效益；控制

1 循環(huán)水系統(tǒng)概況

我們已西北地區(qū)某工廠為例：生產(chǎn)線配備兩套獨立敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，總循環(huán)水量55000m3/h，系統(tǒng)保有水量約為19950m3。循環(huán)水補(bǔ)水水源為黃河滲水，水質(zhì)屬于高硬度和高堿度水質(zhì)，鈣硬度大于180mg/l，總堿度大于200mg/l。這類高硬度和高堿度水質(zhì)如果采用自然PH值運(yùn)行工藝，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)最高只能控制在2倍左右。

2 循環(huán)水加酸的必要性

循環(huán)水堿度、硬度高，如果提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，將導(dǎo)致水中成垢物質(zhì)的沉積，水中溶解氧和腐蝕性離子的增加以及滋生的菌藻所產(chǎn)生的生物粘泥成倍增加，對循環(huán)水換熱設(shè)備污堵、腐蝕、結(jié)垢危害嚴(yán)重，輕則被動停車清洗，重則使設(shè)備腐蝕穿孔而報廢，給工廠的安全生產(chǎn)帶來極大隱患。為了保證循環(huán)水系統(tǒng)中水冷設(shè)備的長期、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，解決循環(huán)水系統(tǒng)中普遍存在的腐蝕、結(jié)垢和菌藻粘泥等三大危害，采用水質(zhì)穩(wěn)定劑對循環(huán)冷卻水進(jìn)行化學(xué)處理顯得十分重要，實踐證明這是一種行之有效的解決方法。

對于長江水系和黃河水系的循環(huán)水系統(tǒng)，加酸調(diào)節(jié)pH值是一個主流的選擇。現(xiàn)在我國西南和西北地區(qū)，所有循環(huán)量在20000m3/h以上的循環(huán)水系統(tǒng)，能夠在3倍以上濃縮倍數(shù)正常穩(wěn)定長周期運(yùn)行的，幾乎都是采用了加硫酸調(diào)節(jié)pH值的。

3 水質(zhì)穩(wěn)定性判斷

循環(huán)冷卻水投入運(yùn)行后，要進(jìn)行結(jié)垢腐蝕性判斷。通常采用碳酸鈣飽和指數(shù)及穩(wěn)定指數(shù)來判斷。在循環(huán)水運(yùn)行中，飽和指數(shù)只能說明一種傾向。是一個定性趨勢故有較大的局限性。穩(wěn)定指數(shù)是在飽和指數(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的指數(shù)。計算方法根據(jù)化學(xué)分析測出循環(huán)水系統(tǒng)中，鈣硬度、堿度、pH、固形物以及現(xiàn)場實際溫度來計算。目前，許多水處理工作者仍采用它作為生產(chǎn)現(xiàn)場的一個控制指標(biāo)。見表1：

根據(jù)表1計算結(jié)果顯示，循環(huán)水的補(bǔ)充水為結(jié)垢型水質(zhì)，隨濃縮倍數(shù)的提高，水質(zhì)結(jié)垢傾向更嚴(yán)重。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB50050-2007規(guī)定，循環(huán)水中鈣硬度與甲基橙堿度之和大于1100mg/L、碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)RSI小于3.3時，應(yīng)加酸或進(jìn)行軟化處理（GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》。按以上計算，循環(huán)水濃縮倍數(shù)在3倍時，Ca2++堿度達(dá)1082mg/L，正好接近控制指標(biāo)的上限，而且，碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)RSI為3.22，小于3.3，已經(jīng)到了加酸調(diào)pH值范圍。所以，如果采用pH值自然平衡而不加酸調(diào)節(jié)pH值，系統(tǒng)能夠承受的最高濃縮倍數(shù)為3.0。

4 加酸與否的經(jīng)濟(jì)性對比

4.1 節(jié)水和節(jié)約藥劑減少的費用

按照設(shè)計規(guī)范，買方循環(huán)水不加酸調(diào)節(jié)pH值，濃縮倍數(shù)只能在3.0倍以下運(yùn)行，計算基準(zhǔn)采用3倍濃縮倍數(shù)，加酸后濃縮倍數(shù)可以在5倍以上運(yùn)行，計算基準(zhǔn)采用5倍濃縮倍數(shù)。

4.1.1 濃縮倍數(shù)由3.0提高到5.0時，節(jié)水量的計算

①系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)

循環(huán)水量：52000m3/h；保有水量：17000m3（估計值）

回出水溫差：32～42℃：濃縮倍數(shù)：4倍

系統(tǒng)材質(zhì)：碳鋼、不銹鋼、銅合金

②節(jié)約補(bǔ)充水的量

每年節(jié)約的補(bǔ)充水=（2.6-2.2）%×循環(huán)水量m3/h×24h×330=0.4×0.01×52000×24×330=1647360m3

補(bǔ)充水取水費為1元/m3，年節(jié)約的補(bǔ)充水費約為165萬元

③節(jié)約排污水的量

每年減少的排污水=（0.8-0.4）%×循環(huán)水量m3/h×24h×330=1.2×0.01×49001×24×330=1647360m3。

假設(shè)排污水需要的費用為0.5元/m3，年節(jié)約的排污水費約為82萬元

4.1.2 濃縮倍數(shù)由3.0提高到5.0時，節(jié)約的藥劑量的計算

藥劑使用濃度取平均50mg/L進(jìn)行計算。

節(jié)約的藥劑量（kg）=節(jié)約的排污水量（m3/h）×藥劑使用濃度（）×10-3

=1647360×50×10-3

=82368（kg）=82（t）

藥劑單價按平均1.2萬元/t進(jìn)行計算則節(jié)約的藥劑費用為82×1.2約100萬元

4.1.3 濃縮倍數(shù)由3.0提高到5.0時，節(jié)約的總費用

165+82+100=347（萬元/年）

4.2 加酸增加的費用估算

4.2.1 硫酸費用

①加酸量的計算

GB50050-2007提供的加酸量公式

Ac=（Mm-Mr/N）×10-3×Qm

取調(diào)酸以后的目標(biāo)堿度為Mr=150mg/L，補(bǔ)充水量為Qm=52000×2.2%=1144m3/h，濃縮倍數(shù)取5，補(bǔ)充水堿度為Mm=215mg/L小時加酸量約為Ac=（Mm-Mr/N）×10-3×Qm

=（215-150/5）×10-3×1144

=211.64（kg）

年加酸量=211.64（kg）×24×330=16761880（kg）=1676（t）

硫酸單價按800元/t進(jìn)行計算則硫酸年費用：1676×800= 1340800元約134萬元/年

4.2.2 加酸裝置建設(shè)費用

加酸處理新增加儲酸罐、計量酸罐、計量泵等設(shè)備，新增投資約30萬元。

4.2.3 加酸年總費用

加酸設(shè)備按5年進(jìn)行折舊，每年折舊費=30÷5=6萬元

年運(yùn)行總費用=134萬元+6萬元=140萬元

4.3 節(jié)約的費用

每年加酸節(jié)約的費用為347萬元-140萬元=307萬元

5 加酸調(diào)pH值的可行性和可靠性

循環(huán)水加酸調(diào)pH值技術(shù)在二十世紀(jì)70年代就已經(jīng)成熟了，目前我國絕大多數(shù)大化肥裝置循環(huán)水都采用了加酸技術(shù)。一般是采用98%的商品硫酸來調(diào)節(jié)pH值。

6 結(jié)束語

6.1 黃河水系的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，采用pH值自然平衡的水質(zhì)穩(wěn)定處理方案，一般只能在3倍以下的濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，才能保證系統(tǒng)的腐蝕和垢沉積達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6.2 黃河水系的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，采用加酸調(diào)節(jié)pH值的處理方案，完全能保證系統(tǒng)的腐蝕和垢沉積達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

6.3 黃河水系的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，采用加酸調(diào)節(jié)pH值的高濃縮倍數(shù)處理方案比pH值自然平衡的低濃縮倍數(shù)處理方案有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

6.4 黃河水系的工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，采用加酸調(diào)節(jié)pH值的處理方案技術(shù)非常成熟，可行性、可靠性和安全性都是非常有保障的。