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1、改善循环水系统处理方式 提高设备运行安全性天津石化公司热电部 董文忠 夏彬摘 要：文章介绍了循环冷却水系统原有的问题，通过系统改造后，大量的试验和大修检查表明，新的循环冷却水处理方式具有良好的应用效果。关键词：循环冷却水 铜管 加药处理 动态模拟1 前言天津石化公司热电部总装机容量200MW，共有6台汽轮机组、6台燃煤锅炉。电厂循环水系统共分为一期和二期两部分，一期设计循环量5200m3/h，二期设计循环量7514m3/h，系统水量1200m3/h，共有三座双曲线型自然通风冷却塔，原循环水系统采用软化水作为循环冷却水的补充水，通过排污阀重力排水，系统未设采用药剂水质稳定处理技术，运行浓缩倍数控
2、制在5.0左右。由于近些年冷却塔周边环境变化，汽机凝结器管材表面附着沉积物、腐蚀严重, 致使机组真空无法保证；热力设备的汽、水品质受到影响。尽管选择更换耐腐蚀性能较好的铜管，新管材在运行很短时间后，又出现结垢、腐蚀现象，一直以来未能从根本彻底解决腐蚀、泄漏问题。针对存在的问题，在2005年我厂对循环水系统进行了综合治理，我们分别选用了GE公司的AT水处理方案和盘式过滤器旁滤设备，经过近一年的运行验证，调整后的运行方案表现出了良好的效果，不仅腐蚀速率、沉积速率全面达标，铜管内未有水垢沉积，运行浓缩倍数也达到了6.0以上。2 存在问题2.1 腐蚀严重，系统泄露4台凝汽式机组运行期间时有凝结水水质超
3、标情况，必须依靠填充锯末堵漏才能保证机组正常运行。检修时抽管剖开检查四台凝汽器铜管均有不同程度的局部腐蚀，存在明显的点蚀穿孔现象。2.2系统浊度高热电部原循环水系统存在的另一方面问题是系统悬浮物多、浊度高，冷却塔在冷却循环水过程中存在的“洗涤”空气效应，将空气中的污染物大部分截流在循环水系统中，这个问题在风砂较大的春秋等季节更为明显，而热电部循环水系统的周边环境较差，粉煤灰进入循环水系统为主要问题，系统浊度长期在30FNU以上（最高超过100FAU），由于该循环水系统未设旁滤主动处理设备，进入系统的悬浮物无法有效地从系统中去除，造成在实际生产中无法控制系统悬浮物，只能在生产条件允许的情况下进行
4、清池或加大排污量降低系统中的悬浮物含量。3 原因分析3.1水质腐蚀性强热电部循环水系统设计采用软化水作为补充水，软化水的水质指标见表1。项目数据电导率/(S.cm-1)总硬度(以CaCO3计)/(mg.L-1)总碱度(以CaCO3计)/(mg.L-1)SiO2/(mg.L-1)SO42-/(mg.L-1)Cl-/(mg.L-1)浊度/(mg.L-1)6002225154851循环水系统采用了全部软化水作补水的运行方式，这种方式优点在于软化水已将钙、镁离子去除，可以有效避免在凝结器铜管结碳酸钙、碳酸镁垢等水垢，确保凝结器的换热效率，但此方案也同时存在腐蚀倾向突出问题，软化水将结垢倾向离子全部去除
5、后，其腐蚀问题必然突出。热电部循环水系统在线腐蚀速率均在0.15mm/a以上。热电部软化水和循环水的郎格利尔饱和指数（Isat）及雷兹纳稳定指数(Istab)见表2：项 目PH钙硬度（mg/l）总碱度（mg/l）总溶解固体（mg/l）Isat（郎格利尔饱和指数）/ Istab（雷兹纳稳定指数）软化水7.98未测出223.5733Isat=-1.01（腐蚀型）循环水9.24.3901.62457Istab=8.53（严重腐蚀）从表2雷兹纳稳定指数判断循环水具有严重的腐蚀倾向。由于补充水为软化水，无结垢倾向，相反表现其腐蚀倾向，循环水含盐低，水的缓冲容量小，可以考虑加入少量的水质稳定剂来提高冷却水
6、的缓冲容量，减少有害盐类对设备的影响。3.2 高浊度加剧管材的腐蚀速度与程度粉煤灰长时间沉积在循环水系统中，一方面会影响循环水水质，使采用全软化水补水的循环水系统也面临结垢控制问题，尤其补水的碱度、SiO2较高，高浓缩倍数下运行条件下的阻垢控制不容忽视。另一方面，粉煤灰属细小的沉积物，一旦在流速不高的铜管内壁沉积下来，即使胶球清洗投用正常，其清洗效果也很难保证。循环水系统未设杀菌设施，循环水系统中滋生的细菌会与粉煤灰形成综合沉积物，沉积在铜管、塔池填料等处，当金属表面有不致密的沉积物（粉煤灰、空气中带入风沙、细菌粘泥或控制不稳定产生的水垢）时，就易在沉积物下形成屏蔽缝隙，达到缝隙腐蚀要求的条件
7、，即液体能够流入缝隙而缝隙又窄到能够保持缝隙内的液体呈静滞状态（0.1-0.2mm缝隙最易发生此问题），在局部缝隙中，低电位的金属失去电子生成金属离子M2+，而氧则由于缝隙中溶液对流不畅而贫化，因此氧的还原反应主要在缝隙外氧容易到达的沉积物边缘阴极区进行，形成氧浓差电池；此时水中的阴离子（软化水不去除）如氯离子、硫酸根离子就会迁移到缝隙中去，与阳极金属氧化释放出的过剩正电荷保持电中性，结果缝隙内金属氯化物的浓度增加，金属氯化物水解，生成不溶性的金属氢氧化物沉淀和可溶性的盐酸，MCL2+2H2OM(OH)2+2H+2CL-，盐酸是强电解质，会加速局部区域金属的快速腐蚀。由于循环水系统不像锅炉水系
8、统或密闭系统，无法除氧或控制氧的溶入，在有沉积物存在的情况下，就易产生沉积物下腐蚀，因此沉积物下腐蚀是造成铜管短期腐蚀泄漏的主要因素。由于循环水系统存在的以上问题，造成热电部6#机运行4年即全部更换铜管，5#机运行5年即全部更换为不锈钢管。2机曾因凝汽器真空度下降而进行过机械清洗时，清洗出很多污垢，铜管表面结垢情况严重，机组真空较低，2004年统计凝结水品质合格率只有89.7%。四、实施方案4.1循环水系统增加旁滤设备，降低系统浊度4.1.1我们选用了以色列ARKAL公司盘式过滤器，过滤量800吨/小时，过滤精度为55微米，主要用于过滤系统中易沉积的悬浮物。投入运行后采用激光衍射粒径分布分析，
9、过滤前90%以上的颗粒的粒径在80微米以下，而过滤后90%以上的颗粒的粒径则在40微米以下；在循环水塔池表面所取水样中平均粒径27.36微米，也就是说，对于此粒径的悬浮物由于粒径较小，其沉淀性能较差，在水中不易沉积，配合高效的HPS-1高效分散剂，系统残余的小悬浮物对于铜管的危害已不大. 实际运行证明过滤质量有保证。4.1.2 采用PLC调节性全自动控制，可根据压力和时间设定反洗条件，操作简便，克服了。无阀过滤器存在的沙子板结、无法实现自动反洗或反洗不停、跑沙漏沙等问题。4.1.3全自动运行，节水，反洗耗水量平均为过滤水量的1%，大大低于常规的沙滤或其他类型的过滤器，对电厂循环水进一步提高系统
10、浓缩倍数及降低系统的药剂费用意义重大。4.1.4占地面积小，此套的盘式过滤器占地面积仅为50平方米，维护简单，安装周期短，不需增加运行人员的日常维护工作量。4.2 AT碱性水处理方案：4.2.1它是一种集腐蚀、污垢和微生物控制于一体的综合水处理技术，配以稳定连续的自动加药系统，使循环水系统实现了稳定安全运行。4.2.2改变热电部循环水系统的运行方式，在软化水的基础上补加部分未软化的生水（宝坻水），降低水质的腐蚀倾向，其补加比例根据分散药剂的性能及是否进行加酸调碱度等具体运行方案确定。4.2.3投加水质稳定药剂，进行水质稳定控制。采用专利的耐卤素氧化的唑类HRA作为铜缓蚀剂，避免传统的TTA、B
11、TA在氧化性杀菌剂投加时的分解问题，对凝汽器铜管达到更好的防腐蚀效果。使用低剂量的正磷酸盐和锌盐作为缓蚀剂，高效专利分散剂“HPS-1”,它的主要成分是磺酸盐多元共聚物，分散各种悬浮固体、铁锈等，防止磷酸钙、磷酸锌等物质的结垢；即使在循环水中悬浮物含量较高的情况下，也表现出了优良的分散效果。5 效果评价5.1 腐蚀速率、沉积速率均达到集团公司标准要求5.1.1在公司每月对各循环水系统进行的统一在线腐蚀速率检测中，热电循环水系统在线碳钢腐蚀速率由原来的0.15mm/Y以上，降至0.02mm/Y以下，下降幅度明显。5.1.2日常运行质量检测采用了中石化的统一检测标准，监测换热器HSN70-A铜管腐
12、蚀速率0.0021mm/Y，沉积速率2.27 mcm ；HSN70-AB铜管腐蚀速率0.0029mm/Y，沉积速率3.16 mcm；且无局部腐蚀；监测换热管检测换热器挂片腐蚀速率检测情况为：碳钢（234）：0.033 mm/Y，HSN70-1A：0.00053 mm/Y，HSN70-1AB：0.00087 mm/Y，均达到集团公司标准要求。5.2 凝汽器泄露情况明显改善项目 Na+50ug/L（次数）2004年4月-9月2005年4月-9月#1机862#2机1430#5机1275#6机1113合计46810热电部循环水治理之前，由于管材腐蚀致使凝汽器泄露严重，凝结水水质超标，直接影响锅炉给水水
13、质。现将2004年49月份（未加药）与2005年49月份（加药后）同期水质加以比较，加药前后凝结水按Na+50ug/L次数统计，内容见表3。 从表3显示：循环水治理后凝汽器泄露问题明显改善。据统计2005年5月2006年5月份凝结水品质合格率达99.2%。5.3确保机组效率，促进了经济技术指标提高。循环水系统综合治理后，凝汽器的真空度明显提高，2004年612月份汽机真空度平均为94.38%，2005年同期汽机真空度平均为95.21%，比较真空度平均提高0.83%。5.4 大修抽管检查效果令人满意循环水系统浊度大幅下降，2005年下半年平均浊度不足10FNU，剖管检查洁净度明显提升，再未发现沉
14、积物下腐蚀现象。2006年3月5#机更换半年多的不锈钢管抽管刨管检查，不锈钢管纵剖内壁洁净，无腐蚀。2006年4月，6#机大修抽管检查，6#机为老铜管，较上次大修改观明显，无新垢、腐蚀坑。6 进一步挖掘节水潜力 在成功使用循环水综合治理方案基础上，车间进一步挖掘节水潜力，考虑将工业废水回收到循环水系统。委托天津化工设计院针对使用工业废水模拟两种工况进行动态试验，对正在循环水系统上使用的水稳剂的缓蚀阻垢性能进行评价。动态模拟试验结果如下：6.1腐蚀率（mm/y） 表4试片腐蚀率系统试片腐蚀率材质试片号腐蚀率(mm/y)1系统（100生产废水）碳钢14110.0257不锈钢56010紫铜631302系统（50生产废水+30氢钠水+20软化水）碳钢14120.0343不锈钢56020紫铜631406.2污垢沉积率（mcm）和年污垢热阻Si*(m2/w) 表5 沉积率和年污垢热阻系统试验管污垢沉积率（mcm）试验管年污垢热阻Sj*(m2/w)1系统0.00760.50110-42系统0.00730.42110-4通过动态模拟试验，两种工况水质对紫铜和不锈钢材质的腐蚀控制都较好，两种工况对目前使用中的缓蚀阻垢剂均可保障生产系统安全运行。我部已经完成这部分废水的回收利用。
