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循环冷却水处理新工艺研究

来 源:中华水网   发布时间:2011-02-22 移动版

1 试验设备和材料

1.1 主要装置
  蒸气发生炉(换热器);材料的冷却塔和贮水池;FZM型不锈钢水泵;LIB型转子;C6-46-3C型排尘风机;0.4 T的磁力阻垢器;臭氧发生器。
1.2 试验仪器
  723分光光度计;DDS型电导率测定仪;pH3-3C型酸度计;HG-3型火焰分光光度计。
1.3 试验材料
  试验管:Ø 10mm×1mm碳钢管,外壁镀铬;
  试片:50mm×25mm×2mm,A3钢。

2 试验方案及结果

  工艺流程简图见图1。

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2.1 试验方案
  试验分A、B两个系统。
  A系统:用200mg/L的Na2MoO4进行预膜,同时在贮水池中投加臭氧,保持剩余臭氧浓度为0.03~0.10mg/L,5d后将预膜剂换作冷却水。磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。
  B系统:用20mg/L的Na2MoO4进行预膜,臭氧投加方式为间歇式,每2d投加一次,每次60min,其它同系统A。
2.2 试验结果
2.2.1 水质分析
  
试验过程中每天定时取水样进行常规分析,其中SO42-、Cl-每周做两次分析,结果见表1。试验用水为北京某石化公司生产用水。

表1  运行过程水质分析
系统 总硬度*(mg/L) 总碱度*(mg/L) Ca2+硬度*(mg/L) pH 电导率(μs/m) SO42-(mg/L) Cl-(mg/L) K+(mg/L) 浓缩倍数**
系统A 209.24~428.36 126.89~336.24 107.67~212.97 8.44~8.78 330~1450 60.20~155.23 15.03~110.18 3.6~7.2 1.7~3.4
系统B 170.69~429.15 106.17~152.78 96.01~178.79 8.35~8.70 245~1100 40.75~150.73 16.50~105.63 3.4~7.2 1.6~3.4
补充水 159.89~309.92 182.86~295.21 138.68~231.54 7.66~7.80 415~800 34.07~68.15 15.70~59.31 2.1~2.2  
注 *以CaCO3  **以K+浓度计

2.2.2 污垢热阻测定
  
本试验的试前准备、开车、正常运转、停车及试后处理均按中石化总公司生产部执行的方法进行,试验过程中及时记录有关数据。污垢热阻测定按文献[3]进行,结果见表2。

表2  试验管污垢热阻
系统 试件 清洁管热阻R1(m2.K/W) 极限污垢热阻R2
A 1 2.63×10-4 1.11×10-4
A 2 2.86×10-4 1.12×10-4
B 3 2.74×10-4 1.12×10-4
B 4 2.76×10-4 1.12×10-4

 

表3  试验管结垢情况
系统 试件 管长(cm) G2(g) G3(g) 污垢沉积率mcm[mg/(cm.月)]
A 1 44.95 101.2722 99.1348 27.01
A 2 45.08 1102.2113 100.0110 27.76
B 3 45.15 97.6626 95.2620 30.32
B 4 45.00 103.4115 100.8001 32.82

表4  试验管腐蚀情况
系统 试件 G2(g) G3(g) 腐蚀速率F[mg/(dm2.d)]
A 1 99.2356 99.1348 3.73
A 2 100.1418 100.0110 4.84
B 3 95.4716 95.2620 7.74
B 4 101.2700 100.8001 10.80

2.2.3 结垢和腐蚀情况
  系统运行21d后停车,试验管按GB5776方法进行处理,并按下式计算污垢沉积率和腐蚀速率,结果见表3、表4。

   mcm=(G2-G3/AT)×30

   F=[(G1-G3)/AT]×2.4×106

  式中  mcm--污垢月沉积率,mg/(cm2·月)
     A--粘附面积,cm2
     T--试验时间,d
     F--腐蚀速率,mg/(dm2·d)
     G1--试验管试前质量,g
     G2--试验管除垢前质量,g
     G3--试验管除垢后质量,g

2.2.4 挂片的腐蚀情况
  系统开始运行后在两个系统的贮水池中各挂一组试片,此时试片可看作预膜片。在停止加药后再挂一组试片。试验结束后取出处理,计算腐蚀速率,结果见表5。

表5  挂片的腐蚀情况
系统 试片 预膜情况 试验周期(h) 初重(g) 试后重(g) 腐蚀速率F[mg/(dm2.d)]
A 1 预膜 495 23.3127 21.2782 4.14
A 2 预膜 495 21.1556 21.1320 4.18
A 3 不预膜 310 20.9813 20.9593 6.04
A 4 不预膜 310 20.7913 20.7716 5.41
B 5 预膜 495 20.5827 20.5003 13.37
B 6 预膜 495 19.9484 19.8634 14.45

3 讨论

  ① 按照中国石化总公司执行的标准[3]对试验结果进行评价,A系统试验管和预膜试片的腐蚀速率均达到“好”等级,未预膜试片处于“好”的等级。B系统试验管腐蚀速率达到“好”的等级,预膜试片在“可以允许”范围,所以本试验方案对腐蚀的控制是成功的。A系统比B系统缓蚀率更高,原因在于A系统预膜剂浓度更高,且连续投加臭氧,A系统未预膜片腐蚀速率比B系统更低也证实了这一点。
  ② 两个系统由于采用臭氧杀菌,所以管路比较清洁,生物污垢减少(可从观察),而A系统由于连续投加臭氧,几乎不产生生物粘泥。这说明臭氧有效地控制了微生物繁殖,大幅度减少了粘附和垢下腐蚀作用。
  ③ 两个系统极限污垢热阻均达到"好"的等级,说明磁化作用使得垢层疏松,传热效率降低幅度较小。与以前所做空白试验[4]相比,阻垢率为70%~80%。粘附速率接近允许值,偏高的原因之一是计算时未扣除膜层的质量,另外水的硬度、离子强度、磁场强度等会影响磁化效果。据称水的硬度大于350 mg/L时处理效果稍差[5]

4 推荐工艺

  预膜是为了防腐,磁化的主要作用是防垢,而臭氧的杀菌作用最出色,三者可以发挥协同作用。本工艺将三者结合起来,为处理探索了一条新的途径,而且基本上是一种“绿色”工艺。其特点是:①同时杀菌、缓蚀、阻垢,处理效果好;②排污无污染,符合环保要求,社会效益好;③一次投资,长期受益,经济效益好。
  根据A、B两个系统的试验结果,建议在试验水质条件下,预膜剂浓度20mg/L,磁感应强度不小于0.4T,臭氧采用连续投加为好,为节能也可间歇投加,使其主要发挥杀菌作用。剩余臭氧浓度约0.05mg/L,其它参数:浓缩倍数3.0左右,流量Q=180L/h,Re>4000,换热器热负荷q≤17.5W/m2,循环比1/4~1/5。实际应用时,尚需根据具体情况确定运行参数。

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