新型二氧化氯配制裝置在工業循環水系統中的應用

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循環水系統中的應用

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、舊循環冷卻水系統獨立運行，均采用組合型鋼混結構機械通風逆流模式，塔體框架采用混凝土材質，塔體圍護板采用玻璃鋼材質。熱水經進水管流入塔內，先流入配水管系，再經支管上的噴嘴均勻地噴灑到下部的淋水填料上，水經淋水填料以水滴或水膜的形式向下運動。冷空氣由下部進水口進入塔內，與熱水在淋水填料層以逆流的形式進行傳熱和傳質，以降低水溫，吸收了熱量的濕熱空氣由風機經風筒抽出塔外，而氣流夾帶的一些小水滴經分離后回到塔內，冷水流入下部集水池。

1　二氧化氯在工業循環水系統中的作用

敞開式循環冷卻水系統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、豐富的營養源、濃縮倍數的提高所導致含鹽量的增加、工藝介質泄漏以及傾向于采用堿性有機磷系配方作為水質穩定劑、充足的陽光等都為循環冷卻水微生物滋長營造了一個理想的環境。以這些微生物為主體，與混雜的泥砂、無機物和塵土等形成生物黏泥，經附著與累積，所產生的黏泥引起設備、管道的局部腐蝕、堵塞等一系列問題，導致換熱器的熱交換效率降低，減弱阻垢劑對金屬表面的保護作用，造成垢下腐蝕，甚至使管道穿孔，并損壞設備。因此，必須在循環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

(1) 高效性。二氧化氯是一種強氧化劑，殺菌效果好且藥效持續作用時間長，在水中穩定，溶解性也很高，同時能有效殺滅細菌、芽孢、孢子、病毒、真菌及藻類。試驗表明，二氧化氯對厭氧菌的殺滅率在12 h內保持在99%左右，即使在作用時間達24 h后，殺菌率仍可保持在86%左右。在循環水系統中，當異養菌濃度為108～109個/L時，質量分數0.1×10-6的二氧化氯殺菌率達到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。當循環水中二氧化氯質量濃度為2.0 mg/L時，作用5 min后，維持游離氯0.1～0.3 mg/L，相當于有機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的循環冷卻水中都具有很強的殺菌能力，因此，殺菌效果基本不受循環冷卻水中pH的影響。如循環冷卻水中pH從7.0升高至9.5時，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)的循環冷卻水系統中。為了避免腐蝕，循環冷卻水中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循環冷卻水中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，在硫酸介質中進行反應，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，再進入循環冷卻水系統。在53～60 ℃反應溫度及負壓條件下，向反應器中連續加入氯酸鈉、濃硫酸及甲醇進行反應，生成二氧化氯氣體。因反應為放熱反應，溫度升高后，需操作人員向反應器夾套內投加冷卻水使其降至最佳反應溫度。其反應方程式：30NaClO3+20H2SO4+7CH3OH=30ClO2+10Na3H(SO4)2+23H2O+CO2+6HCOOH(放熱反應)；實際生產配比(質量比)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

通過計量泵將33%(質量分數)的氯酸鈉溶液與30%(質量分數)鹽酸溶液按一定比例輸送到二氧化氯反應器中，在一定溫度(80～90 ℃)和負壓條件下進行充分反應。因該反應為吸熱反應，溫度穩定在80 ℃以下后，電加熱器自動投用，溫度高于90 ℃時，電加熱器自動退出，產出以二氧化氯為主、氯氣為輔的混合物，經水射器后與循環水充分混合形成消毒液，再進入循環水系統。其反應方程式：2NaClO3+4HCl=Cl2+2ClO2+2NaCl+2H2O(吸熱反應)，實際生產配比(質量比)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比較

(1)新裝置只需要2種原料，工藝流程簡單，易于操作調整，所用設備少，占地面積??；而舊裝置新裝置需要3種原料，工藝流程復雜，密封點多，易出現泄漏，所用設備多，占地面積大。

(2)新裝置只需要1組二氧化氯發生器，同時采用電加熱的方式使其達到反應溫度，易于自動化控制；而舊裝置使用蒸汽加熱，反應又是強烈的放熱反應，溫度波動大，不易控制。

(3)新裝置直接用循環水系統壓力作為輸送動力，而舊裝置需要啟動配套的射水泵作為輸送動力。同時，舊裝置反應前原料需進行充分攪拌、混合，增設的羅茨風機造成消耗高、效率低，投資成本高。

(4)新裝置安裝有二氧化氯濃度自動報警和安全閥起跳系統，安全閥起跳后物料通過管線直接送入循環水冷卻塔內，不僅使現場無異味，而且達到資源綜合利用的目的。舊裝置安全閥沒有設置壓力聯鎖，而且放空點設在廠房內，完全靠抽風機抽氣排放至大氣中，一旦出現工況波動，造成安全閥起跳，現場異味大，當有限空間內二氧化氯含量達到一定值后，存在發生爆炸危險；為此，雖然已經過多次技改，安全系數有所提高，但仍然達不到新裝置的安全指標。

6　成本核算

(1)原料核算：2套裝置均以生產1 kg二氧化氯計算，舊裝置用硫酸0.988 kg，市場價格800元/t；用甲醇0.111 kg，市場價格2 000元/t；新裝置用鹽酸1.081 kg，市場價格400元/t；因2套裝置均使用等質量的氯酸鈉，所以氯酸鈉的成本核算不計入。按以上核算數據，新裝置每生產1 t二氧化氯共節省588元，按照每周運行2次、每次運行8 h共產出200 kg二氧化氯(產出多少以循環水系統中余氯合格標準0.5×10-6計算二氧化氯量)、年運行天數350 d計，則每年可節省原料成本共11 600元。

(2)電量消耗：只計算羅茨風機(200 kW)用電量，電價按0.725元/(kW·h)計，其他設備功率較小，可忽略不計，則每年可以節省電費共計116 000 元。綜上所述，新裝置比舊裝置每年共節省127 600元。

新裝置具有安全性高、自動化程度高、運行可靠、效果好、經濟性強等優勢，在工業循環水系統中值得推廣使用。

2015-12-17)