淺析我公司閉式冷卻水系統改造

霍宇龍

摘 要：我公司1、2號機組選用的閉式冷卻水換熱器是由煙臺荏原空調設備有限公司制造的CXW-U型密閉式冷卻塔單元，自08年投運以來，逐漸出現塔體內部構件及冷卻銅管表層的嚴重腐蝕現象，為保證機組安全運行，在經過多次咨詢生產廠家及走訪同類設備使用單位后，對冷卻塔的噴淋系統進行了優化改造，投運效果良好。

關鍵詞：PH值；節約；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.028

1 塔體部件嚴重腐蝕的原因

1.1 概述

陽泉市南煤龍川發電公司選用的閉式冷卻水換熱器是由煙臺荏原空調設備有限公司制造的CXW-U型密閉式冷卻塔單元，應用于輔機閉式循環冷卻水系統。

使用環境：

自然地面標高 650.00m

多年月平均大氣壓： 931.4hPa

多年極端最高氣溫： 41.7℃

多年極端最低氣溫： -17.6℃

多年平均氣溫： 10.8℃

多年平均相對濕度： 55%

濕球溫度（計算采用）： 27℃

設計技術參數

（1）冷卻介質參數：

介質 ： 除鹽水；總水量：3400 m3/h；

進冷卻塔水溫 ：39 ℃ 出冷卻塔水溫：33 ℃

（2）閉式冷卻塔由28個單元（每個單元含1臺風機組及1臺噴淋水泵）組成，每臺機組由14個單元組成兩組。每個單元冷卻水量不小于121 m3/h。

（3）噴淋冷卻、補水水質：除鹽水

用氨調節PH：8.5～9.0

補水溫度≤30℃

每個單元噴淋水量不小于86.4 m3/h。

（4）工作壓力：0.35 MPa。

自08年投運以來，塔體內部各部件逐漸出現腐蝕現象。2010年7月份補水管道及浮球閥組件腐爛（材質：鍍鋅鋼管），我公司全部更換為不銹鋼件。11年4月份噴淋泵出入口管道（材質：鍍鋅鋼管）及噴淋泵殼體（材質：鑄鐵）、換熱管排支架（材質：碳鋼）、百葉窗支架（材質：碳鋼）腐蝕嚴重，逐步對噴淋泵出入口管道及百葉窗支架進行了改造并更換為不銹鋼組件后仍存在噴淋泵泵體腐蝕、換熱器銅管（材質：磷脫氧紫銅）及換熱管排支架、循環水管道腐蝕嚴重的問題。09年至11年度閉式冷卻塔維護消耗統計：

2009年發生缺陷155條，占全年缺陷比例19.5%，消耗費用27297元。

2010年發生缺陷300條，占全年缺陷比例25.2%，消耗費用129348元。

2011年發生缺陷180條，占全年缺陷比例26.8%，消耗費用169858元。

從以上數據可以看出，閉冷塔的運行缺陷呈逐年上升的趨勢，維護費用呈逐年遞增之勢。目前噴淋泵殼體、管排支架、循環水管道已嚴重腐蝕，5組換熱器銅管因泄漏原因已徹底退出運行，其他換熱器銅管均存在電腐蝕嚴重的情況，現階段只能依靠打卡子的方法來處理漏點以維持運行。

1.2 原因分析

針對我公司閉式冷卻塔的腐蝕問題，于2011年12月22日在山西電力設計院召集項目總設、水工專工、化學專工進行了方案討論。下午又與太原鋼鐵集團的化學專工等專業人員就同類問題進行了溝通咨詢，分析原因總結如下：

（1）我們所能了解到的設備，在現有運行方式下基本都存在著不同程度的腐蝕，但以我公司最為嚴重。腐蝕的主要原因是水質PH值指標控制不力所致。除鹽水本身PH偏低，大致在6.5左右，循環濃縮后在北方地區由于塵土偏堿性和二氧化碳融入相抵消也應該在7以上，但是由于冷卻塔與渣倉和灰庫的距離較，多年的污染致使冷卻塔周圍的土壤及空氣呈酸性（PH值為4-5）系統長期處于弱酸性環境中。即使通過化學加藥（氫氧化鈉）的方式進行處理但因塔體自身水槽蓄水量小，加入的藥劑幾乎沒有緩釋綜合的時間，根本無法有效提高水質的PH值到正常范圍是造成閉冷塔各部件腐蝕嚴重的根本原因。

（2）噴淋水為開式循環，不斷吸附空氣中雜質，水中顆粒度含量較高。換熱器管排支架被腐蝕后，造成換熱器銅管下沉、變形，同時外部沖刷造成銅管壁厚減薄。原設計銅管單排重量為17.46kg，現實際重量為10kg左右。銅管所處環境造成電腐蝕加劇，現有超出30%的銅管均存在電腐蝕泄漏情況，只能采用打卡子臨時處理，維持運行。

（3）閉冷塔管道大部分材質為鍍鋅鋼管，在表層鍍鋅脫落后更易加速腐蝕。

（4）水質惡化造成噴淋泵泵殼、葉輪等部件腐蝕，機封更換頻率增加，同時因泵體泄漏后造成的電機進水損壞數量劇增。

（5）噴淋水因蒸發而濃縮，濃縮的噴淋水能使循環水的配管和接觸噴淋水的金屬部分被腐蝕，成為產生水藻和污垢的原因，為了防止發生此類問題，需要排放掉已經濃縮的噴淋水的一部分，但實際運行中排放量及時間無法科學把握。

2 改造方案

鑒于上述原因，討論制定了以下方案：

（1）取消現有噴淋塔的噴淋水泵；

（2）每臺機組增設1個100m3的噴淋水池；

（3）每臺機組配套3臺自吸式水泵（2臺變頻1臺工頻，2用1備）代替原有系統的28臺噴淋水泵；

（4）完善相應熱工、電氣的控制和自動保護邏輯；

（5）將供回水管線改為母管制，鋪設供回水母管及至各個單元塔的支管；

（6）完善加藥系統；

（7）廠方配套的噴淋水泵總流量為1210m3/h，考慮其所選水量偏大，經計算后降低至860 m3/h。

在方案的設計中還需考慮以下因素：

（1）冷卻塔的蒸發量。

（2）飄水量（C）：從量上講是極少的，本體構造會產生一點影響，通常是噴淋水量的0.05%以下。endprint

（3）排放量（B）：由于噴淋水的一部分定期或者連續更換，運行中一直將放水口開放少許，一般需為0.4%。

（4）補充水量（M）：可用M=E+C+B的關系式計算：蒸發量（E）=0.83% 飄水量（C）=0.05% 排放量（B）=0.4% 則補充水量（M）=0.83+0.05+0.40=1.28%，所以，最好將補充水量預計在循環水量的1.5%左右。

（5）濃縮倍數（N）與補充水量（M）的關系。

3 改造后投運的實際效果及經濟指標對比

3.1 安全可靠運行方面

（1）改造之后的噴淋水質經加氫氧化鈉調節之后的PH值可維持在7.5～8.5之間，基本消除噴淋系統的酸腐蝕，延長了設備的使用壽命。

（2）之前因為腐蝕的原因，使閉冷水銅管管壁日趨變薄，曾數次出現破裂，致使大量外泄、系統壓力急劇降低，多次危急到主、輔機系統的安全運行。現腐蝕已消除，降低了此安全隱患的危險系數，下一步準備將對現有的管排統一更換為材質為316L的管排，進一步徹底消除此隱患。

3.2 節能降耗方面

（1）因為噴淋水量的降低，系統飄水量也進一步降低，由之前的0.61 m3/h降低至0.43 m3/h，單臺機組按平均運行小時數5200h計算，可節約除鹽水936 m3。

（2）由于增加了噴淋水池，可以在投運前一次性對噴淋水進行加藥處理且充分混合，噴淋水池的儲量較大，可滿足濃縮后的回水進入水箱后得到緩沖，加藥量和水質較好控制，可不必對系統水進行濃縮排放。經計算，若濃縮倍數為定值3時，未改造之前的濃縮排放量為12.38 m3/h，單臺機組按平均運行小時數5200h計算，可節約除鹽水64376 m3。

我公司除鹽水經測算后成本約為15元/噸，僅以上兩項，單臺機組運行每年可為公司節約979680元，雙機運行可節約1959360元。

3.3 維護成本支出方面

僅2010～2011年因腐蝕發生泵體泄漏造成的電機進水損壞就達13臺次，單臺采購價為7500元；由于水質顆粒物超標，噴淋泵機械密封的使用周期大大縮短，約為30天，甚至達不到30天，單套采購價為222元（因更換頻繁，此詳細數量未做統計）；28臺水泵葉輪也因腐蝕原因已全部重新更換，單個采購價為3334元。

本次改造，停運并取消了原先共計28臺噴淋水泵，使用立式無密封自吸泵替代，此類型水泵基本屬于免維護設備，無機械密封，葉輪選用316不銹鋼材質后，大大降低了維護成本的支出，在維護人力方面的投入也大大減少。

4 結論

改造后，系統的設備缺陷幾乎為零，降低了維護人員的勞動強度；除鹽水用量大幅降低，減輕了化學制水系統的運行負荷；單臺機組運行每年為公司節約979680元，雙機運行可節約1959360元，取得了顯著的經濟效益和環保效益。endprint