循環(huán)水系統(tǒng)除垢防垢新技術(shù)應(yīng)用小結(jié)

荊菊平

(山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041606)

0 引 言

山西焦化股份有限公司(簡稱山焦股份)有7套循環(huán)水系統(tǒng)，一直采用化學(xué)藥劑除垢。循環(huán)水系統(tǒng)中的冷卻水在不斷循環(huán)使用過程中，由于水溫升高、流速變化、蒸發(fā)、各種無機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，室外冷卻塔和冷水池受到陽光照射、風(fēng)冷、雨淋、灰塵雜物飄落以及系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合影響，會產(chǎn)生比直流系統(tǒng)更為嚴(yán)重的結(jié)垢、設(shè)備腐蝕和菌藻微生物大量滋生，以及由此形成的粘泥、水垢堵塞換熱器和管道等，這些危害會威脅并嚴(yán)重影響整個生產(chǎn)系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定、安全運行。

為優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)，在確保循環(huán)水水質(zhì)的前提下進(jìn)一步減少循環(huán)水系統(tǒng)的加藥量及外排水量，使循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)高效節(jié)能運行，山焦股份在對除垢阻垢技術(shù)進(jìn)行充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，并結(jié)合企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)的實際情況，在第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)試用了先進(jìn)的電磁除垢防垢技術(shù)。以下對有關(guān)情況作一介紹。

1 電磁除垢防垢原理

在循環(huán)水管道外加裝產(chǎn)生交變電磁波的設(shè)備，利用電磁感應(yīng)原理，以水為導(dǎo)體，并以水管的中心產(chǎn)生環(huán)狀磁場，將交變電磁脈沖除垢信號直接傳遍整個水循環(huán)系統(tǒng)，在120～200 kHz正弦電磁波的作用下，通過一定的技術(shù)機(jī)理(或原理)就可達(dá)到延長系統(tǒng)中設(shè)備使用壽命以及系統(tǒng)除垢、防垢、防銹、除藻、殺菌、抑制有害菌滋生等功效。

1.1 除 垢

循環(huán)水系統(tǒng)中，溶解的鈣離子與碳酸氫鹽離子可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣(水垢)、二氧化碳和水，而該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，新的晶體形成時釋放出的二氧化碳和水又能溶解水垢，使已經(jīng)形成的水垢再度溶解回到水中，經(jīng)過濾器過濾后達(dá)到循環(huán)水除垢凈化的效果。

1.2 防 垢

在120～200 kHz正弦電磁波的作用下，水中產(chǎn)生大量懸浮物核子群(cluster)，當(dāng)水被加熱或減壓時，水中的礦物質(zhì)(主要為鈣離子、鎂離子)會被吸附在核子群中，形成水垢(軟垢)，隨水流漂走并經(jīng)過濾器過濾，從而不會黏附在水冷器的表面，這樣就起到了防垢的作用。

1.3 殺菌滅藻

在120～200 kHz正弦電磁波的作用下，交變電場通過電荷和滲透迫使水進(jìn)入細(xì)菌/水藻體內(nèi)，破壞細(xì)菌/水藻的自然功能并爆破它們，從而在不使用化學(xué)藥劑的條件下大量殺死細(xì)菌和水藻。

1.4 防 腐

管道上的銹層，在交變電磁場的作用下會形成一層磁鐵化合物，這層磁鐵化合物可將管壁與水隔開，同時通過絮凝作用使水中鐵離子等金屬離子減少，從而可防止管道進(jìn)一步銹蝕，起到防腐的作用。

2 電磁除垢防垢設(shè)備的安裝

2020年6月6日，山焦股份在第三回收車間循環(huán)水池的循環(huán)水泵出口總管及入蒸氨廢水冷卻器循環(huán)水總管處安裝了3臺Hydropath電子水處理器(單臺功率為50 W)；為便于調(diào)節(jié)，在循環(huán)水系統(tǒng)增設(shè)了補(bǔ)水、排水相關(guān)流量儀表——三次水補(bǔ)水計量表、循環(huán)水排水計量表、空調(diào)退水補(bǔ)水計量表、低溫水補(bǔ)水計量表。

3 電磁除垢防垢設(shè)備的試用情況

2020年6月6日Hydropath電子水處理器安裝到位，6月11日開始試用，計劃試用3個月，期間逐步減少循環(huán)水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑的投加量，每日跟蹤循環(huán)水水質(zhì)、補(bǔ)水量、排水量以及水冷器的換熱效果等，試用期間循環(huán)水系統(tǒng)運行情況及各工藝指標(biāo)的變化如下。

3.1 加藥量

試用Hydropath電子水處理器前，每班需向循環(huán)水系統(tǒng)中添加QD-626B緩釋阻垢劑50 kg；2020年6月11日Hydropath電子水處理器投入試用，為滿足總排水質(zhì)要求，2020年6月18日開始不再向循環(huán)水系統(tǒng)添加QD-626B緩釋阻垢劑；2020年7月6日開始試添加無磷阻垢劑5212，2020年7月6日—8月1日每天白班添加25 kg無磷阻垢劑5212；2020年8月2—16日每天白班添加15 kg無磷阻垢劑5212；2020年8月17—24日每天白班添加10 kg無磷阻垢劑5212；2020年8月25日—9月4日每天白班添加5 kg無磷阻垢劑5212；2020年9月5日至今停止向循環(huán)水系統(tǒng)添加緩釋阻垢劑，目前循環(huán)水系統(tǒng)各項水質(zhì)指標(biāo)均正常。

3.2 補(bǔ)水量和排水量

山焦股份第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水量約6 000 m3/h，循環(huán)水上水、回水溫差約8 ℃，夏季環(huán)境溫差系數(shù)約0.15%。試用Hydropath電子水處理器前，循環(huán)水系統(tǒng)平均補(bǔ)水量為129.8 m3/h、最高為161.2 m3/h，平均總外排水量為47.3 m3/h(其中37.3 m3/h為循環(huán)水池外排水量，另外10 m3/h為供第三回收車間清洗水槽冷卻水及焦化廠三系統(tǒng)各泵冷卻水，這10 m3/h水無法回收至循環(huán)水系統(tǒng)，全部外排)、最高為55.5 m3/h，計算得循環(huán)水系統(tǒng)蒸發(fā)量=(6000-47.3)×8×0.15% =71.4 m3/h；試用Hydropath電子水處理器后，第1個月補(bǔ)水量由129.8 m3/h減至107.3 m3/h、排水量由47.3 m3/h減至28.5 m3/h，第2個月補(bǔ)水量由107.3 m3/h減至99.1 m3/h、排水量由28.5 m3/h減至16.2 m3/h,第3個月補(bǔ)水量由99.1 m3/h減至93.1 m3/h、排水量由16.2 m3/h減至10.6 m3/h，即Hydropath電子水處理器試用至第3個月時，循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量較試用前減少36.7 m3/h、降幅約28.3%，外排水量較試用前減少36.7 m3/h、降幅約77.6%。

3.3 循環(huán)水池池水外觀

試用Hydropath電子水處理器前，肉眼觀測循環(huán)水池池水略渾濁，看不到蓄水池的底部；試用Hydropath電子水處理器后，肉眼觀測循環(huán)水池池水無色透亮、無綠色藻類，可以很容易地看到蓄水池的底部。

3.4 循環(huán)水水質(zhì)

Hydropath電子水處理器試用前后第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)(平均值)見表1。從循環(huán)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)來看，主要變化及分析如下。

(1)試用Hydropath電子水處理器后，循環(huán)水系統(tǒng)CaCO3+堿度逐步降低，2020年8月11日—9月8日期間循環(huán)水系統(tǒng)CaCO3+堿度平均值降至900 mg/L以下。

(2)試用Hydropath電子水處理器的1～2月內(nèi)，2020年7月13日時大量水垢被清理出、外排水量減少，循環(huán)水電導(dǎo)率最高達(dá)2 162 μS/cm，原有自清洗過濾器不能滿足要求，出現(xiàn)循環(huán)水濁度、電導(dǎo)率升高現(xiàn)象；7月21日更換自清洗過濾器，7月28日循環(huán)水濁度最高達(dá)20.0 NTU，循環(huán)水經(jīng)過約24 h的沉淀可見析出的微小垢結(jié)晶，通過系統(tǒng)不斷排水帶出水垢。目前，循環(huán)水電導(dǎo)率和濁度已降至Hydropath電子水處理器試用前的水平。

(4)表1中的循環(huán)水濃縮倍數(shù)采用電導(dǎo)率計算得來，因減用或停用緩蝕阻垢劑及離子成分發(fā)生變化時會對計算結(jié)果產(chǎn)生影響，因此不宜作為判據(jù)依據(jù)。但從循環(huán)水系統(tǒng)外排水量來看——試用Hydropath電子水處理器3個月后，總外排水量由試用前的47.3 m3/h減至10.6 m3/h，總外排水量較試用前減少36.7 m3/h、降幅約77.6%，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)肯定是提高了的：風(fēng)吹損失按系統(tǒng)循環(huán)量6 000 m3/h的0.05%計算，風(fēng)吹損失水量為3 m3/h，加上排水量10.6 m3/h，系統(tǒng)損失量粗略記為13.6 m3/h，而試用Hydropath電子水處理器3個月后循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水量為93.1 m3/h，則系統(tǒng)循環(huán)水的濃縮倍數(shù)為93.1÷13.6=6.85，高于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50050—2017)中要求的濃縮倍數(shù)≥5，達(dá)到了節(jié)水的目的。

表1 電子水處理器試用前后循環(huán)水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的對比

(5)循環(huán)水系統(tǒng)的總鐵在Hydropath電子水處理器試用初始階段略有增大，可能是試用初始階段原有腐蝕層溶解脫落所致；目前循環(huán)水中總鐵含量為0.076 mg/L，較試用Hydropath電子水處理器前略低，總鐵含量接近Hydropath電子水處理器試用前，表明循環(huán)水系統(tǒng)未有新的腐蝕。

3.5 循環(huán)水換熱器換熱效果

Hydropath電子水處理器試用前后循環(huán)水系統(tǒng)換熱器冷、熱介質(zhì)溫度數(shù)據(jù)(平均值)見表2。可以看出，試用Hydropath電子水處理器后，循環(huán)水換熱器冷、熱介質(zhì)溫度正常，換熱器換熱效果良好。此外，試用Hydropath電子水處理器后，山焦股份主生產(chǎn)系統(tǒng)各項指標(biāo)無異常，電子水處理器對生產(chǎn)系統(tǒng)無負(fù)面影響，2020年9月14日拆除1#廢水冷卻器退水管處短節(jié)查看，管道內(nèi)壁無水垢。

表2 電子水處理器試用前后循環(huán)水換熱器冷、熱介質(zhì)溫度數(shù)據(jù)(平均值)

注：Hydropath電子水處理器還未試用時，2#廢水換熱器廢水側(cè)堵塞，切出后更換為了新的廢水冷卻器

4 電磁除垢防垢技術(shù)應(yīng)用效益分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益：試用Hydropath電子水處理器前，山焦股份第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)循環(huán)水池外排水量為37.3 m3/h，試用Hydropath電子水處理器后，2020年 7月—2021年2月循環(huán)水系統(tǒng)減排水量均在77%左右，以2021年2—3月外排水量為8.4 m3/h計算，循環(huán)水系統(tǒng)減少外排水量37.3-8.4=28.9 m3/h，循環(huán)水價格按2.2元/m3計，全年可節(jié)約用水費用28.9×24×2.2×365÷10000=55.7萬元；試用Hydropath電子水處理器后，循環(huán)水系統(tǒng)不再添加阻垢劑，按之前每日無磷阻垢劑5212添加量5 kg、阻垢劑價格10 000元/t計算，全年可節(jié)約阻垢劑費用5÷1000×365×10000÷10000=1.825萬元；而山焦股份試用Hydropath電子水處理器增加的運行費用僅有電費，3臺電子水處理器功率合計為150 W，電價按0.6元/(kW·h)計，全年電費僅為150÷1000×24×365×0.6=788.4元≈0.08萬元。上述幾項合計，山焦股份試用電子水處理器后年節(jié)約運行費用約55.7+1.825-0.08≈57.45萬元。

(2)環(huán)保效益：山焦股份試用Hydropath電子水處理器后，有效節(jié)約了水資源，減少了循環(huán)水系統(tǒng)的外排水量，為企業(yè)后續(xù)實現(xiàn)零排放打下了堅實的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

山焦股份第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用電磁除垢防垢新技術(shù)后，取得了如下明顯效果：① 隨著應(yīng)用時間的延長，現(xiàn)第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)已停止添加緩釋阻垢劑，目前循環(huán)水系統(tǒng)換熱器運行正常，系統(tǒng)無垢類物生成，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備未酸洗、拆檢；② 第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)CaCO3+堿度平均值基本上在900 mg/L以下，循環(huán)水電導(dǎo)率和氯離子含量略有升高，循環(huán)水系統(tǒng)所有指標(biāo)均在許可范圍以內(nèi)；③ 第三回收車間循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量由129.8 m3/h逐步減至73.9 m3/h、降幅約43.1%，排水量由37.3 m3/h逐步減至8.4 m3/h、降幅約77.5%，排水量減排率達(dá)到考核指標(biāo)(70%以上)要求。同時，應(yīng)用電磁除垢防垢新技術(shù)期間，山焦股份主生產(chǎn)系統(tǒng)運行正常，Hydropath電子水處理器除垢防垢效果穩(wěn)定，能滿足生產(chǎn)系統(tǒng)長周期運行要求，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和明顯的社會效益，可在山焦股份其他循環(huán)水系統(tǒng)推廣使用。