量子管通環(huán)在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉偉，周杰文，李文蘭，王海鷗，周濤

(浙江閏土新材料有限公司，浙江 紹興 312300)

浙江閏土新材料有限公司氯苯分廠(以下簡(jiǎn)稱“閏土新材料氯苯分廠”)2014年開始建設(shè)，2016年進(jìn)行試生產(chǎn)，主要生產(chǎn)氯化苯、對(duì)硝基氯苯、鄰硝基氯苯。硝基氯苯生產(chǎn)工藝因含有氯苯等溶劑型有機(jī)物，涉及原料及產(chǎn)物特別是同分異構(gòu)體間的塔式精餾分離[1]，對(duì)換熱器的完整性及換熱效果要求較高，運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過化學(xué)藥劑處理后循環(huán)水系統(tǒng)的相關(guān)換熱設(shè)備存在腐蝕結(jié)垢、補(bǔ)水量大等問題[2-3]。為確保生產(chǎn)裝置安全、長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，閏土新材料氯苯分廠將具有物理除垢、緩蝕功能的量子管通環(huán)應(yīng)用于硝基氯苯生產(chǎn)裝置的循環(huán)水系統(tǒng)，達(dá)到了很好的除垢除銹、緩蝕阻垢的效果[4]。

1 量子管通環(huán)介紹

1.1 量子管通環(huán)工作原理

量子管通環(huán)由特種信息記憶材料合成，利用特定設(shè)備測(cè)定和儲(chǔ)存水中水垢和鐵銹等相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形。針對(duì)水中相關(guān)物質(zhì)的分子振動(dòng)波形，再開發(fā)多種“超精微振動(dòng)波”，并利用特定技術(shù)將這種波儲(chǔ)存于“量子管通環(huán)的亞原子級(jí)”中。量子管通環(huán)從周圍環(huán)境得到能量時(shí)，“超精微振動(dòng)波”即被持續(xù)恒量地釋放出來，透過管壁傳入水中。在這種“超精微振動(dòng)波”的作用下，水中的鈣、鎂離子振動(dòng)特性發(fā)生改變，不易結(jié)晶析出形成水垢，起到防垢作用；已經(jīng)形成的水垢也會(huì)在振動(dòng)波的作用下逐步軟化脫落；鐵與氧反應(yīng)不再生成鐵銹(三氧化二鐵)，而是生成磁性氧化鐵(四氧化三鐵)，對(duì)新的腐蝕呈惰性反應(yīng)；同時(shí)，水的活性得到極大加強(qiáng)，增加對(duì)離子的溶解度和攜行能力，抑制水中菌藻類的繁殖和生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)藥劑處理循環(huán)水系統(tǒng)的替代，起到阻垢緩蝕、抑菌滅藻的功效。

1.2 流程設(shè)計(jì)

根據(jù)硝基氯苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水在不同單元的使用情況，在循環(huán)回水管道上分別安裝型號(hào)為DN200、DN250、DN300 3套量子管通環(huán)，分別對(duì)應(yīng)硝化分離系統(tǒng)、精餾分離系統(tǒng)、硝化主反應(yīng)系統(tǒng)(如圖1所示)。

圖1 硝基氯苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水回路量子管通環(huán)安裝示意圖Fig.1 Diagram of installing quantum ring on the circulating water loop for nitrochlorobenzene production device

2 量子管通環(huán)在循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用情況

量子管通環(huán)在硝基氯苯生產(chǎn)裝置中的循環(huán)水系統(tǒng)投運(yùn)至今，未添加任何藥劑進(jìn)行處理。

2.1 循環(huán)水和補(bǔ)水水質(zhì)

硝基氯苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)主要為硝基氯苯的硝化反應(yīng)系統(tǒng)、硝化分離系統(tǒng)和精餾分離系統(tǒng)提供冷卻水，循環(huán)水補(bǔ)水為自來水和硝基氯苯塔式精餾分離系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽冷凝水。安裝量子管通環(huán)前，循環(huán)水和補(bǔ)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)(連續(xù)化運(yùn)行裝置，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，隨機(jī)抽取1組)如表1所示。

表1 循環(huán)水和補(bǔ)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)Table 1 Water quality analytical data of circulating water and filled water

從表1可以看出:補(bǔ)水總硬度和電導(dǎo)率均不高(特別是蒸汽冷凝水)，該循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水水質(zhì)較好。

安裝量子管通環(huán)前，循環(huán)水水質(zhì)情況如下。

按照表1數(shù)據(jù)，分別以氯離子法、電導(dǎo)率法和總硬度法計(jì)算循環(huán)水的濃縮倍數(shù)(以自來水補(bǔ)水進(jìn)行計(jì)算)。以氯離子法得到的循環(huán)水濃縮倍數(shù)為4.36，以電導(dǎo)率法計(jì)算的循環(huán)水濃縮倍數(shù)為2.99，以總硬度法計(jì)算的濃縮倍數(shù)為2.51。氯離子濃縮倍數(shù)和電導(dǎo)率的濃縮倍數(shù)均高于總硬度的濃縮倍數(shù)，因此，雖然補(bǔ)水水質(zhì)較好，但還是存在硬度離子結(jié)垢丟失的情況，由此可以判定循環(huán)水系統(tǒng)存在結(jié)垢問題。

2.2 量子管通環(huán)安裝后的循環(huán)水情況

2.2.1 外觀表現(xiàn)

在硝基氯苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)安裝量子管通環(huán)后,在相同負(fù)荷下，換熱器的進(jìn)出水溫差和換熱器剛投用時(shí)相差無幾，直接說明了量子管通環(huán)在除垢方面的積極效果。另外,安裝一段時(shí)間后，肉眼可看見渾濁的循環(huán)水變澄清透明，而且后續(xù)旁濾系統(tǒng)反洗周期也由約每10天1次延長(zhǎng)為約每月1次。

2.2.2 量子管通環(huán)與化學(xué)藥劑法處理循環(huán)水系統(tǒng)的比較

閏土新材料氯苯分廠氯化苯生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)仍采用化學(xué)藥劑除垢，下面對(duì)氯化苯和硝基氯苯兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)進(jìn)行比較，再次驗(yàn)證量子管通環(huán)的防垢、除垢效果。對(duì)兩個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水和循環(huán)水水質(zhì)進(jìn)行分析，并計(jì)算濃縮倍數(shù)，所得數(shù)據(jù)繪制成的曲線圖如圖2、圖3所示。

圖2 硝基氯苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水濃縮倍數(shù)變化曲線Fig.2 Curve of change in cycles of concentration of circulating water for nitrochlorobenzene

圖3 氯化苯生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)水濃縮倍數(shù)變化曲線Fig.3 Curve of change in cycles of concentration of circulating water for chlorobenzene production device

由圖2、圖3可見：兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)都不高，且硬度的濃縮倍數(shù)均高于氯離子的濃縮倍數(shù)。說明兩個(gè)系統(tǒng)的結(jié)垢問題均較輕。圖2、圖3比較可見：硝基氯苯生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水隨時(shí)間延長(zhǎng)硬度濃縮倍數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定的上升趨勢(shì)，在安裝量子管通環(huán)節(jié)點(diǎn)(圖2中檢測(cè)點(diǎn)11)，硬度濃縮倍數(shù)明顯上升，也從側(cè)面證明了量子管通環(huán)對(duì)水中離子的穩(wěn)定能力。

3 掛片試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方法

(1)試驗(yàn)前處理

用丙酮溶液或酒精清洗碳鋼掛片表面的油膜，干燥后稱重并記錄。

(2)掛片試驗(yàn)

在硝基氯苯生產(chǎn)裝置的循環(huán)水系統(tǒng)安裝量子管通環(huán)前，在冷卻塔水池里吊裝循環(huán)水檢測(cè)掛片。

(3)試驗(yàn)后處理

將從水池里取出的掛片放入烘箱烘干(時(shí)間不宜過長(zhǎng))，烘干后進(jìn)行稱重并記錄，計(jì)算結(jié)垢速率。

將掛片放入超聲波儀器清洗20 min,用工具將掛片表面腐蝕物除去(腐蝕物除去后，再次用超聲波清洗干凈)，放入烘箱進(jìn)行烘干，對(duì)干燥后的掛片稱重并記錄，計(jì)算腐蝕速率。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 結(jié)垢速率

按時(shí)間先后順序測(cè)得的結(jié)垢速率繪制成的曲線如圖4所示。

圖4 掛片結(jié)垢速率變化曲線Fig.4 Curve of change in coupon scaling rate

從圖4可以看出:安裝量子管通環(huán)后，循環(huán)水中掛片結(jié)垢速率處于持續(xù)下降趨勢(shì)，由最初的近25 mg/(cm2·月)下降到10 mg/(cm2·月)以下[符合低于15 mg/(cm2·月)的標(biāo)準(zhǔn)[5]要求]，說明量子管通環(huán)防水垢效果明顯。

3.2.2 腐蝕速率

按時(shí)間先后順序測(cè)得的腐蝕速率繪制成的曲線如圖5所示。

圖5 掛片腐蝕速率變化曲線Fig.5 Curve of change in coupon corrosion rate

從圖5可以看出：安裝量子管通環(huán)后，循環(huán)水中掛片腐蝕速率持續(xù)保持下降趨勢(shì)，安裝初期最高值0.364 50 mm/a，使用過程中最小值0.070 35 mm/a(符合低于0.075 mm/a的標(biāo)準(zhǔn)[5]要求)，說明量子管通環(huán)防腐緩蝕效果明顯。

4 結(jié)語

(1)量子管通環(huán)可用于結(jié)垢型水體，對(duì)換熱設(shè)備結(jié)垢起到了很好的除垢及阻垢作用。

(2)量子管通環(huán)對(duì)換熱設(shè)備的腐蝕起到了積極的抑制作用。

(3)量子管通環(huán)可極大提升循環(huán)水濃縮倍數(shù)，用于循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水效果良好。