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1、f泓年全国烧碱行业技术年套论文集 水套式石墨合成 炉冷却水的化学处理 戴昆仑(青岛海晶化工集团有限公司，山东青岛266 042)摘要：水套式石墨合成炉是HCl生产的重要装置，在实际生产过程中因冷却水的水质处理不 当，导致炉体结垢，表面温度过热，树脂分解炉体发生爆裂破坏，是威胁安全生产、影响石墨合成 炉使用寿命的重要因素。通过应用实例，介绍了石墨合成炉的结垢机理，预防措施及应用效果。关键词：合成炉；冷却水；结垢；化学处理Chemical disposal of cooling water in waterjacket graphite synthetic furnaceDAI Kun-lun(Q
2、ingdao Hygain ChemicaI Group Co，Ltd Qingdao 266042，China) Abstract：Waterjacket graphite synthetic furnace i S the important equipment inproduction of HCLWater qualny of the cooiing water waS dealt with inapproprlately whi ch lead to the furnace fouled，surface temperature was too high and colophony d
3、ecomposed， further more the furnace would break downIt WaS the mainly influence to usiug longevity of graphite synthetic furnaceand it al so threatened the security of productionUsing application examples thi S paper recommended the mechani sm of fouling in graphite synthetic furnace，measures to pre
4、vent foul ing and effects of appl icat ionsIcy words：graphite synthetic furnace，cooling water，fouling，bioflocculation，concert ration multiple，StabiIization index，cortesion and seale inhibitot一一月J吾海晶化工集团有限公司液氯盐酸厂原有钢制HCI合成炉装置，设备工艺落后，尾气排放 不符合环保要求，产品质量不能满足集团公司离子膜法烧碱装置生产要求。2000年公司投资 新建水套式HCI石墨合成炉装置。后经不断扩
5、产改造，目前设备生产能力已达42万ta。配 套冷却水系统采用2台机械通风冷却塔，循环水量1 000 m3h，系统水容积300 m3。1存在的问题 投产初期，合成炉用冷却水采用不排污、自然浓缩循环方式运行。运行十个月后，有1台石墨炉炉体在高温段发生爆裂，直接损失近十万元。经解体检查发现在爆裂合成炉体表面 附着一层质地坚硬、厚度38 mm不等的白色硬垢。由此判断石墨炉体爆裂是因结垢严重， 导致石墨表面温度过热，树脂分解机械强度破坏而致。为此，确定对结垢的合成炉进行化学 清洗，对合成炉冷却水进行化学水质稳定处理。159黝笏年全国烧碱行业技术年套论文集2冷却水的水质稳定处理21，掘质分析与簿期稳定处理
6、 该公司各生产厂的补充水均为城市自来水，属中离硬度、中碱度水，当系统的浓缩倍数为1。0时属腐蚀型水，当浓缩倍数为20以上时又趋于结垢型水。其水质指标及雷兹纳稳定指数见表1，表2。表1补充水水质指标表2水质类型判断37RI指数6结垢RI指数一6稳定6ORI指数75 一腐蚀依裾水质分析并参考集团公司热电厂冷却水运毒亍管理经验，选择DC一$213缓蚀阻垢剂进 行东矮稳定处理，冷却水控制指标见表3。表3冷却水分祈控制指标白2001年4月采用DC-$213缓蚀阻垢剂进行处理，7月中旬又有一台合成炉因结垢发生 爆裂，打开石墨炉检查，发现在石墨炉水侧表面高温段(约占炉体总面积13)，重新生成一 层24 mi
7、ll厚水垢，且水垢表面附着 层糕泥。22，合成妒结垢原因分析 住热电厂应用较好的水质处理方法，在合成炉冷却水系统却不见效。为了查找原因，我f|】对合成妒的结构、材顼，合成炉豹冷却形式，冷却水的系统容量，循环水量，冷却水的水 质，缓蚀阻垢剂的性能等因素进行排镬，找出多项影响冷却水处理效果、导致合成炉结垢的1602泓年奎国烧碱行业技术年奈论文集主要因素。221加工缺陷导致微生物黏泥的沉积 结垢是指冷却水中所含成垢组分在热交换器表面形成固体产物的过程。通常情况下石墨合成炉是由普通透性石墨制残，在制造过程中都要在炉体外壁浸渍涂刷一层酚醛树骺，表露 光滑不利于成垢物质的黏辫。但由于石墨加工缺陷，树月旨浸
8、渍涂届的不均匀性，炉体表面会 存在许多凸磐或粗糙处，这些部位就成为水中微生物、胶体沉积的附着点。由于微生物、胶 体具有生物絮凝作用，能将水中漂浮的粉尘杂质和无机、有机沉积物黏附在一起，导致了沉 积物在合成炉表面的堆积，形成软垢。222冷却水pH升高导致成垢盐结晶析出。冷却水在循环过程中，水中溶解的碳酸氢盐流经温度较高的合成炉表面时，受热发生分解： Ca(Hc03)2bCaC03 I+H20+C02 f同时冷却水在循环过程中，由于冷却塔的“曝气”作用，溶解在水中的cO。不断逸山，使 冷却水的pH值逐渐升高。此时，碳酸氢盐在碱性条件下会发生如下反应： Ca(Hc2+20H_CaCO。l+2H20+
9、CO。2随着冷却水pH傻的丹高，冷却水中碳酸盐碱度也在舞高，健钙镁离子盼溶解度相应降低， 加速了成垢盐的结晶析出。223冷却水流速过低加剧了成垢物质的沉积 据文献记载，冷却水中的水垢附着速度随流速的增大而大幅度减小，流速在06 ms时，水垢附着速度约为流速02 ms时的15左右，这是因为流速提高水流的剪切力增大，使得成 垢物质不易在受热面上附潜。拔工业循环冷却水处理设计规范要求，壳程换燕器的冷却承 流速应不低于03 ms。石墨合成炉冷却水套为敞开式结构，冷却水由合成炉底部逆流上水， 经合成炉出口石墨冷却管水稽溢流回水，凌于初始设计冷却水进水管为对嘲弼珞进本，致使冷 却水流向紊乱，冷却水流经石墨
10、炉水侧表蕊时，截面流速低于01 ms。过低的流速致使商温 段炉体与水接触界面上温度升高，而冷却水系统中的碳酸钙、硫酸钙类成垢盐的溶解度随着水 温的升高而降低，加速了成垢盐的析出；同时过低的流速降低了水流剪切力，致使水中析出的 结晶盐微粒不易被水流带走，与积聚在石墨层表面的软垢物质互相黏附，加剧了水垢生成速率。224浓缩倍数过高使成垢盐的浓度超出了药剂的作用范围 查核2001年56月水质分析记录(觅表4)，由于石墨合成炉冷却水系统VR比值较小，缺少旁路过滤嚣，排污水量小的影响，冷却水运行中的pH、总碱度、Cfl、浓缩倍率，诸项 指标均超出了DC一$213缓蚀阻垢剂的适应指标范围。黝口牟奎国烧碱行
11、业技术年套论文集表4冷却水水质225没有及对进行杀菌灭藻处理导致微生物黏泥在合成炉表面附着，降低了缓蚀阻垢荆的药效。23防止水垢生成的方法与措施(1)选择合适的缓蚀阻垢剂。针对DC-$213缓蚀阻垢剂不适应合成炉冷却水质的问题， 重新选择了以磷羧酸、羧磺酸、瞵磺酸为主要成分的DC-216型缓蚀阻垢剂为水处理剂，经用 碳酸钙沉积法实验，该药剂分散阻垢性能优于DC一$213型缓蚀阻垢剂。(2)加酸调整冷却水的pH值。针对石墨合成炉冷却水高钙、高碱度、高浓缩倍率、低 流速的特点，在加缓蚀障垢剂的同时向冷却水系统加浓硫酸调节永的蹦值，使冷却水的实际 pl值，保持在缓蚀阻琚剂有效的稳定指数(RI指数55
12、65)范围内。具体pH缓范隧与水 质控制指标见表5。表5冷却水控制指标(3)将两路互成对顶方囱的冷却水进水管，改为淤切线方向进本，增大水流螺旋上井流 速。同时要求操作人员根据合成炉进出冷却水温差变化，及时调熬进水阀门供水流量，保持 低温差大流量，以降低污垢沉积速率。(4)根据季节变化，定期采用氧化性与非氧化性杀菌灭藻剂对冷却水系统进行杀菌灭藻 处理，控制粘泥生成。(5)在合成炉水套高温段增设监视孔，以便根据生产周期，对合成炉结垢情况进行停炉 检查。(6)在合成炉底部增设冲洗排污管，进行定期排污，防止污垢沉积。 (7)根据合成炉运行周期及污垢附着情况及时安排化学清洗。3冷却水处理的长期运行效果
13、自2001年7月全2001年11月，连续运行4个月，停炉检查，打开合成炉监视孔发现，粘泥明显减少，高温段水测石墨炉表面色泽清晰，没有结垢现象。2002年将氯化氢合成炉冷 却水系统与热电厂新建冷却水系统进行合并。根据电厂汽轮机冷凝器与氯化氢石墨合成炉运黝i年全国烧碱行业技术年套论文集行工况要求，继续采用上述水质处理方法进行管理。合并前后冷却水水质数据见表6表6新旧系统冷却水水质对比运行至今，石墨合成炉炉体保持着良好的运行状态。合成炉的平均清洗周期由半年一次 延长到两年一次，更重要的是随着海晶化工集团公司各项产品生产规模的整体提高，Hcl装 置生产能力在达到历史最高水平的同时，8台石墨合成炉再没有
14、发生结垢爆裂事故，为安全 生产创效黹打下良好荩础，4冷却水管理需注意的问题41必须严格实施杀菌灭藻处理，防止茵藻粘泥形成危害 因为菌藻粘泥往往与结垢晶体伴生存在，只有严格控制住菌藻与粘泥的生成，才能使炉体表面保持清洁，更好地发挥缓蚀阻垢剂的效用。我们在对合成炉冷却水实施化学处理后，曾发 现在生产高峰期夏秋高温季节，合成炉不结垢，但在冬季气温降低时反而结垢的现象。分析原 因就是：夏秋高温季节杀菌灭藻剂的加入浓度高、间隔周期短，微生物粘泥生长受到抑制，成 垢微粒缺少黏附条件；冬季气温低，加杀菌剂间隔周期延长，水中杀菌剂浓度降低，致使微生 物粘泥失去控制，在温度适宜的合成炉表面迅速繁衍附着，加速了成
15、垢物质的沉积速率。42必须严格控制加酸量。 防止加酸过多造成金属设备的腐蚀，或加酸不足引起PH值升高，导致成垢盐溶解度降低，加速成垢盐在合成炉表面沉淀析出。43必须根据水质合理调控浓缩倍率。 浓缩倍率过低不利于节水，增加冷却水的运行成本；浓缩倍率过高会使水中的硬度、碱度和浊度升得太高，从而使结垢控制的难度增大。同时过高的浓缩倍数还会使冷却水中的腐 蚀性离子(C1和SO。2)的含量增加，从而增加腐蚀控制的难度。5小结 总结海晶化工集团公司石墨HCl合成炉冷却水的化学处理过程，可看出做好合成炉冷却水处理工作，不仅可以节省水资源，而且可以减少因永质不良对设备造成的危害，及其随之 产生的生产、安全、管理、效益等方面的问题，因此，切实加强与重视冷却水处理工作有着 重要意义。收稿臼期：2006一0429
