新型二氧化氯配制裝置在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

孟　斌　　尹　釗

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

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新型二氧化氯配制裝置在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

孟斌尹釗

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

河南龍宇煤化工有限公司分別為一、二期化工裝置配套的新、舊循環(huán)冷卻水系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，均采用組合型鋼混結(jié)構(gòu)機(jī)械通風(fēng)逆流模式，塔體框架采用混凝土材質(zhì)，塔體圍護(hù)板采用玻璃鋼材質(zhì)。熱水經(jīng)進(jìn)水管流入塔內(nèi)，先流入配水管系，再經(jīng)支管上的噴嘴均勻地噴灑到下部的淋水填料上，水經(jīng)淋水填料以水滴或水膜的形式向下運(yùn)動(dòng)。冷空氣由下部進(jìn)水口進(jìn)入塔內(nèi)，與熱水在淋水填料層以逆流的形式進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，以降低水溫，吸收了熱量的濕熱空氣由風(fēng)機(jī)經(jīng)風(fēng)筒抽出塔外，而氣流夾帶的一些小水滴經(jīng)分離后回到塔內(nèi)，冷水流入下部集水池。

1　二氧化氯在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的作用

敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為微生物繁殖提供了便利條件：適宜的水溫(25～35 ℃)、飽和的溶解氧、適中的pH、豐富的營養(yǎng)源、濃縮倍數(shù)的提高所導(dǎo)致含鹽量的增加、工藝介質(zhì)泄漏以及傾向于采用堿性有機(jī)磷系配方作為水質(zhì)穩(wěn)定劑、充足的陽光等都為循環(huán)冷卻水微生物滋長營造了一個(gè)理想的環(huán)境。以這些微生物為主體，與混雜的泥砂、無機(jī)物和塵土等形成生物黏泥，經(jīng)附著與累積，所產(chǎn)生的黏泥引起設(shè)備、管道的局部腐蝕、堵塞等一系列問題，導(dǎo)致?lián)Q熱器的熱交換效率降低，減弱阻垢劑對金屬表面的保護(hù)作用，造成垢下腐蝕，甚至使管道穿孔，并損壞設(shè)備。因此，必須在循環(huán)冷卻水中投加二氧化氯殺菌除藻劑，以控制微生物的生長和繁殖。

2　二氧化氯的性能與特點(diǎn)

(1) 高效性。二氧化氯是一種強(qiáng)氧化劑，殺菌效果好且藥效持續(xù)作用時(shí)間長，在水中穩(wěn)定，溶解性也很高，同時(shí)能有效殺滅細(xì)菌、芽孢、孢子、病毒、真菌及藻類。試驗(yàn)表明，二氧化氯對厭氧菌的殺滅率在12 h內(nèi)保持在99%左右，即使在作用時(shí)間達(dá)24 h后，殺菌率仍可保持在86%左右。在循環(huán)水系統(tǒng)中，當(dāng)異養(yǎng)菌濃度為108～109個(gè)/L時(shí)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1×10-6的二氧化氯殺菌率達(dá)到99%只需要5 min。

(2)藥劑用量少。由于二氧化氯的高效性，其有效氯是氯氣的2.63倍，殺菌效果高達(dá)氯氣的5倍，是次氯酸鈉的50倍以上，所以，二氧化氯用量相對較少。當(dāng)循環(huán)水中二氧化氯質(zhì)量濃度為2.0 mg/L時(shí)，作用5 min后，維持游離氯0.1～0.3 mg/L，相當(dāng)于有機(jī)非氧化性殺菌劑使用劑量20～50 mg/L。

(3)二氧化氯適用的pH范圍廣。二氧化氯在pH為6～10的循環(huán)冷卻水中都具有很強(qiáng)的殺菌能力，因此，殺菌效果基本不受循環(huán)冷卻水中pH的影響。如循環(huán)冷卻水中pH從7.0升高至9.5時(shí)，以氯為主的其他殺菌劑的殺菌效果大大降低，但二氧化氯殺菌的效果大致相同。這使二氧化氯特別適用于堿性條件下(pH>8)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。為了避免腐蝕，循環(huán)冷卻水中pH一般控制在8.0～9.5，而一般以二氧化氯為殺菌劑的工業(yè)循環(huán)冷卻水中pH最佳范圍為7.5～8.5。

3　舊二氧化氯制備裝置工藝流程

以氯酸鈉為氧化劑、甲醇為還原劑，在硫酸介質(zhì)中進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化氯氣體，在水射器中用凈化水作為吸收水吸收后制成二氧化氯溶液，再進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。在53～60 ℃反應(yīng)溫度及負(fù)壓條件下，向反應(yīng)器中連續(xù)加入氯酸鈉、濃硫酸及甲醇進(jìn)行反應(yīng)，生成二氧化氯氣體。因反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度升高后，需操作人員向反應(yīng)器夾套內(nèi)投加冷卻水使其降至最佳反應(yīng)溫度。其反應(yīng)方程式：30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH=30ClO2+10Na3H(SO4)2+23H2O+CO2+6HCOOH(放熱反應(yīng))；實(shí)際生產(chǎn)配比(質(zhì)量比)為:NaClO3∶H2SO4∶CH3OH=1.000∶0.626～0.627∶0.070～0.071。舊二氧化氯制備裝置工藝流程見圖1。

圖1　舊二氧化氯制備裝置工藝流程

4　新型二氧化氯制備裝置工藝流程

通過計(jì)量泵將33%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的氯酸鈉溶液與30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸溶液按一定比例輸送到二氧化氯反應(yīng)器中，在一定溫度(80～90 ℃)和負(fù)壓條件下進(jìn)行充分反應(yīng)。因該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度穩(wěn)定在80 ℃以下后，電加熱器自動(dòng)投用，溫度高于90 ℃時(shí)，電加熱器自動(dòng)退出，產(chǎn)出以二氧化氯為主、氯氣為輔的混合物，經(jīng)水射器后與循環(huán)水充分混合形成消毒液，再進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。其反應(yīng)方程式：2NaClO3+4HCl=Cl2+2ClO2+2NaCl+2H2O(吸熱反應(yīng))，實(shí)際生產(chǎn)配比(質(zhì)量比)為：NaClO3∶HCl =1.000∶0.685。新型二氧化氯制備裝置工藝流程見圖2。

圖2　新型二氧化氯制備裝置工藝流程

5　新、舊二氧化氯制備裝置特點(diǎn)比較

(1)新裝置只需要2種原料，工藝流程簡單，易于操作調(diào)整，所用設(shè)備少，占地面積小；而舊裝置新裝置需要3種原料，工藝流程復(fù)雜，密封點(diǎn)多，易出現(xiàn)泄漏，所用設(shè)備多，占地面積大。

(2)新裝置只需要1組二氧化氯發(fā)生器，同時(shí)采用電加熱的方式使其達(dá)到反應(yīng)溫度，易于自動(dòng)化控制；而舊裝置使用蒸汽加熱，反應(yīng)又是強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，溫度波動(dòng)大，不易控制。

(3)新裝置直接用循環(huán)水系統(tǒng)壓力作為輸送動(dòng)力，而舊裝置需要啟動(dòng)配套的射水泵作為輸送動(dòng)力。同時(shí)，舊裝置反應(yīng)前原料需進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛⒒旌希鲈O(shè)的羅茨風(fēng)機(jī)造成消耗高、效率低，投資成本高。

(4)新裝置安裝有二氧化氯濃度自動(dòng)報(bào)警和安全閥起跳系統(tǒng)，安全閥起跳后物料通過管線直接送入循環(huán)水冷卻塔內(nèi)，不僅使現(xiàn)場無異味，而且達(dá)到資源綜合利用的目的。舊裝置安全閥沒有設(shè)置壓力聯(lián)鎖，而且放空點(diǎn)設(shè)在廠房內(nèi)，完全靠抽風(fēng)機(jī)抽氣排放至大氣中，一旦出現(xiàn)工況波動(dòng)，造成安全閥起跳，現(xiàn)場異味大，當(dāng)有限空間內(nèi)二氧化氯含量達(dá)到一定值后，存在發(fā)生爆炸危險(xiǎn)；為此，雖然已經(jīng)過多次技改，安全系數(shù)有所提高，但仍然達(dá)不到新裝置的安全指標(biāo)。

6　成本核算

(1)原料核算：2套裝置均以生產(chǎn)1 kg二氧化氯計(jì)算，舊裝置用硫酸0.988 kg，市場價(jià)格800元/t；用甲醇0.111 kg，市場價(jià)格2 000元/t；新裝置用鹽酸1.081 kg，市場價(jià)格400元/t；因2套裝置均使用等質(zhì)量的氯酸鈉，所以氯酸鈉的成本核算不計(jì)入。按以上核算數(shù)據(jù)，新裝置每生產(chǎn)1 t二氧化氯共節(jié)省588元，按照每周運(yùn)行2次、每次運(yùn)行8 h共產(chǎn)出200 kg二氧化氯(產(chǎn)出多少以循環(huán)水系統(tǒng)中余氯合格標(biāo)準(zhǔn)0.5×10-6計(jì)算二氧化氯量)、年運(yùn)行天數(shù)350 d計(jì)，則每年可節(jié)省原料成本共11 600元。

(2)電量消耗：只計(jì)算羅茨風(fēng)機(jī)(200 kW)用電量，電價(jià)按0.725元/(kW·h)計(jì)，其他設(shè)備功率較小，可忽略不計(jì)，則每年可以節(jié)省電費(fèi)共計(jì)116 000 元。綜上所述，新裝置比舊裝置每年共節(jié)省127 600元。

新裝置具有安全性高、自動(dòng)化程度高、運(yùn)行可靠、效果好、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)等優(yōu)勢，在工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中值得推廣使用。

2015-12-17)