循環冷卻水系統運行方法的改進研究

摘要：循環冷卻水系統長期運行導致換熱設備結垢、腐蝕加劇和微生物滋生，造成換熱列管堵塞和腐蝕穿孔等問題，嚴重影響正常生產。結合循環冷卻水水質，本文設計循環冷卻水系統加藥改造方案，從而減緩系統結垢，提高換熱效果，延長設備使用周期，保證有序生產，達到降本增效的目的。

關鍵詞：循環冷卻水；結垢；加藥；改進

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）05-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.05.047

Abstract： The long-term operation of the circulating cooling water system has led to scaling， intensified corrosion， and microbial growth of heat exchange equipment， resulting in problems such as blockage and corrosion perforation of heat exchange tubes， seriously affecting normal production. Based on the quality of circulating cooling water， this paper designs a dosing modification plan for the circulating cooling water system， in order to slow down system scaling， improve heat exchange efficiency， extend equipment service life， ensure orderly production， and achieve the goal of reducing costs and increasing efficiency.

Keywords： circulating cooling water; scaling; dosing; improvement

冷卻水在循環冷卻水系統中不斷循環使用，受水流速度、水溫、水分蒸發濃縮等因素的綜合作用[1-4]，循環冷卻水系統容易產生水垢和設備腐蝕，滋生大量微生物，影響設備安全運行，甚至造成較大的經濟損失。循環冷卻水系統主要為濃縮尾氣凝結水回收器和石墨換熱器提供合格的冷卻水。某企業循環冷卻水系統全部使用生產原水，其主要由循環水池、冷卻塔和循環水泵組成，通過冷卻塔來達到換熱冷卻的目的，出水溫度在21 ℃左右，回水溫度在28～38 ℃。建廠初期，循環冷卻水系統未進行加藥處理。循環冷卻水系統長期運行，導致系統管路結垢嚴重、腐蝕加劇和微生物滋生。設備內部換熱列管結垢嚴重，換熱效果差，同時設備清洗頻繁且難度大，嚴重影響生產。循環冷卻水系統是企業連續、安全、高效生產的重要保障，其良好運行可以減少檢修頻率及費用，延長設備壽命，提高產量，降低綜合生產成本，避免意外事故[5-7]。因此，有必要分析該企業生產原水水質，跟蹤循環冷卻水系統的實際運行，對冷卻水進行加藥處理，以保證循環冷卻水系統長期穩定運行。

1 循環冷卻水水質

循環冷卻水系統管路容易出現結垢和腐蝕，這與來水水質有直接的關系。經多次取樣分析，該企業循環冷卻水水質如表1所示。循環冷卻水系統一般根據碳酸鈣穩定指數來確定水質指標的控制范圍，并判斷系統結垢或者腐蝕的趨勢，以便及時進行調整，保證水處理效果。循環冷卻水的碳酸鈣穩定指數為3.57，水質屬于嚴重結垢型，隨著濃縮倍率的提高，冷卻水結垢傾向會越來越嚴重，所以冷卻水的主要控制點在于阻垢，有針對性地投加藥劑勢在必行。

2 循環冷卻水系統加藥改造方案

經水質分析，為有效防止循環冷卻水系統結垢、微生物滋生等問題，保證系統長期穩定運行，有必要對循環冷卻水系統進行加藥改造，增設加藥設備，對冷卻水進行加藥處理[8-10]。

2.1 藥劑選擇

循環冷卻水系統連續投加PF-602型緩蝕阻垢劑，嚴格控制設備管道結垢，其在設備管道上形成一層保護膜，使冷卻水與設備管道隔離，從而達到緩蝕的目的。同時，循環冷卻水系統投加PF-407型氧化性殺菌滅藻劑、PF-408型非氧化性殺菌滅藻劑，不考慮投加強氧化性殺菌滅藻劑，嚴格控制菌藻危害，氧化性殺菌滅藻劑及非氧化性殺菌滅藻劑交替使用，避免產生抗藥性。另外，循環冷卻水系統投加PF-405型粘泥剝離劑，避免設備管道表面淤泥沉積引起垢下腐蝕或點蝕，從而杜絕設備管道的腐蝕穿孔。

PF-602型緩蝕阻垢劑由有機磷酸、聚羧酸、碳鋼緩蝕劑及銅緩蝕劑復配而成，它對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣等均有很好的整合分散作用，并且對碳鋼、銅具有良好的緩蝕效果，主要用于循環冷卻水系統的緩蝕阻垢。該緩蝕阻垢劑緩蝕效果好，阻垢能力強。PF-405型粘泥剝離劑由高效陽離子表面活性劑、強力滲透劑和分散劑等復配而成，不僅具有廣譜、高效的殺菌滅藻能力，還有較強的粘泥剝離功能及清洗功能。該粘泥剝離劑具有良好的分散性和滲透性，其穿透力強、毒性低，作用快，對油泥、菌藻分泌物及菌藻等組成的粘泥有良好的分解剝離作用。同時，它具有緩蝕作用，可以軟化和清洗金屬表面的陳垢，提高設備換熱率。該粘泥剝離劑對金屬、橡膠、塑料等均無腐蝕性，易溶于水并不受水體硬度影響[11-12]，因此廣泛用于各行業的循環冷卻水系統。另外，它也可用作循環冷卻水系統的殺菌滅藻劑、清洗劑等。

2.2 藥劑投加

根據循環冷卻水系統容量，初步確定緩蝕阻垢劑和粘泥剝離劑投加量和頻率。

2.2.1 緩蝕阻垢劑的投加

一是基礎加藥。在正常運行之前，循環冷卻水系統需要投加水質穩定劑。根據系統水量，循環冷卻水系統一次性加入50 kg PF-602型緩蝕阻垢劑，然后轉入日常加藥。二是日常加藥。阻垢緩蝕劑的日常投加頻率為每天一次，根據系統水量每天取75 kg阻垢緩蝕劑直接加入加藥槽中，用水稀釋至刻度，開啟攪拌器攪拌均勻，調節計量泵流量，使藥劑24 h連續加入。

2.2.2 粘泥剝離劑的投加

粘泥剝離劑主要用于剝離設備管道表面的雜質，保證設備管道表面的清潔度，從而減緩設備管道結垢或腐蝕。其采用沖擊式投加方式，投加頻率為每月一次，根據循環冷卻水系統水量，每次取150 kg PF-405型粘泥剝離劑直接加入循環水池。循環冷卻水系統不僅需要選擇合適的藥劑，還要調整各種藥劑的最佳用量，做好補水、排水與水質管理[13-15]。

2.3 自動加藥裝置組成

循環冷卻水系統自動加藥裝置主要由計量泵、電導率測定儀、加藥機、控制柜、設備臺架和相關管路等組成，該自動加藥裝置以計量泵為主體，它是保證系統加藥連續穩定的核心。

2.4 旁濾配合自動加藥裝置

循環冷卻水系統含有大量沉積物、生物粘泥、軟垢，如果不進行清理，長期運行會損壞設備，使系統換熱效率降低。要合理確定旁濾反清洗頻次，及時清理系統雜質，同時減少排水，節約水資源。粘泥剝離有效作用時間為24 h，每月投加一次，所以投加粘泥剝離劑24 h后，適當增加旁濾反洗頻率。同時，根據循環冷卻水系統水質，對冷卻水進行適當置換，使剝離的粘泥雜質及時排出，保證系統的清潔度。

3 加藥運行效益分析

經比較分析，循環冷卻水系統加藥前后的補水量與水質變化如表2所示。與改造前相比，改造后每天增加藥劑費用665元，平均每天節約275.14 m3水資源，節約水費894.205元。改造前，單臺濃縮尾氣凝結水回收器清理用時6 d，且清理較困難；改造后用時2 d，清理容易。經計算，單套裝置年直接經濟效益為7.56萬元。由此可見，循環冷卻水系統增加加藥裝置，對循環水進行加藥處理，可以減緩換熱器列管結垢，提高換熱效率，減少換熱器清洗頻次和時長，減輕員工勞動強度，提高水資源重復利用率，節約水資源。循環冷卻水系統實現連續穩定運行，設備使用壽命延長，為企業節約一定的成本。

4 循環冷卻水加藥處理效果

經加藥處理，循環冷卻水水質指標明顯改善。循環冷卻水的電導率為1 688～1 996 μS/cm，總磷濃度為2.0～5.0 mg/L，pH為7.0～9.2，鈣硬度不大于500 mg/L，甲基橙堿度不大于500 mg/L，氯離子濃度不大于300 mg/L，濃縮倍率為5.31～6.28。

5 結語

循環冷卻水在生產運行中不斷蒸發濃縮，導致系統結垢、腐蝕加劇和微生物滋生，嚴重影響正常生產，因此循環冷卻水水質穩定工作日益受到重視。本文結合水源水質和現場工藝參數，對循環冷卻水系統進行科學分析，設計出適合循環冷卻水的自動加藥處理方案。研究表明，該方案既可保證水質穩定，又能循環使用冷卻水，節約水資源，降低運行成本。

參考文獻

1 吳海福，文明通，蔣銘明，等.幾種工業循環水用緩蝕阻垢劑靜態阻垢性能對比研究[J].廣東化工，2016（3）：1-2.

2 張 琛.電廠循環水阻垢處理技術[J].科技風，2011（8）：4.

3 余經海.工業水處理技術[M].北京：化學工業出版社，1998：11.

4 吳春曉.石化企業循環水系統水泵及冷卻塔節能優化分析[J].天津化工，2022（5）：85-87.

5 衛炳森，陳 峰，高 炬.循環水系統結垢、腐蝕原因及處理措施[J].化學工程與裝備，2022（4）：168-169.

6 李倩瑋，彭 然，王雨竹，等.循環冷卻水系統中微生物的結垢特性[J].工業水處理，2022（10）：77-83.

7 趙曉娟.工業循環冷卻水系統節水方法研究及應用[J].化工管理，2022（22）：80-82.

8 汪 文.礦井水在循環冷卻系統中的結垢規律及阻垢劑優選實驗研究[D].太原：太原理工大學，2022：11-12.

9 趙世鑫.電解處理對工業循環水腐蝕行為影響研究[D].大連：大連理工大學，2022：15-16.

10 宋 娜，王雅慧.循環冷卻水系統綠色阻垢劑的研究進展[J].現代鹽化工，2022（2）：16-18.

11 任廣欣，張 鵬，侯建平，等.塔二聯輕烴回收裝置循環冷卻水系統腐蝕結垢分析及對策[J].油氣田地面工程，2022（2）：64-67.

12 師恩耀.基于膜電解法的循環冷卻水處理研究[J].造紙裝備及材料，2022（12）：138-141.

13 宮世初，李弘毅，王曙光，等.循環冷卻水系統中微生物腐蝕的研究進展[J].應用化工，2023（1）：186-192.

14 郭洪麗.循環冷卻水系統在膠帶輸送機中的應用[J].江西煤炭科技，2022（4）：204-206.

15 汪正明.表凝式間接空冷循環冷卻水系統變頻泵優化運行研究[J].自動化應用，2022（8）：155-158.