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全面型循環冷卻水水質自動控制解決方案

时间:2020-04-07     作者:上海水王設備事業部【原创】

全面型循環冷卻水水質自動控制解決方案

方案背景

隨著工業的發展和生活的需要,水的用量急劇增加。因此,節約水資源如同節約能源,保護環境一樣,成了當務之急。節約用水最大的潛力是節約工業冷卻水,采用循環冷卻水是節約水資源的一條重要途徑,但循環冷卻水結垢、腐蝕比較嚴重,容易滋生菌藻,以致影響設備的傳熱效率,威脅設備的使用壽命,因此對循環冷卻水進行水質穩定處理是必不可少的。

本設計方案就是:通過一系列的過程控制,在達到要求的濃縮倍數(K=4.0)的情況下,滿足循環冷卻水系統的過程要求。其循環冷卻水工程主要有以下過程控制要求:

1、投加一定量的阻垢劑,減少循環冷卻水對冷卻介質的熱交換器的腐蝕,并控制其腐蝕速率達到國家標準

2、通過對系統自動補充潔凈的水源以平衡由于:蒸發、風吹、排污等水量的損失,以維持循環冷卻水的水量平衡,進而維持循環水的電導率等相對恒定

3、通過在線控制,自動投加定量的殺菌劑,以防止微生物的滋生,減少生物污泥量和減少對系統管路、換熱器等的腐蝕

4、通過旁路凈化系統,使循環冷水的懸浮物(SS)濃度處于相對低值,以減少系統的結垢趨勢

通過上述過程的控制,可實現以下目的:

(1)達到循環冷卻水要求的濃縮倍數,從而節約大量的水源,并且可降低生產成本;

(2)循環冷卻水對管路和換熱器的腐蝕速度達到要求的相對低值;

工藝的確定

在循環水冷卻水系統運行過程中,尤其是冷卻水中會存在大量的懸浮物質。其中由于空氣中灰塵雜物的進入,日常加藥處理后會造成部分水垢、銹垢、微生物粘泥的脫落、分散,會造成水質的混濁。由于各種雜質在水中溶解度很小,很容易用過濾的方式去除,因此在系統管路上可安裝旁濾系統,以防止系統中末端管路污泥堵塞,并配合加藥處理有效地去除系統內的雜質,可收到良好效果。

本工程中的旁濾系統采用:混凝反應+重力式無閥過濾設備

循環冷卻水智能化測控系統.jpg


系統工藝流程說明

在系統運行期間,匯集在冷水池的冷卻水首先經由循環水泵輸送到各個介質熱交換器。在熱交換器中,冷卻水在通過設備水冷器與工藝介質交換,熱的工藝介質在熱交換中溫度降低,而冷卻水被加熱、溫度升髙;另外,由于水體在系統中不斷循環使用,水溫升高、水的蒸發,各種離子和有機物質的濃縮,冷卻塔和冷水池在室外受陽光照射、風吹雨淋、灰塵雜物的飄落,以及設備和材料等多種因素的綜合作用,會在冷卻水系統中產生嚴重的水垢附著、設備腐蝕和菌藻微生物的大量滋生,以及由此而形成的粘泥污垢堵塞管道的危害和換熱器腐蝕。

為了減輕上述的危害乃至不發生危害,本工藝的設計將采用在冷卻塔出口管道(回水管路)上設置:

1、阻垢劑投藥裝置進行自動定量投加,阻垢劑投藥量由磷酸鹽在線分析儀進行控制和自動投加阻垢劑的量

2、殺菌劑投藥量由余氯在線檢測儀控制和自動投加:并維持循環水中的余氯濃度為0.50~1.00mg/L;

3、采用硫酸自動投藥裝置用以調整回水中的PH值;

4、通過在線電導率儀的自動控制系統的排污水量和補水量,以實現循環冷卻水的濃縮倍數為不低于4.0倍;

5、設計旁路凈化系統,以維持循環冷卻水的SS不高于20.0mg/L

通過上述過程的有效控制,讓回水中的離子濃度、菌藻等指標在進入冷水池之前得到初步的控制。同時,通過投加硫酸來進行控制回水中的PH值,即可以保證各種藥品能發揮更好的處理效果,又能減輕回水在回流到冷水池這一過程中對管道的腐蝕性。

在通過投加化學藥品后,溫度可以通過冷卻塔設備降低,而濁度還不能達到換熱設備系統運行要求時,可以通過旁濾系統進行有效去除,設置旁濾系統主要的目的是為了穩定循環冷卻水水質:

旁濾系統是由混凝劑投加裝置、管道混合器、無閥過濾器組成。由于水體在系統中不斷循環、蒸發、濃縮,水中的雜質、懸浮物等濃度也隨著循環的次數變化而升高,在無閥過濾器過濾前通過投加混凝劑,主要是提高過濾效果。

重力式無過濾過濾器是采用水力全自動控制運行,能自動運行及自動反洗,無需設置

反洗泵,具有出水水質穩定、控制簡單、無需專人管理等優點。重力式無間過濾器內部填裝精細石英砂濾料,水體由中部中心管進入,經過填料濾層后流入集水區,過器內部填裝精細石英砂濾料,水體由中部中心管進入,經過填料濾層后流入集水區,過濾后的出水在重力的作用下經由內部連通管流入上部集水區,由上部集水區出口自流到冷水池與冷卻塔出水混合,通過旁濾處理和冷卻塔處理,出水即可達到介質熱交換器的進水要求。

為了保證長期系統各參數的準確性,系統設置一套旁路掛片,通過旁路掛片的結垢程度來對系統各功能參數進行相應的調整。

系統主要設備單元介紹

1、在線磷酸鹽分析儀(阻垢劑)控制加藥裝置

水中的鹽分(如碳酸鈣等)在達到其飽和溶解度后,會由水中結晶析出,從而在管路上表面形成一層污垢,導致水體輸送能力降低,嚴重時還會堵塞管路。在回水中投加阻垢分散劑,提高水中鹽類的溶解度,降低結垢傾向,通過加入阻垢緩蝕劑,避免金屬生銹,并防止鈣鎂離子結晶沉淀

選用聚磷酸鹽系列的阻垢劑,通過控制阻垢劑的投加量與旁路掛片的腐蝕速度對比并經一段時間的調試,以求得最佳的阻垢劑的投加量范圍,從而實現在經自動控制與投加裝置基本配置:加藥泵、藥箱、攪拌設備、磷酸鹽在線監測儀等

2、 次氯酸鈉自動投加裝置

為防止冷卻水中的細菌污染造成堵塞管路、影響系統運行效率,在冷卻水中投加適量的次氯酸鈉,殺滅水中的微生物,減少系統內的微生物量,同時也可氧化水中的二價鐵,使其在無閥過濾器中更易于去除,降低水中鐵含量

裝置基本配置:加藥裝置由計量泵、藥液桶、攪拌器、余氯檢測儀組成。

3、硫酸自動投加裝置

用以調整冷卻水中PH值,通過加入硫酸,降低水的碳酸鹽硬度,使碳酸鹽硬度轉化為溶解度較大的非碳酸鹽硬度,并使循環水的碳酸鹽硬度低于極限碳酸鹽硬度,達到防止結垢的目的。

裝置基本配置:加藥裝置由計量泵、藥液桶、攪拌器、PH控制儀組成。

4、管道混合器

管道混合器采用螺旋葉片式,通過葉片的劇烈擾流作用,使投加到水中的藥物能與水迅速充分地混合,用于旁濾系統中絮凝劑的混合。

5、絮凝劑加藥裝置

絮凝劑加藥裝置的作用是為系統投加適量的絮凝劑,將存在在冷卻水中的懸浮物、有機物、膠體等絮凝成大顆粒的礬花,以便在無閥過濾器中有效去除大部分有機懸浮物及泥渣。

一般水中的雜質往往帶有一定量的同性電荷,它們相互排斥,難以自動聚集成為大顆粒,高分子絮凝劑溶液于水后,因產生水解和縮聚反應而形成高聚合物。這種高聚合物的結構是線型結構,線的一端拉著一個膠體顆粒,另一端拉著另一個膠體顆粒,在相距較遠的兩個微粒之間起著粘結架橋作用,使得微粒漸漸變大,變成大的絮凝體(俗稱礬花)。本系統投加絮凝劑為PAC(聚合氯化鋁),其是長鏈的高分子聚合物,在水中可形成帶電荷的Ax(OH)y3xy長鏈多功能基團,它具有壓縮膠體雙電層的作用,同時對異性電荷也可以起到中和作用,而且每個基團都可以吸附水中分散的懸浮物、有機物、膠體等小顆粒雜質,從而使絮凝體快速成為大顆粒礬花。為了使基團表面吸附效果更好應適當地進行攪動混合,因此PAC投加點在進水母管上并加裝管道混合器。

加藥裝置基本配置:計量泵、藥液桶、攪拌器等。

6、重力式無閥過濾器

本裝置設計為水力自動反沖,其工作運行原理如下:

過濾時的流程是:待處理的冷卻水在加入混凝劑后,經配水槽、U型管進入虹吸上升管,再由頂蓋內的布水檔板均勻地布水于濾料層中,水自上而下通過濾料層過濾,過濾水從小阻力配水系統進入上、下集水區,即出水箱儲存,當水位上升至出水管時,過濾水就流入冷水池。

濾池剛投入運行時,濾料層較清潔,但當運行到一定的時間之后由于濾料層中固體顆粒雜質的逐漸增多,因此水頭損失也隨之增加,水位就沿著虹吸上升管慢慢升高,當水頭損失增大到一定程度之后,使虹吸上升管中的水位升高到虹吸輔助管口時,水便從輔助管口急速流下,依靠水流的挾氣和引射作用及抽氣管不斷帶走虹吸管中的空氣,使虹吸管形成真空,虹吸上升管中的水便大量地越過管頂,沿虹吸下降管落下,這時,就開始了反沖洗過程。沖洗水箱的水經過連通管、集水區和配水系統從下而上沖洗濾料層,沖洗的廢水通過虹吸管流入排水井排出。在沖洗過程中,水箱的水位逐漸下降,約沖洗5min左右,水箱水位下降到虹吸破壞器時,虹吸即被破壞,沖洗過程就此結束,過濾又重新開始。

設置本裝置,省去了傳統的機械反沖水泵,同時不需要抽取清水池的清水作反沖用水,使整個系統因減少反沖洗泵及相關的管道、閥門、管件而變得更為簡單,大大地減輕操作管理強度及設備投資。由于反沖是視濾層的堵塞程度而自動進行,減少了人為操作的失誤,整套裝置甚至可以在無人操作的狀態下運行。

系統主要控制功能單元/儀表介紹

1.在線總磷檢測儀

釆用先進的模糊控制方式實時調整緩蝕、阻垢劑投加量,確保循環水中總磷含量始終維持在規定范圍內。

2.電導率監控儀

在介質熱交換設備出水管上設置電導率分析儀,用以在線監測冷卻水電導率和控制排污,穩定冷卻水中的濃縮倍數。

3.余氯在線監控儀

系統設置一套余氯在線檢測儀,實時對冷卻水中的氯含量進行監控,當水中余氯發生變化時,系統自動調整加氯設備的加藥量,保證水中氯含量在0.5~1mg/L。

4.水質PH監控儀

介質熱交換設備出口處設有PH控制器,監測工藝系統出水的PH值變化,以確定是否加酸或加堿進行中和,當PH發生變化時,系統自動調整計量泵的加藥量。

5.混凝劑系統監控單元

旁濾系統中混凝劑加藥系統的控制,由于旁濾進水水量變化不大,因此,投藥量采用手動定量控制,計量泵與旁濾系統聯動;可選濁度/SS在線監測儀。

6.其它水質項目的監測采用定期化驗室測定。


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