却水水质及其处理效果上的要求。
水质标准中某些指标反映了换热器结构型式方面的特殊要求(如缝隙狭窄的板式换热器对浊度的限制),或者材质方面的特殊限制(如不同品种不锈钢对 Cl 和铜合金对 NH 3 的含量要求等)。
根据以上因素峄循环冷却水水质的一般和特殊要求有一个总括的分析、研究,为选用药剂、确定浓缩倍数、考虑补充水和旁流水的处理方案奠定基础。
3.1.1.2 循环冷却水处理设计,应对建厂地区可供作补充水的水源、水量与其水质进行分析研究,包括:
对可供的水量要了解清楚,尤其在缺水地区,对确定设计的浓缩倍数、处理方法至关重要。
对原水水质的情况要尽量掌握不同季节,以及枯水、丰水期间水质变化的资料,以便正确选择处理方案。
3.1.1.3 在不涉及循规蹈矩环冷却水受到外界污染的情况下 , 浓缩倍数与补充水水质两者相互制约 , 并受控于循环冷却水水质标准。这样,在确定某一循环冷却水水质标准的条件下,补充水水质的要求即取决于确定的浓缩倍数。从上述关系式也可知浓缩倍数除对确定补充水水质处理有重要关系外,也是确定补充水量的重要因素。
排污量 Q b 是按照物质平衡的原理推导出来的理论计算公式计算所得的数量,它不包括渗漏水量,也不包括旁流处理过程中的排水量,更不包括冲灰水量。但是,在等于并小于计算排污水量 Q b 的条件下,上述各水量可以替代排污水量。
3.1.1.4 循环冷却水水质除因工业生产和换热器设计要求不同而有差别以外(如对浊度、 Cl 等指标限制),也与循环冷却水是否采取阻垢剂、缓蚀剂处理有很大关系。在投加阻垢剂、缓蚀剂处理时,水质的各种成分如碳酸盐硬度、总硬度、钙离子、硫酸根离子等限值以及 PH 的控制范围,与使用药剂的品种、配方及剂量均有一定关系。同时,对悬浮物、油污等也常有一定限制,以避免降低药效或增加药耗。
对选用的阻垢剂、缓蚀剂,还应考虑药剂的来源和价格等因素,作为必要的技术经济论证的依据。
3.1.1.5 旁流水和补充水处理:旁流水的处理作为整个循环冷却水处理设计中的一个组分,需结合前四款的内容及外界污染,其中负括大气中灰尘、粉尘、飞虫、菌藻、孢子和其它污染物,以及工艺物料(指正常运转条件下微量的)的泄漏、排放要求等条件综合考虑。
由于补充水来源不同(如来自城市自来水厂、工业用水处理厂,直接取自江、河、湖泊或取用井水等),水质条件也有差异,处理内容也就不同,根据水源可供水量的情况、设计浓缩倍数条件等,对补充水水质也会有不同的要求,处理内容也不同。
在确定补充水和旁流水的处理方案时,应当统一考虑化处理程。如在处悬浮物时,是在旁流水处理还是在补充水处理中解决,或同时进行处理,这就要进行分析比较,通过技术经济比较后确定。
3.1.1.6 药剂对环境的影响:一般投加的化学药剂都具有基本种程度的毒性,有些药剂在极少量的情况下,就能使人畜、植物等受到危害,如铬酸盐、五氯酚负杀菌灭藻剂等。
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铬酸盐(以六价铬计)在地面水中最高允许浓度是0.5mg/L, 对水蚤 48h 的 TL — 50 mg/L 。五氯酚钠含量为 0.4 mg/L 时 , 许多鱼类在几时内就会死亡 . 有的药剂是动植物的营养物 , 但当超过一定量时也会造成危害 , 如磷酸盐等 . 虽然磷的排放标准没有规定,但易使水体发生富营养化问题。总之,在循环冷却水处理方案选用药剂时,除考虑其对水质处理的效果之外,还要考虑其对环境的污染问题。因此国内目前在水处理药剂上多选用磷系复合配方,而不采用铬系的药剂配方。当药剂对环境有影响时,依据排放标准对系统排水进行处理。另外,在评价风带出的循环冷却水对系统对四周环境的影响时,有的资料介绍,当循环冷却水中氯离子含量约为 497 mg/L 时,在距冷却塔 100m 处的植物叶上的水滴中,氯离子含量为 674.5 mg/L (其水滴的 PH=6.7, 电率 2700us/cm, 总硬度 719.6 ℃ )此时对蜡树、白桦树、山楂、白杨和垂柳都有不同程的损伤,出现大部分时片变黄、掉叶等现象。
采用对人健康有影响的毒性药剂(如酸盐)处理时 , 除应具备回收、处理装置以保证排放水质符合指标外,还应对冷却塔收水器效率提出严格要求,并有防止水滴飞溅对周围环境污染的措施。
零排污或近于零排污的循环冷却水系统,是排污水的最大回用,有利于保护环境,实质上是将循环冷却水处理与旁流水处理相结合的设计。对于这种系统,应根据其极限浓缩倍数(仅由风吹损失水量或加上极少量的排污水量所决定)与循环冷水中容许的水质极限值等因素,考虑其处理流程和水量。
由于形成污垢和腐蚀的因素来自多方面(补充水水源、大气污染、工艺过程处理等),设计中应综合考虑各种因素,采取处理措施,以求得整个处理方案技术经济上的合理性。 结合补充水水源水质、水量及循环冷却不污染(包括大气及工艺物料)情况,根据浓缩倍数、生产特点、材质情况所要求的循环冷却水水质指标,可以确定是否需要进行补充水处理、旁流水处理及其具体处理的内容和深度,而在投加阻垢剂、缓蚀剂处理的系统中,药剂配方要求控制的指标(如 PH 、 Ca2+ 、碱度、硬度、含盐量等),又与浓缩倍数补充水处理和旁流水处理内容及循环冷却水水质允许指标之间有着互相制约的关系。而且应注意到补充水处理、旁流处理对进一步提高浓缩倍数、节约用水和减少阻垢剂、缓蚀剂处理费用上的重要作用(尤其当水源水量紧张,或在排放要求严格的场合)。同时针对不同的处理流程,需考虑藏龙卧虎其相应的排水处理措施(应与旁流水处理统一考虑)及排渣处置问题。
在药剂处理方面,对阻垢剂、缓蚀剂与杀菌剂间的共容性,对 PH 的要求,以及对材质的影响等,均需加以考虑。
这样综合上述各个方面、各个环节之间的相互依存关系,通过全面地权衡、比较,才能够确定出技术可靠、经济合理的循环冷却水处理方案。
3.1.2 循环冷却水用水量由于行业、设备型式、工况条件等不同而不同,故其用水量应根据工艺生产需要确定。
3.1.3 对补充水水源的水量、水质资料的收集及其处理方法 , 是设计的基础工作。 3.1.5 本条是根据目前国内能够文泛采用的药剂种类性能(包括聚磷酸盐、膦酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸等)及其复合配方 , 参照国外经验 , 并检验国内一些工厂在生
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产运行中易于出现故障的换热器的工况条件而提出的。
间壁式换热器水侧设计流速一般在 0.3-3m/s 范围内,个别可能超过这一范围 . 但从保证处理效果、减少污垢和腐蚀(包括冲刷侵蚀)来说,一般以 1-2 m/s 流速为佳。 对国内一些工厂的换热器调查表明,流速低于 0.3m/s 的换热器 , 普遍存在污垢和垢下腐蚀问题 , 流速越低问题就越突出根据目前药剂处理的效能与壳程换热器设计流速选用的常规范围 , 规定流速不应低于 0.3m/s, 以保证处理效果。
对于管程换热器 , 虽然从传热效果上看 , 大于 0.5m/s 已可满足要求 , 但并非最适宜的流速 , 根据有关资料统计 , 一般取用大于 0.9m/s 作为规定流速的下限。 水侧流速上限的要求则需结合不同材质考虑防止冲刷侵蚀 , 这方面一般在设备设计中已有考虑,这里未作规定。
当换热器水侧流速低于 0.3m/s 时 , 不仅导致杂质的沉积 , 降低了传热效果 , 而且还导致垢下腐蚀。
在壳程换热器的结构上,由于几何形状的限制 , 要做到各个部位具有均一的流速是不可能的。即使设计计算时的流速(认为是均一的)为 0.3m/s, 实际上个别 别出心裁部位 , 尤其是靠近管板、折流板的死角区流速远低于此值,因此发生的问题就更为严重。这一点已为很多工厂的生产实践所证实。在这种不利的工况下,药剂处理难以发挥其应有的效果。国外报导的经验也表明,在这种情况下,即使投加像铬酸盐这种效果很好的强缓蚀剂,其保护作用也变差,这种换热器仍过早地损坏。为此,条文规定对这种换热器可采用涂层防腐作为附加的保护措施。
国内已有一些厂在碳钢壳程换热器的涂层防腐方面作了试验研究,有的厂通过实践证实这一措施是有效的,可供设计采用。
此外,涂层防腐也可推文到管程换热器的封头、端板碳钢材质的保护方面,作为附加的措施也是有益的。
防腐涂层应有导热系数的测定值,并不得低于换热管本体金属的导热系数,否则,应考虑增加换热设备的换热面积。
关于反向冲洗、常用压缩气体(如氮气)振荡、搅拌并配合反向冲洗等,对减少污垢、改善清洗效果,也都为国内外运行经验所证实,设计中可供参照选用。
热流密度的规定( 5.82 × 10 4 W/m 2 ) , 实际上反映了对冷却水侧管壁壁温的要求 , 主要根据国外经验数据。定性地说 , 随管壁壁温增高 , 水中碳酸钙结垢趋势增强。但国内尚缺乏这方面的数据,对照一般换热器的工况条件,大多低于此值。 热流密度的法定计量单位为 W/m 2 , 1kcl/m 2 · h=1.163W/m 2 。
3.1.6 本条规定污垢热阻、腐蚀率等到允许值应根据各种工艺的具体要求确定。当没有具体规定时,可按本条所列各值选用。
在换热器设计计算时(选取传热系数、选定管壁厚度),对污垢热阻、腐蚀率都有相应的考虑。这两项指标实际上也是对经过处理的循环冷却水水质提出的要求,或者说是对阻垢、缓蚀效果的检验标准,在设计阶段作为检验阻垢、缓蚀剂 配方的依据。设计时应该从工艺及设备方面的合理性、水质处理的合理性、适宜的运行周期、折旧年限等多方面因素进行综合权衡。
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年污垢热阻值标准:原规范条文规定敞开式系统的污垢热阻值为 1.72 × 10 -4 ~ 5.16 × 10 -4 m 2 · K/W, 现修订为 1.72 × 10 -4 ~ 3.44 × 10 -4 m 2 · K/W, 因为近十几年来的循环冷却水处理水平不断提高,现场监测的污垢速成率均在 25cm/ ㎝· month (相当于污垢热阻值 3.27 × 10 -4 m 2 · K/W )以下 , 因此这一修改是合适的 , 同时也接近目前国际上常用的水平。
污垢热阻值的法定计量单位为 m 2 · K/W,1m2 · h · C/Kcal=0.86 m 2 · K/W 。 对于密闭式系统 : 由于工况条件较为苛刻(如温度较高 , 对传热效率要求比较严格) , 一般考虑采用软化水或除盐水(或冷凝水)作为循环冷却水 , 在腐蚀控制效果良好的情况下 , 一般污垢热阻值均可做到小于 0.86 × 10 -4 m 2 · K/W 。
腐蚀率标准:碳钢换热设备的腐蚀率根据国内运行水平及参照国际上公认的允许值,一般可达以到小于或等于 0.125mm/a (即 5 密耳 / 年)这一标准。但某些工业(如冶金系统)的某些冷却设备,在腐蚀率 控制上并不十分严格控制。材料的腐蚀裕量较大,故在条文中选选用了“宜”,没有严格控制。对铜、不锈钢的设备,在条文中规定为“宜小于 0.005 mm/a ”,主要是这些材质本身已具有一定的耐高缓性能能(如果牌号选择适当),从实际运行效果栓验,在采取有效的阻垢、缓蚀处理的情况下,可以做到低于 0.005 mm/a 。国内一些电厂的监测数据一般均在此范围内。在条文中选用了“宜”, 这是因为此项标准较严,为了给设计留有一定的灵活性,并考虑到需结全我国的国情而定,因而没有严格控制。
条文中没有给出参考性的“点蚀深度”标准。形成点蚀的因素是多方面的,如换热器金属材料本身、结构设计上的合理性、工况条件(温度、流速)等,都有很大关系。尤其是不犭钢、铜合金材质本身的因素及其应力状况等,更起着重要作用。另外,目前国内还缺乏“控制”点蚀方面的具体经验(进行预测也还需要做大量工作),因此条文还只限于提供均匀腐蚀率(条文中简称为腐蚀率)的标准值。有关点蚀的测定方法,如何预测及控制点蚀的发生,尚需积累更多的经验,有待今后修订中加以补充。 3.1.7 由于换热器的结构型式、工况条件对污垢热阻、腐蚀率要求的严格程度,循环冷却水处理方工,投加阻垢剂、缓蚀剂处理的配方,循环冷却水系统中各种金属材质及其组合等因素,随不同行汪的生产特点不同而有较大差异,因此难以制订出一个完全统一的水质标准。尤其对循环冷却水系统中金属主材不同时,某些水质标准的允许高限之差异更为明显。目前从国内条件出发,在设计中具体拟订水质标准时宜采取较为明灵活的方法,即结合生产特点和选取用处理方法的要求,吸收生产运行中成熟的经验数据,而且要通过科学试验加以确定。目前考虑到在设计时常缺少必要的数据,因此提供一个可供使用的允许值,如表 3.1.7 所列。
( 1 )悬浮物:循环冷却水中悬浮物含量对换热设备的污垢热阻和腐蚀速度率影响很大,所以要求越低越好。工厂运行的实践证明循环冷却水系统设有旁滤池时,补充水悬浮物能控制在 5mg/L 以内,因此板式、螺旋板式和翅片管式换热设备,悬物规定不宜大于 10mg/L ,其它一般不应大于 20mg/L 是恰当的,而且也是可以做到的。 对于电厂凝汽器,因传热管内水的流速一般均大于 1.5m/s, 另外凝汽器均设有胶球清洗设施 , 因此电厂凝汽器对悬浮物含量的指标可适当放宽。
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