從防垢角度分析動力儲運循環冷卻水的實踐研究

楊力

（蘭州石化公司化肥廠甘肅蘭州730060）

從防垢角度分析動力儲運循環冷卻水的實踐研究

楊力

（蘭州石化公司化肥廠甘肅蘭州730060）

結垢指數，一直都是循環冷卻水水質好壞判斷的重要依據。本文根據化工一室丙烯酸專區質檢提供的數據，對動力儲運車間的循環冷卻水水質進行了碳酸鈣結垢指數和磷酸鈣結垢指數的計算，并由計算數據可得出我們在防垢處理上的不足，繼而進行有的放矢的防垢處理，這樣，可使車間的循環冷卻水裝置達到長期無故障運行，為主裝置的正常生產提供了有效的保障。

結垢；防垢；動力儲運循環冷卻水

引言

循環冷卻水是工業用水中的重要組成部分。但是其中存在的結垢問題是循環冷卻水系統中的關鍵問題，不僅嚴重影響到工業生產，甚至還會導致整個系統出現異常。通過在循環冷卻水中添加阻垢劑和緩蝕劑是控制與結垢的有效手段。這是因為水中含有的大量無機離子和有機物在高溫條件下十分容易在設備表面形成礦物垢，進而出現嚴重的腐蝕問題，特別是循環水中水垢的形成，會造成嚴重危害。

1 循環水中水垢的形成及其危害

1.1 水垢的形成

天然水中溶解有各種鹽類，如重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物、硅酸鹽等。其中以溶解的重碳酸鹽最多，也最不穩定，容易分解生成碳酸鹽[1]。因此，如果使用含有重碳酸鹽的水作為冷卻水，當它通過換熱器傳熱表面時，會受熱分解：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2↑+H2O。冷卻水通過冷卻塔相當于一個曝氣的過程，溶解在水中的會逸出，因此，水的pH值會升高。此時，重碳酸鹽在堿性條件下也會發生如下反應：Ca（HCO3）2+2=CaCO3↓+2H2O+CO32-。當水中溶有氯化鈣時，還會發生置換反應。如果水中溶有適量的磷酸鹽時，磷酸根離子和鈣離子會發生反應。碳酸鈣和磷酸鈣的溶解度和一般的鹽類不一樣，它們不是隨著溫度的升高而升高，而是隨著溫度的升高而降低。因此，在換熱器傳熱面上很容易達到過飽和狀態而析出。這類沉積物通常成為水垢。由于這些水垢結晶致密，比較堅硬，又稱為硬垢[2]。它們通常牢牢的附著在傳熱表面上，不容易被水沖掉。

1.2 循環水水垢的危害

水垢的導熱性能很差，能大幅度的降低換熱器的傳熱效率，一般降低在60%以上[3]。水垢附著的危害，輕者是嚴重降低換熱器的傳熱效率，影響產量；重者則會堵塞管道，損壞循環水塔的填料，還有可能形成垢下腐蝕，嚴重損壞設備。

2 動力儲運循環冷卻水阻垢原理分析

在化工、電力等工業生產中阻垢劑和緩蝕劑都具有重要的作用。由于結垢是伴隨循環冷卻水系統中的主要問題，在實際生產中就需要加入阻垢劑，碳酸鈣垢是循環冷卻水系統中的主要礦物垢，也是阻垢劑主要的控制對象。

冷卻水在循環的過程中經過換熱器換熱后問題升高，再筋骨冷卻塔冷卻后回流到冷卻水池中循環利用，在這樣一個循環的過程中水中的無機離子被濃縮數倍，其中很多難溶鹽從水中析出，在表面形成垢層。通過在水中加入阻垢劑是一種控制礦物垢的有效手段，其通過螯合作用將鈣離子、鎂離子穩定在溶液中，并通過與晶核的活性位點相作用，擾亂晶體正常的生長過程，從而告便礦物垢顆粒在溶液中的性狀，將礦物垢懸浮在溶液中。另外阻垢劑與設備表面已經形成的礦物垢相互作用，在一定的水力條件下使得礦物垢從設備的表面脫落[4]。目前主要的阻垢劑有聚羧酸類阻垢劑和有機磷類阻垢劑，兩者都具有良好的鈣離子穩定能力，但是有機磷類阻垢劑在鈣離子穩定性能方面還具有閾值效應。通過將兩種阻垢劑復合使用會達到更加明顯的除垢效果。

3 結合實例分析動力儲運循環冷卻水的除垢工作

3.1 實例分析

蘭州石化公司化肥廠動力儲運車間的循環水，于2006年7月16日開工建設，2007年10月30日全面中交。2008年4月18日，裝置正式進行試車。該置負責給丙烯酸裝置提供冷卻水。循環水站設計規模12000m3/h，年連續操作時數7200h。使用的水處理劑有：生物分散劑（YB1305）、阻垢分散劑（YD2501）、緩蝕劑（YM5400）、銅緩蝕劑（JLC6010）、濃硫酸、NaClO。

3.2 動力儲運循環水碳酸鈣析出的判斷

（1）關于P.S.I結垢指數計算的方法，包含P.S.I.=2pHs–pHeq＜6結垢；P.S.I.=2pHs–pHeq=6穩定；P.S.I.=2pHs–pHeq＞6不結垢。其中，pHs叫飽和指數，PHeq叫平衡指數。pHs=（9.7+A+B）-（C+D）；PHeq=1.465lgM+4.54（M系統中水的總堿度（以CaCO3計），mg/l），A總溶解固體系數；B溫度系數；C鈣硬度系數；DM-堿度系數。

（2）動力儲運循環水的P.S.I計算，在pHs=（9.7+A+B）-（C+D）公式中，A代表的是總溶解固體系數。可在質檢給我們提供的數據當中沒有這一項，但我們有電導率的數據，并且兩者之間具有以下大致的轉換關系：TDS=0.5×電導率。從2012年1～7月中，每月抽取一天，并將其數據作為樣品數據進行計算。并且每個樣品的pH都等于8.4，這樣可以排除pH對數據的影響。得到的抽樣數據見表1。

表1 抽樣數據

通過進行P.S.I結垢指數的計算，發現均不結垢。

3.3 動力儲運循環水磷酸鈣析出的判斷

（1）磷酸鈣結垢指數的計算方法，磷酸鈣結垢指數=水的實際pHPHS（磷酸鈣飽和pH）。通過研究發現當磷酸鈣結垢指數＞0時，磷酸鈣有沉淀的可能，反之磷酸鈣有溶解的可能。但在實際操作時，因為有化學平衡的快慢，水解產物的多樣化，藥劑的投加等因素的影響，常控制其值在1.5以下。即當磷酸鈣結垢指數＞1.5時，磷酸鈣有沉淀的可能極大。

（2）磷酸鈣結垢指數的計算，從2012年1～7月中，每月抽取一天，并將其數據作為樣品數據進行計算。并且每個樣品的pH都等于8.4，這樣可以排除pH對數據的影響。得到最終的結果是均結垢。將所有數據進行匯總，見表2。

表2 數據匯總與結果

在2012年1～7月中，碳酸鈣都沒有結垢的表現，說明投加的阻聚劑對碳酸鈣的防垢起到了非常好的效果。但是，接下來對磷酸鈣的結垢指數進行計算時發現，從2012年1～7月，磷酸鈣都有結垢的表現。天然水中只含有非常少量的磷酸鹽，除非向循環水中投加過量的磷酸鹽，否則磷酸鈣將極少出現。這說明，車間含有易水解成正磷酸鹽的聚磷酸的藥劑投加過多，而含有聚磷酸的藥劑只有緩蝕劑。所以，綜上所述，我的工藝整改建議有兩個：①改用不含聚磷酸鹽配方的藥劑；②或者仍然使用含有聚磷酸的藥劑但是需要嚴格控制緩蝕劑的投加量，既要防止碳酸鈣的結垢還要防止磷酸鈣的結垢。因為自然水中含的磷酸鹽很少，所以，總磷可以從某種程度上表示投加的磷酸鹽的多少。從碳酸鈣結垢指數的計算過程中不難總結出，鈣硬和堿度對它的影響最大。

所以，既要防止碳酸鈣的結垢還要防止磷酸鈣的結垢[5]，應從鈣硬、堿度和總磷這幾個水質指標下手。鈣硬的控制目標是：250～550mg/l；堿度的控制目標是：100～200mg/l；總磷的控制目標是：4～5mg/l。在這些參數下，碳酸鈣結垢指數和磷酸鈣結垢指數都可以控制在不結垢的范圍內。

4 結語

本文結合實例分析了動力儲運車間循環冷卻水系統中的除垢工作，最終目的就是希望能夠保證實際的工業生產有序進行。本次研究仍然存在不足之處，還需要加強含磷配方的緩蝕劑在水質條件下的性能研究與優化，促進工業生產阻垢技術的逐漸成熟。

[1]時金林，李欣平，閻國榮，等.“兩步法”高爐循環冷卻水系統在線除垢清洗技術應用[J].冶金動力，2007，33（01）：68～70.

[2]雒新峰，魏朝暉，杜芳莉.冷水機組冷卻水系統的除垢與排污[J].制冷與空調，2011，1（05）：449～451.

[3]時金林，李欣平，楊澤宇.制氧站循環冷卻水全系統除垢清洗及水質穩定[J].冶金動力，2008，11（01）：68～71.

[4]侯靜，沈炳耘.循環冷卻水系統靜電離子棒抑垢除垢實驗研究[J].環境科學與技術，2009，27（12）：151～153.

[5]鄭晉梅，董葛.工業循環冷卻水系統除垢節能新技術解析[J].能源與節能，2012，33（08）：74～76.

TM621

A

1004-7344（2016）28-0310-02

2016-9-20

楊力（1986-），男，本科，畢業于中國石油大學，主要從事化工循環水工藝工作。