循環(huán)水阻垢劑自動(dòng)配藥和投加技術(shù)的工程應(yīng)用

崔仲卿，趙雪峰

(國(guó)家能源集團(tuán)蚌埠發(fā)電有限公司，安徽蚌埠 233000)

火電廠作為工業(yè)用水大戶，占全部工業(yè)用水量的40%以上[1]，而其循環(huán)冷卻水用量占全廠用水量的70%以上。為全面貫徹國(guó)務(wù)院2015年頒布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“水十條”)政策要求，全國(guó)各大用水企業(yè)在水務(wù)技術(shù)和管理上深度挖掘，循環(huán)水深度處理技術(shù)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(shí)現(xiàn)循環(huán)水的零排放。然而，在實(shí)際工程應(yīng)用中，循環(huán)水在減排回收過程中出現(xiàn)冷卻系統(tǒng)嚴(yán)重結(jié)垢甚至堵塞的現(xiàn)象，究其原因，和水質(zhì)極限控制、技術(shù)不成熟、管理不到位有著密切的聯(lián)系。本文以阻垢劑為切入點(diǎn)，對(duì)其自動(dòng)化管理及控制[3-4]進(jìn)行研究。

目前，國(guó)內(nèi)循環(huán)水處理主要依靠投加藥劑來確保水質(zhì)穩(wěn)定[5]。緩蝕阻垢劑是緩解換熱設(shè)備結(jié)垢腐蝕的重要藥劑。阻垢劑的投加方式和監(jiān)督直接關(guān)系到其在循環(huán)水中的阻垢緩蝕效果[6]，是全國(guó)各企業(yè)出現(xiàn)循壞水冷卻設(shè)備發(fā)生結(jié)垢和腐蝕后最易忽略的一個(gè)因素。本文根據(jù)工程實(shí)際，對(duì)循環(huán)水阻垢劑的配置和投加方式進(jìn)行研究和改造，在某電廠率先實(shí)現(xiàn)循環(huán)水阻垢劑的自動(dòng)配置和投加，為相關(guān)工程的設(shè)計(jì)和改造提供借鑒。

1 現(xiàn)行循環(huán)水阻垢劑的投加現(xiàn)狀

某電廠循環(huán)水阻垢劑投加技術(shù)及管理流程和投加系統(tǒng)如圖1和圖2所示。

圖1 阻垢劑投加技術(shù)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(dòng)閥門；4-排污一次閥；5-排污二次閥；6-出口閥圖2 原循環(huán)水阻垢劑加藥系統(tǒng)Flg.2 Scale Inhibitor Dosing System of Original Circulating Water

由圖1和圖2可知，循環(huán)水阻垢劑投加在現(xiàn)代化企業(yè)管理體系中存在3個(gè)失控現(xiàn)象。

(1)驗(yàn)收管理失控。各大火電廠在逐漸縮減人員的同時(shí)，發(fā)生技術(shù)替代。藥品進(jìn)廠后，顯然無法100%保證每桶藥品符合標(biāo)準(zhǔn)，也無法保證每桶藥品的質(zhì)量。

(2)配藥管理失控。人的不確定因素導(dǎo)致在安全上和技術(shù)上，存在人員的安全風(fēng)險(xiǎn)和所配藥品濃度的不穩(wěn)定。在配藥時(shí)，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(jìn)行配比。阻垢劑每次配置時(shí)需30桶，人工勞動(dòng)強(qiáng)度大。藥品配置比例受桶裝容量、初始液位和配藥桶數(shù)的影響，同時(shí)若人員責(zé)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(huán)水運(yùn)行帶來了潛在的安全隱患。

(3)投加失控。計(jì)量泵長(zhǎng)期運(yùn)行中，既無液位聯(lián)鎖，又不能遠(yuǎn)程監(jiān)控，藥品投多投少只憑經(jīng)驗(yàn)，無法準(zhǔn)確地定量投加，投加過程不能實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，循環(huán)水在較高濃縮倍率的情況下使換熱設(shè)備結(jié)垢。

2 新型阻垢劑自動(dòng)配藥和投加設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為解決上述問題，實(shí)現(xiàn)阻垢劑自動(dòng)配置和投加，釋放人力，實(shí)現(xiàn)阻垢劑精確定量投加和精細(xì)化管理，在技術(shù)上，從3個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)改變供貨方式：將25 kg桶裝改為槽車或噸桶供應(yīng)，阻垢劑進(jìn)廠驗(yàn)貨化驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

(2)增加阻垢劑儲(chǔ)存容器：根據(jù)實(shí)際供貨量，確定最終儲(chǔ)罐容積。

(3)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)罐到溶藥箱的自動(dòng)進(jìn)藥和進(jìn)水配比。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)阻垢劑自動(dòng)配置和投加系統(tǒng)如圖3所示。

注：1-爬梯；2-人孔；3-加水電動(dòng)閥門；4-排污一次閥;5-排污二次閥;6-出口閥；7-計(jì)量箱進(jìn)藥閥；8-阻垢劑儲(chǔ)罐進(jìn)藥閥；9-阻垢劑儲(chǔ)罐;10-日阻垢劑出口一次手動(dòng)閥;11-阻垢劑出口手動(dòng)二次閥;12-阻垢劑計(jì)量箱進(jìn)藥電動(dòng)閥;13-超聲波遠(yuǎn)傳液位計(jì)；14-磁翻板遠(yuǎn)傳液位計(jì)圖3 阻垢劑自動(dòng)配置和投加系統(tǒng)Fig.3 Automatic Configuration and Dosing System of Scale Inhibitor

該系統(tǒng)包括阻垢劑存儲(chǔ)系統(tǒng)、阻垢劑配藥系統(tǒng)、阻垢劑投加系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)。存儲(chǔ)系統(tǒng)由高位儲(chǔ)罐、卸藥泵、液位計(jì)和相關(guān)管道閥門組成；配藥系統(tǒng)由溶藥箱、稀釋水進(jìn)水電動(dòng)閥、進(jìn)藥電動(dòng)閥、超聲波液位計(jì)及相關(guān)管道閥門組成；投加系統(tǒng)由計(jì)量泵及相關(guān)閥門管道組成；電氣控制系統(tǒng)由卸藥泵、計(jì)量泵、電動(dòng)閥門等動(dòng)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(chǔ)系統(tǒng)

阻垢劑儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)高位儲(chǔ)罐，配置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，用于監(jiān)視當(dāng)前儲(chǔ)存量。儲(chǔ)罐底部高于溶藥箱底部50～60 cm，利用儲(chǔ)罐高位落差，在溶藥箱液位較低時(shí)進(jìn)藥。阻垢劑進(jìn)廠后，通過卸藥泵將阻垢劑原液輸送至高位儲(chǔ)罐，每次供貨量為10～15 t。

2.2.2 阻垢劑自動(dòng)配藥系統(tǒng)

溶藥箱配置遠(yuǎn)傳液位計(jì)，通過DCS邏輯判斷并執(zhí)行自動(dòng)配藥，配藥邏輯如圖4所示。

圖4 自動(dòng)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(shè)置液位低低和液位高高彈窗報(bào)警和保護(hù)。

2.2.3 阻垢劑自動(dòng)投加系統(tǒng)

阻垢劑計(jì)量泵變頻控制，可在DCS遠(yuǎn)程啟停，并實(shí)時(shí)通過頻率控制計(jì)量泵輸出藥量。頻率的控制根據(jù)循環(huán)水TP，進(jìn)行微調(diào)。

3 新型阻垢劑自動(dòng)配藥和投加系統(tǒng)投運(yùn)后的效果評(píng)價(jià)

(1)阻垢劑進(jìn)廠驗(yàn)收：透明噸桶或槽車到貨后，現(xiàn)場(chǎng)物理狀態(tài)驗(yàn)收顯而易見。取樣化驗(yàn)代表性強(qiáng)，對(duì)供應(yīng)商具有較強(qiáng)的威懾力，阻垢劑質(zhì)量能夠得到控制。

(2)自動(dòng)投加性能：根據(jù)自動(dòng)配藥邏輯，DCS系統(tǒng)PID控制器自動(dòng)液位跟蹤，并及時(shí)準(zhǔn)確地控制就地電動(dòng)閥門，阻垢劑配置規(guī)律穩(wěn)定，從儲(chǔ)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(chǔ)罐液位趨勢(shì)Tig.5 Level Trend of Scale Inhibitor Dissolving Tank and High Level Tank

由圖5可知，系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行后，阻垢劑用量連續(xù)穩(wěn)定，每天投加量恒定，每次配藥量恒定，實(shí)現(xiàn)了阻垢的精準(zhǔn)投加和配置。

(3)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定情況：從循環(huán)水水質(zhì)分析來看，水質(zhì)分析如表1和表2所示。

表1 改造前3號(hào)機(jī)組循環(huán)水水質(zhì)分析Tab.1 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 before Reconstruction

表2 改造后3號(hào)機(jī)組循環(huán)水水質(zhì)分析Tab.2 Analysis of Circulating Water Quality of Unit 3 after Reconstruction

根據(jù)循環(huán)水補(bǔ)水和塔池內(nèi)TP數(shù)據(jù)分析， 2019年，循環(huán)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(lián)系。阻垢劑時(shí)而投加過量，時(shí)而只加水不加藥，從技術(shù)上，均不能保證循環(huán)水的正常運(yùn)行。相比之下，2020年2月，3/4號(hào)機(jī)組循環(huán)水阻垢劑自動(dòng)投加系統(tǒng)投運(yùn)后，連續(xù)4個(gè)月，測(cè)得水中的TP穩(wěn)定。說明，自動(dòng)控制下的阻垢劑投加量穩(wěn)定。

(4)循環(huán)水補(bǔ)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(jìn)一步分析，由于電廠循環(huán)冷卻水用量占全廠用水量的70%以上，認(rèn)為循環(huán)水補(bǔ)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(huán)水補(bǔ)水關(guān)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(huán)水補(bǔ)水關(guān)系Fig.7 Relationship between Scale Inhibitor Dosing and Circulating Water Replenishment in 2020

阻垢劑是否均勻穩(wěn)定地投加直接關(guān)系到凝汽器是否能夠處在較好的運(yùn)行工況。2020年2月自動(dòng)投加系統(tǒng)投運(yùn)后，凝汽器換熱系統(tǒng)冷卻部位清潔干凈，說明阻垢劑自動(dòng)投加后效果明顯。圖8、圖9為4號(hào)機(jī)凝汽器回水側(cè)5個(gè)月前后的照片。

圖9 2020年5月4號(hào)機(jī)凝汽器回水側(cè)Fig.9 Return Water Side of Condenser of Unit 4 in May 2020

凝汽器鋼管保持清潔運(yùn)行，跟循環(huán)水其他指標(biāo)的嚴(yán)格控制密不可分。但是，根據(jù)循環(huán)水動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，阻垢劑投加不正常，很難保證凝汽器鋼管連續(xù)5個(gè)月的運(yùn)行仍然能夠保持上述清潔。如此，阻垢劑從技術(shù)改造到技術(shù)管理的改進(jìn)后，循環(huán)水換熱設(shè)備結(jié)垢速率得到有效的緩解。

4 結(jié)論

(1)阻垢劑自動(dòng)投加系統(tǒng)的投入，大大提高了循環(huán)水的運(yùn)行可靠性，大大減少了人力，提高了阻垢劑的驗(yàn)收質(zhì)量。阻垢劑的供貨、配置和投加變得可控，數(shù)據(jù)量化，投加精準(zhǔn)。

(2)阻垢劑配藥濃度由定性估算變?yōu)槎孔詣?dòng)配置，實(shí)現(xiàn)了人工手動(dòng)向自動(dòng)化控制的轉(zhuǎn)變。

(3)自動(dòng)配藥投加系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，可確保循環(huán)水在阻垢劑投加方面做到精準(zhǔn)投加，進(jìn)而確保循環(huán)水水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定，提高凝汽器安全運(yùn)行系數(shù)。

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