海水冷卻系統(tǒng)海生物污染的控制措施

夏守慶，陳春玲

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

海水冷卻系統(tǒng)海生物污染的控制措施

夏守慶，陳春玲

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州 261441)

海水冷卻系統(tǒng)的海生物污染給發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成諸多不良影響，對(duì)藤壺等污損生物的生活習(xí)性進(jìn)行了調(diào)研，分析了加氯處理控制方案存在的問(wèn)題并提出了新的控制方案，海水冷卻系統(tǒng)的海生物污染問(wèn)題得到了有效解決。

海水冷卻系統(tǒng)；海生物；污染；加氯處理

1 海水冷卻系統(tǒng)海生物污染狀況

華電萊州發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)萊州發(fā)電公司)建設(shè)2臺(tái)1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組，分別于2012年11月和12月投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組凝汽器采用海水直流冷卻。機(jī)組投產(chǎn)1年后的檢查性大修中，發(fā)現(xiàn)2臺(tái)機(jī)組的循環(huán)水系統(tǒng)均存在嚴(yán)重的海生物污染情況(如圖1所示)。海生物的大量附著，不僅造成凝汽器鈦管的污堵，影響機(jī)組效率，還會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)頻繁堵塞、壓差超限，給機(jī)組安全運(yùn)行造成隱患，為此不得不花費(fèi)大量的人力和財(cái)力進(jìn)行清理。

為消除海生物污染帶來(lái)的不良影響，作者對(duì)造成污染的海生物的生活習(xí)性和控制措施進(jìn)行了調(diào)查研究。

圖1 凝汽器鈦管管口附著的海生物

2 電廠循環(huán)水系統(tǒng)概況

萊州發(fā)電公司地處渤海灣南岸，一年中海水溫度變化大(如圖2所示)：2月平均溫度最低，接近0 ℃；8月平均溫度最高，超過(guò)30 ℃；4—11月海水溫度在10 ℃以上。

圖2 凝汽器進(jìn)水溫度及排水溫度

循環(huán)水系統(tǒng)從碼頭港池內(nèi)抽取海水，取水管道為2條長(zhǎng)330 m、直徑4 m的碳鋼管道，管道內(nèi)海水運(yùn)行流速為1.1～2.0 m/s。凝汽器為雙背壓、雙殼體、單流程、表面冷卻式，按組成結(jié)構(gòu)分為低壓側(cè)和高壓側(cè)，每側(cè)安裝有25 948根鈦管，內(nèi)徑為25 mm，流通面積為11.70 m2，鈦管內(nèi)海水運(yùn)行流速為1.2～1.9 m/s，凝汽器結(jié)構(gòu)及海水流程如圖3所示。

圖3 電廠凝汽器結(jié)構(gòu)及海水流程

海水經(jīng)過(guò)凝汽器的熱交換后，溫度會(huì)升高10～14 ℃，即使在水溫最低的2月，凝汽器出水端依然可以保持10 ℃以上的溫度，溫暖的環(huán)境為海生物的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了適宜的溫度條件。

3 附著海生物物種分析

附著在船底、設(shè)備等人工設(shè)施上，給人類(lèi)生產(chǎn)帶

來(lái)不良影響的動(dòng)物、植物和微生物稱(chēng)為污損生物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界海洋污損生物約2 000種，萊州發(fā)電公司循環(huán)水系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的污損生物主要是藤壺、水螅蟲(chóng)、貽貝。

3.1 藤壺

藤壺俗稱(chēng)馬牙，生長(zhǎng)在凝汽器水室、循環(huán)水管道、開(kāi)式水濾水器等部位(如圖4所示)。

圖4 凝汽器水室內(nèi)壁附著的藤壺

藤壺為無(wú)柄蔓足類(lèi)，殼兩側(cè)對(duì)稱(chēng)，體形為平截的圓錐體，看上去像座縮小的火山。外壁由一定數(shù)目(通常為 6個(gè))的石灰質(zhì)殼板組成。殼板的中間部分較厚，兩側(cè)延伸部分較薄。藤壺開(kāi)孔部有一個(gè)由許多小骨片形成的活動(dòng)殼蓋，水流經(jīng)孔部時(shí)殼蓋會(huì)打開(kāi)，里面會(huì)伸出羽狀觸手。4片活動(dòng)殼板由肌肉牽動(dòng)開(kāi)合，退潮后殼蓋會(huì)緊緊地閉起，以防止體內(nèi)的水分流失及防御傷害，并能耐受長(zhǎng)周期性干燥。

藤壺在水溫升高至10 ℃以上時(shí)開(kāi)始產(chǎn)卵，資料[1]調(diào)研顯示，蓬萊水域的附著期在6—10月，按萊州發(fā)電公司水溫特點(diǎn)推算，附著期應(yīng)在4—11月，附著后的藤壺2～3個(gè)月后可長(zhǎng)成最大體積。

藤壺初期附著僅靠幼蟲(chóng)觸角頂端的液壓吸盤(pán)，吸盤(pán)的附著力足以使幼蟲(chóng)經(jīng)得起186.4 cm/s的水流沖擊，動(dòng)物死后吸盤(pán)仍能維持吸附力；同時(shí)，藤壺膠黏腺還不斷分泌膠黏質(zhì)，增強(qiáng)附著力。

3.2 水螅蟲(chóng)

水螅蟲(chóng)主要分布在凝汽器水室、循環(huán)水管道中(如圖5所示)，二次濾網(wǎng)、開(kāi)式水濾水器、閉式水板式換熱器中未曾發(fā)現(xiàn)。

圖5 凝汽器水室內(nèi)壁附著的水螅蟲(chóng)

資料[2]介紹，水螅蟲(chóng)約3 000種，無(wú)性繁殖。附著期是6—9月，附著1個(gè)月后個(gè)體即充分生長(zhǎng)，8月份1個(gè)月的附著量和覆蓋面積會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前2個(gè)月的總和。

在2013年10月#2機(jī)組大修檢查中，發(fā)現(xiàn)水螅蟲(chóng)布滿整個(gè)凝汽器水室，2014年2月#1機(jī)組大修檢查中，發(fā)現(xiàn)凝汽器水室及循環(huán)水管道中水螅蟲(chóng)附著較少。2次檢查的結(jié)果表明，水螅蟲(chóng)的附著明顯呈現(xiàn)季節(jié)性的特點(diǎn)。

3.3 貽貝

貽貝俗稱(chēng)青口、海虹、藍(lán)貝、綠貝、淡菜等(如圖6所示)，附著在凝汽器水室、循環(huán)水管道、二次濾網(wǎng)、開(kāi)式水濾水器中，以凝汽器水室、循環(huán)水管道居多。

圖6 鈦管管口附著的貽貝

貽貝是用由足分泌的足絲固著在海底巖石或其他物體上生活的。足絲是一種蛋白質(zhì)，堅(jiān)固又有韌性，用足絲固著以后，貽貝可以牽制足絲，使身體在固著面上做小范圍的活動(dòng)。如果遇到環(huán)境變化，還能使足絲脫落，進(jìn)行較大范圍的活動(dòng)，在新的環(huán)境分泌新的足絲，重新固著。

溫度升高至8～10 ℃后貽貝開(kāi)始產(chǎn)卵，大致是3—5月和10—12月。每個(gè)母體產(chǎn)卵可達(dá)1 200萬(wàn)粒，經(jīng)過(guò)3～4個(gè)星期便沉至海底用足爬行，然后分泌足絲附著在外物上，變態(tài)成小貽貝，過(guò)固著的生活。在適宜的環(huán)境下，1年內(nèi)可長(zhǎng)50 mm，2年內(nèi)達(dá)到60～80 mm，水溫低于10 ℃時(shí)不生長(zhǎng)，高于10 ℃時(shí)快速生長(zhǎng)。生長(zhǎng)速度與年齡成反比，第1年生長(zhǎng)最快。

4 控制方案的分析與調(diào)整

海生物污染主要有兩種控制途徑：一種是投加殺生劑趕走或殺死海生物，從而使系統(tǒng)潔凈；另一種是涂刷帶有生物毒性的涂料。涂刷涂料的方法對(duì)于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有大量細(xì)小管道的電廠循環(huán)水設(shè)備并不適用，因此，濱海電廠常采用加藥處理的方法控制海生物污染。萊州發(fā)電公司安裝有2套電解海水制氯設(shè)備，利用海水淡化排放的濃海水制取次氯酸鈉，設(shè)計(jì)有效氯產(chǎn)量為2×110 kg/h，采取間斷性連續(xù)加藥的方式。發(fā)生海生物污染的現(xiàn)狀表明原加藥方式不合理，本文對(duì)加藥方式進(jìn)行分析，并提出新的控制方案。

4.1 原加藥方式存在的問(wèn)題

原先加藥方式是：每年的5—10月，在海水淡化設(shè)備運(yùn)行時(shí)投運(yùn)電解制氯設(shè)備，進(jìn)行沖擊式加藥，沖擊加藥量為3 mg/L，每隔1 h沖擊加藥20 min。

根據(jù)附著生物的生活習(xí)性，原方式有以下幾點(diǎn)不合理之處。

(1)加藥時(shí)期選擇在5—10月，不能避免藤壺和貽貝類(lèi)在設(shè)備內(nèi)產(chǎn)卵和附著。藤壺在水溫10 ℃以上時(shí)開(kāi)始產(chǎn)卵，貽貝在8 ℃以上時(shí)開(kāi)始產(chǎn)卵，5月之前的3，4月和10月之后的11，12月，電廠所在海域的海水溫度均滿足藤壺和貽貝產(chǎn)卵并附著的條件。

(2)短時(shí)間高濃度的沖擊式加藥方式對(duì)藤壺和貽貝類(lèi)無(wú)效。已成功附著在設(shè)備內(nèi)壁上的藤壺和貽貝類(lèi)偵測(cè)到海水水質(zhì)變化或其他危險(xiǎn)時(shí)會(huì)閉合外殼，可以耐受短時(shí)間沖擊式加藥的損害。

(3)在海水淡化設(shè)備運(yùn)行時(shí)才投運(yùn)制氯設(shè)備的加藥方式不合理。海水淡化設(shè)備約每周運(yùn)行1次，運(yùn)行時(shí)間2～4 d，相當(dāng)于每周有3～5 d的時(shí)間沒(méi)有對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加藥處理。間斷式加藥的時(shí)間間隙足以使藤壺等海生物在設(shè)備內(nèi)壁上附著，附著之后，其超強(qiáng)的吸附能力和閉合外殼躲避危險(xiǎn)的能力使其難以被殺滅和清除。間斷式加藥的時(shí)間間隙過(guò)長(zhǎng)，也為水螅蟲(chóng)的生長(zhǎng)繁殖提供了條件，使其在凝汽器溫暖的環(huán)境中快速生長(zhǎng)和繁殖。

4.2 控制方案的調(diào)整

根據(jù)萊州發(fā)電公司海水的特點(diǎn)，擬定加藥處理的原則為：通過(guò)連續(xù)加藥使海水中維持一定的余氯含量，使污損生物不適宜在設(shè)備內(nèi)壁上附著，對(duì)已經(jīng)附著的污損生物進(jìn)行連續(xù)+沖擊式加藥予以殺滅。據(jù)此，對(duì)控制方案調(diào)整如下。

(1)加藥時(shí)期。在海水溫度5 ℃以上時(shí)進(jìn)行加藥控制，對(duì)應(yīng)的時(shí)期是每年3—12月。

(2)加藥設(shè)備連續(xù)運(yùn)行。在海水淡化設(shè)備制水期間采用濃海水制氯，在海水淡化設(shè)備停運(yùn)期間采用原海水制氯。

(3)加藥量。采取連續(xù)+沖擊加藥方式，連續(xù)加藥量為1 mg/L，控制排水口余氯含量在0.1～0.5 mg/L。每天進(jìn)行6次沖擊式加藥，加藥量為3 mg/L，沖擊時(shí)間60 min。

(4)循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)期間，系統(tǒng)內(nèi)存有水即進(jìn)行加藥，每周沖擊式加藥1次，根據(jù)系統(tǒng)存水量計(jì)算加藥量，按3 mg/L控制。

5 方案實(shí)施效果

2015年3月、10月，分別對(duì)#2，#1機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的海生物進(jìn)行了徹底清理，從5月開(kāi)始按照新方案進(jìn)行加藥控制。

5.1 海生物附著情況

2015年9月，檢查#1機(jī)組循環(huán)水系統(tǒng)(此前未清理)，凝汽器水室底部可見(jiàn)死亡脫落的貽貝類(lèi)(如圖7所示)，未見(jiàn)明顯水螅蟲(chóng)附著，水室及循環(huán)水管道內(nèi)壁上有少量藤壺遺體附著，新方案初見(jiàn)成效。

圖7 #1機(jī)組凝汽器水室底部脫落的貽貝

2016年3月，檢查#2機(jī)組凝汽器水室及循環(huán)水管道，設(shè)備內(nèi)壁光滑，沒(méi)有任何海生物附著，如圖8所示。

圖8 #2機(jī)組凝汽器水室內(nèi)壁無(wú)海生物附著

2016年9月，檢查#1機(jī)組凝汽器水室及循環(huán)水管道，設(shè)備內(nèi)壁均未發(fā)現(xiàn)任何海生物附著，如圖9所示。

5.2 循環(huán)水排水余氯檢測(cè)

新方案實(shí)施期間，每天對(duì)循環(huán)水排水口余氯進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，測(cè)試儀器為HACHPCII余氯比色計(jì)，表1為每月余氯含量平均值，最高值為0.39mg/L，最低值為0.13mg/L，均在0.50mg/L的控制范圍內(nèi)，調(diào)查排水口區(qū)域海產(chǎn)養(yǎng)殖戶(hù)，亦未見(jiàn)不良反應(yīng)。

圖9 #1機(jī)組凝汽器水室內(nèi)壁無(wú)海生物附著

月份2015年2016年3—0.394—0.2650.250.2960.200.2370.150.1680.130.1590.17—100.19—110.23—120.33—

6 結(jié)束語(yǔ)

循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的溫暖環(huán)境適宜藤壺等污損生物的生長(zhǎng)繁殖，采用加氯處理控制海生物污染時(shí)，間斷式加藥的方式是無(wú)效的，采用連續(xù)加藥的方式可以破壞這一適宜環(huán)境，從而避免藤壺等污損生物在系統(tǒng)內(nèi)附著。萊州發(fā)電公司按照這一原則調(diào)整了控制方案，有效解決了海生物污染的問(wèn)題，可為其他電廠提供參考。

[1]陳長(zhǎng)春,項(xiàng)凌云，劉漢奇.海洋污損生物藤壺的附著與防除[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2012，31(4)：621-624.

[2]黃宗國(guó),李傳燕，張良興，等.渤海灣附著生物生態(tài)[J].海洋學(xué)報(bào)，1980，2(3)：111-121.

(本文責(zé)編：劉芳)

2017-04-15；

2017-05-08

TM 621.8

B

1674-1951(2017)05-0049-03

夏守慶(1974—)，男，山東昌樂(lè)人，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)監(jiān)督工作(E-mail:1433308143@qq.com)。

陳春玲(1974—)，女，山東萊蕪人，工程師，從事電廠化學(xué)技術(shù)監(jiān)督工作。