循環水阻垢劑自動配藥和投加技術的工程應用

崔仲卿，趙雪峰

(國家能源集團蚌埠發電有限公司，安徽蚌埠 233000)

火電廠作為工業用水大戶，占全部工業用水量的40%以上[1]，而其循環冷卻水用量占全廠用水量的70%以上。為全面貫徹國務院2015年頒布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)政策要求，全國各大用水企業在水務技術和管理上深度挖掘，循環水深度處理技術不斷翻新，包括旁流石灰軟化處理[2]、排污水至脫硫和輸煤噴淋，以及通過加酸、提高阻垢劑和殺菌劑投加量來提高濃縮倍率等手段實現循環水的零排放。然而，在實際工程應用中，循環水在減排回收過程中出現冷卻系統嚴重結垢甚至堵塞的現象，究其原因，和水質極限控制、技術不成熟、管理不到位有著密切的聯系。本文以阻垢劑為切入點，對其自動化管理及控制[3-4]進行研究。

目前，國內循環水處理主要依靠投加藥劑來確保水質穩定[5]。緩蝕阻垢劑是緩解換熱設備結垢腐蝕的重要藥劑。阻垢劑的投加方式和監督直接關系到其在循環水中的阻垢緩蝕效果[6]，是全國各企業出現循壞水冷卻設備發生結垢和腐蝕后最易忽略的一個因素。本文根據工程實際，對循環水阻垢劑的配置和投加方式進行研究和改造，在某電廠率先實現循環水阻垢劑的自動配置和投加，為相關工程的設計和改造提供借鑒。

1 現行循環水阻垢劑的投加現狀

某電廠循環水阻垢劑投加技術及管理流程和投加系統如圖1和圖2所示。

圖1 阻垢劑投加技術和管理流程分析Fig.1 Analysis of Scale Inhibitor Dosing Technology and Management Process

注：1-爬梯；2-人孔；3-加水手動閥門；4-排污一次閥；5-排污二次閥；6-出口閥圖2 原循環水阻垢劑加藥系統Flg.2 Scale Inhibitor Dosing System of Original Circulating Water

由圖1和圖2可知，循環水阻垢劑投加在現代化企業管理體系中存在3個失控現象。

(1)驗收管理失控。各大火電廠在逐漸縮減人員的同時，發生技術替代。藥品進廠后，顯然無法100%保證每桶藥品符合標準，也無法保證每桶藥品的質量。

(2)配藥管理失控。人的不確定因素導致在安全上和技術上，存在人員的安全風險和所配藥品濃度的不穩定。在配藥時，人工通過爬梯，將25 kg桶裝阻垢劑原液提到阻垢劑溶藥箱頂部，從溶藥箱人孔倒入，按照一定比例進行配比。阻垢劑每次配置時需30桶，人工勞動強度大。藥品配置比例受桶裝容量、初始液位和配藥桶數的影響，同時若人員責任心差則存在溶藥箱被抽空或只加水不加藥的情況，給循環水運行帶來了潛在的安全隱患。

(3)投加失控。計量泵長期運行中，既無液位聯鎖，又不能遠程監控，藥品投多投少只憑經驗，無法準確地定量投加，投加過程不能實時監控和調整，循環水在較高濃縮倍率的情況下使換熱設備結垢。

2 新型阻垢劑自動配藥和投加設計

2.1 結構設計

為解決上述問題，實現阻垢劑自動配置和投加，釋放人力，實現阻垢劑精確定量投加和精細化管理，在技術上，從3個方面進行設計。

(1)改變供貨方式：將25 kg桶裝改為槽車或噸桶供應，阻垢劑進廠驗貨化驗，實現全覆蓋。

(2)增加阻垢劑儲存容器：根據實際供貨量，確定最終儲罐容積。

(3)實現儲罐到溶藥箱的自動進藥和進水配比。

根據上述設計思路，設計阻垢劑自動配置和投加系統如圖3所示。

注：1-爬梯；2-人孔；3-加水電動閥門；4-排污一次閥;5-排污二次閥;6-出口閥；7-計量箱進藥閥；8-阻垢劑儲罐進藥閥；9-阻垢劑儲罐;10-日阻垢劑出口一次手動閥;11-阻垢劑出口手動二次閥;12-阻垢劑計量箱進藥電動閥;13-超聲波遠傳液位計；14-磁翻板遠傳液位計圖3 阻垢劑自動配置和投加系統Fig.3 Automatic Configuration and Dosing System of Scale Inhibitor

該系統包括阻垢劑存儲系統、阻垢劑配藥系統、阻垢劑投加系統和電氣控制系統。存儲系統由高位儲罐、卸藥泵、液位計和相關管道閥門組成；配藥系統由溶藥箱、稀釋水進水電動閥、進藥電動閥、超聲波液位計及相關管道閥門組成；投加系統由計量泵及相關閥門管道組成；電氣控制系統由卸藥泵、計量泵、電動閥門等動力電源和控制電源、變頻器組成。

2.2 工作原理

2.2.1 阻垢劑存儲系統

阻垢劑儲罐設計高位儲罐，配置遠傳液位計，用于監視當前儲存量。儲罐底部高于溶藥箱底部50～60 cm，利用儲罐高位落差，在溶藥箱液位較低時進藥。阻垢劑進廠后，通過卸藥泵將阻垢劑原液輸送至高位儲罐，每次供貨量為10～15 t。

2.2.2 阻垢劑自動配藥系統

溶藥箱配置遠傳液位計，通過DCS邏輯判斷并執行自動配藥，配藥邏輯如圖4所示。

圖4 自動配藥邏輯Fig.4 Logic of Automatic Dispensing

為防止配藥中斷或溶藥箱外溢，DCS設置液位低低和液位高高彈窗報警和保護。

2.2.3 阻垢劑自動投加系統

阻垢劑計量泵變頻控制，可在DCS遠程啟停，并實時通過頻率控制計量泵輸出藥量。頻率的控制根據循環水TP，進行微調。

3 新型阻垢劑自動配藥和投加系統投運后的效果評價

(1)阻垢劑進廠驗收：透明噸桶或槽車到貨后，現場物理狀態驗收顯而易見。取樣化驗代表性強，對供應商具有較強的威懾力，阻垢劑質量能夠得到控制。

(2)自動投加性能：根據自動配藥邏輯，DCS系統PID控制器自動液位跟蹤，并及時準確地控制就地電動閥門，阻垢劑配置規律穩定，從儲罐和溶藥箱液位可直觀判斷，如圖5所示。

圖5 阻垢劑溶藥箱和高位儲罐液位趨勢Tig.5 Level Trend of Scale Inhibitor Dissolving Tank and High Level Tank

由圖5可知，系統自動運行后，阻垢劑用量連續穩定，每天投加量恒定，每次配藥量恒定，實現了阻垢的精準投加和配置。

(3)循環水水質穩定情況：從循環水水質分析來看，水質分析如表1和表2所示。

表1 改造前3號機組循環水水質分析Tab.1 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 before Reconstruction

表2 改造后3號機組循環水水質分析Tab.2 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 after Reconstruction

根據循環水補水和塔池內TP數據分析， 2019年，循環水TP濃度的高低起伏，與人工配藥濃度的不一致有著密切的聯系。阻垢劑時而投加過量，時而只加水不加藥，從技術上，均不能保證循環水的正常運行。相比之下，2020年2月，3/4號機組循環水阻垢劑自動投加系統投運后，連續4個月，測得水中的TP穩定。說明，自動控制下的阻垢劑投加量穩定。

(4)循環水補水量與阻垢劑投加量分析

從阻垢劑投加量和淮河取水量進一步分析，由于電廠循環冷卻水用量占全廠用水量的70%以上，認為循環水補水量直接影響取水量的大小。2019年，阻垢劑投加不成比例，2020年，2月之后，阻垢劑的投加與總水量一致，如圖6、圖7所示。

圖6 2019年阻垢劑投加與循環水補水關系Fig.6 Relationship between Scale Inhibitor Dosing and Circulating Water Replenishment in 2019

圖7 2020年阻垢劑投加與循環水補水關系Fig.7 Relationship between Scale Inhibitor Dosing and Circulating Water Replenishment in 2020

阻垢劑是否均勻穩定地投加直接關系到凝汽器是否能夠處在較好的運行工況。2020年2月自動投加系統投運后，凝汽器換熱系統冷卻部位清潔干凈，說明阻垢劑自動投加后效果明顯。圖8、圖9為4號機凝汽器回水側5個月前后的照片。

圖9 2020年5月4號機凝汽器回水側Fig.9 Return Water Side of Condenser of Unit 4 in May 2020

凝汽器鋼管保持清潔運行，跟循環水其他指標的嚴格控制密不可分。但是，根據循環水動態模擬試驗，阻垢劑投加不正常，很難保證凝汽器鋼管連續5個月的運行仍然能夠保持上述清潔。如此，阻垢劑從技術改造到技術管理的改進后，循環水換熱設備結垢速率得到有效的緩解。

4 結論

(1)阻垢劑自動投加系統的投入，大大提高了循環水的運行可靠性，大大減少了人力，提高了阻垢劑的驗收質量。阻垢劑的供貨、配置和投加變得可控，數據量化，投加精準。

(2)阻垢劑配藥濃度由定性估算變為定量自動配置，實現了人工手動向自動化控制的轉變。

(3)自動配藥投加系統的穩定運行，可確保循環水在阻垢劑投加方面做到精準投加，進而確保循環水水質指標穩定，提高凝汽器安全運行系數。

(4)循環水處理方面，配合殺菌和深度處理，大大提高了循環水的濃縮倍率，在節約水資源和環保排放方面，取得了巨大的成效。