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全面型循环冷却水水质自动控制解决方案

时间:2020-04-07     作者:上海水王设备事业部【原创】

全面型循环冷却水水质自动控制解决方案

方案背景

随着工业的发展和生活的需要,水的用量急剧增加。因此,节约水资源如同节约能源,;せ肪骋谎,成了当务之急。节约用水最大的潜力是节约工业冷却水,采用循环冷却水是节约水资源的一条重要途径,但循环冷却水结垢、腐蚀比较严重,容易滋生菌藻,以致影响设备的传热效率,威胁设备的使用寿命,因此对循环冷却水进行水质稳定处理是必不可少的。

本设计方案就是:通过一系列的过程控制,在达到要求的浓缩倍数(K=4.0)的情况下,满足循环冷却水系统的过程要求。其循环冷却水工程主要有以下过程控制要求:

1、投加一定量的阻垢剂,减少循环冷却水对冷却介质的热交换器的腐蚀,并控制其腐蚀速率达到国家标准

2、通过对系统自动补充洁净的水源以平衡由于:蒸发、风吹、排污等水量的损失,以维持循环冷却水的水量平衡,进而维持循环水的电导率等相对恒定

3、通过在线控制,自动投加定量的杀菌剂,以防止微生物的滋生,减少生物污泥量和减少对系统管路、换热器等的腐蚀

4、通过旁路净化系统,使循环冷水的悬浮物(SS)浓度处于相对低值,以减少系统的结垢趋势

通过上述过程的控制,可实现以下目的:

(1)达到循环冷却水要求的浓缩倍数,从而节约大量的水源,并且可降低生产成本;

(2)循环冷却水对管路和换热器的腐蚀速度达到要求的相对低值;

工艺的确定

在循环水冷却水系统运行过程中,尤其是冷却水中会存在大量的悬浮物质。其中由于空气中灰尘杂物的进入,日常加药处理后会造成部分水垢、锈垢、微生物粘泥的脱落、分散,会造成水质的混浊。由于各种杂质在水中溶解度很小,很容易用过滤的方式去除,因此在系统管路上可安装旁滤系统,以防止系统中末端管路污泥堵塞,并配合加药处理有效地去除系统内的杂质,可收到良好效果。

本工程中的旁滤系统采用:混凝反应+重力式无阀过滤设备

循环冷却水智能化测控系统.jpg


系统工艺流程说明

在系统运行期间,汇集在冷水池的冷却水首先经由循环水泵输送到各个介质热交换器。在热交换器中,冷却水在通过设备水冷器与工艺介质交换,热的工艺介质在热交换中温度降低,而冷却水被加热、温度升髙;另外,由于水体在系统中不断循环使用,水温升高、水的蒸发,各种离子和有机物质的浓缩,冷却塔和冷水池在室外受阳光照射、风吹雨淋、灰尘杂物的飘落,以及设备和材料等多种因素的综合作用,会在冷却水系统中产生严重的水垢附着、设备腐蚀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换热器腐蚀。

为了减轻上述的危害乃至不发生危害,本工艺的设计将采用在冷却塔出口管道(回水管路)上设置:

1、阻垢剂投药装置进行自动定量投加,阻垢剂投药量由磷酸盐在线分析仪进行控制和自动投加阻垢剂的量

2、杀菌剂投药量由余氯在线检测仪控制和自动投加:并维持循环水中的余氯浓度为0.50~1.00mg/L;

3、采用硫酸自动投药装置用以调整回水中的PH值;

4、通过在线电导率仪的自动控制系统的排污水量和补水量,以实现循环冷却水的浓缩倍数为不低于4.0倍;

5、设计旁路净化系统,以维持循环冷却水的SS不高于20.0mg/L

通过上述过程的有效控制,让回水中的离子浓度、菌藻等指标在进入冷水池之前得到初步的控制。同时,通过投加硫酸来进行控制回水中的PH值,即可以保证各种药品能发挥更好的处理效果,又能减轻回水在回流到冷水池这一过程中对管道的腐蚀性。

在通过投加化学药品后,温度可以通过冷却塔设备降低,而浊度还不能达到换热设备系统运行要求时,可以通过旁滤系统进行有效去除,设置旁滤系统主要的目的是为了稳定循环冷却水水质:

旁滤系统是由混凝剂投加装置、管道混合器、无阀过滤器组成。由于水体在系统中不断循环、蒸发、浓缩,水中的杂质、悬浮物等浓度也随着循环的次数变化而升高,在无阀过滤器过滤前通过投加混凝剂,主要是提高过滤效果。

重力式无过滤过滤器是采用水力全自动控制运行,能自动运行及自动反洗,无需设置

反洗泵,具有出水水质稳定、控制简单、无需专人管理等优点。重力式无间过滤器内部填装精细石英砂滤料,水体由中部中心管进入,经过填料滤层后流入集水区,过器内部填装精细石英砂滤料,水体由中部中心管进入,经过填料滤层后流入集水区,过滤后的出水在重力的作用下经由内部连通管流入上部集水区,由上部集水区出口自流到冷水池与冷却塔出水混合,通过旁滤处理和冷却塔处理,出水即可达到介质热交换器的进水要求。

为了保证长期系统各参数的准确性,系统设置一套旁路挂片,通过旁路挂片的结垢程度来对系统各功能参数进行相应的调整。

系统主要设备单元介绍

1、在线磷酸盐分析仪(阻垢剂)控制加药装置

水中的盐分(如碳酸钙等)在达到其饱和溶解度后,会由水中结晶析出,从而在管路上表面形成一层污垢,导致水体输送能力降低,严重时还会堵塞管路。在回水中投加阻垢分散剂,提高水中盐类的溶解度,降低结垢倾向,通过加入阻垢缓蚀剂,避免金属生锈,并防止钙镁离子结晶沉淀

选用聚磷酸盐系列的阻垢剂,通过控制阻垢剂的投加量与旁路挂片的腐蚀速度对比并经一段时间的调试,以求得最佳的阻垢剂的投加量范围,从而实现在经自动控制与投加装置基本配置:加药泵、药箱、搅拌设备、磷酸盐在线监测仪等

2、 次氯酸钠自动投加装置

为防止冷却水中的细菌污染造成堵塞管路、影响系统运行效率,在冷却水中投加适量的次氯酸钠,杀灭水中的微生物,减少系统内的微生物量,同时也可氧化水中的二价铁,使其在无阀过滤器中更易于去除,降低水中铁含量

装置基本配置:加药装置由计量泵、药液桶、搅拌器、余氯检测仪组成。

3、硫酸自动投加装置

用以调整冷却水中PH值,通过加入硫酸,降低水的碳酸盐硬度,使碳酸盐硬度转化为溶解度较大的非碳酸盐硬度,并使循环水的碳酸盐硬度低于极限碳酸盐硬度,达到防止结垢的目的。

装置基本配置:加药装置由计量泵、药液桶、搅拌器、PH控制仪组成。

4、管道混合器

管道混合器采用螺旋叶片式,通过叶片的剧烈扰流作用,使投加到水中的药物能与水迅速充分地混合,用于旁滤系统中絮凝剂的混合。

5、絮凝剂加药装置

絮凝剂加药装置的作用是为系统投加适量的絮凝剂,将存在在冷却水中的悬浮物、有机物、胶体等絮凝成大颗粒的矾花,以便在无阀过滤器中有效去除大部分有机悬浮物及泥渣。

一般水中的杂质往往带有一定量的同性电荷,它们相互排斥,难以自动聚集成为大颗粒,高分子絮凝剂溶液于水后,因产生水解和缩聚反应而形成高聚合物。这种高聚合物的结构是线型结构,线的一端拉着一个胶体颗粒,另一端拉着另一个胶体颗粒,在相距较远的两个微粒之间起着粘结架桥作用,使得微粒渐渐变大,变成大的絮凝体(俗称矾花)。本系统投加絮凝剂为PAC(聚合氯化铝),其是长链的高分子聚合物,在水中可形成带电荷的Ax(OH)y3xy长链多功能基团,它具有压缩胶体双电层的作用,同时对异性电荷也可以起到中和作用,而且每个基团都可以吸附水中分散的悬浮物、有机物、胶体等小颗粒杂质,从而使絮凝体快速成为大颗粒矾花。为了使基团表面吸附效果更好应适当地进行搅动混合,因此PAC投加点在进水母管上并加装管道混合器。

加药装置基本配置:计量泵、药液桶、搅拌器等。

6、重力式无阀过滤器

本装置设计为水力自动反冲,其工作运行原理如下:

过滤时的流程是:待处理的冷却水在加入混凝剂后,经配水槽、U型管进入虹吸上升管,再由顶盖内的布水档板均匀地布水于滤料层中,水自上而下通过滤料层过滤,过滤水从小阻力配水系统进入上、下集水区,即出水箱储存,当水位上升至出水管时,过滤水就流入冷水池。

滤池刚投入运行时,滤料层较清洁,但当运行到一定的时间之后由于滤料层中固体颗粒杂质的逐渐增多,因此水头损失也随之增加,水位就沿着虹吸上升管慢慢升高,当水头损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辅助管口时,水便从辅助管口急速流下,依靠水流的挟气和引射作用及抽气管不断带走虹吸管中的空气,使虹吸管形成真空,虹吸上升管中的水便大量地越过管顶,沿虹吸下降管落下,这时,就开始了反冲洗过程。冲洗水箱的水经过连通管、集水区和配水系统从下而上冲洗滤料层,冲洗的废水通过虹吸管流入排水井排出。在冲洗过程中,水箱的水位逐渐下降,约冲洗5min左右,水箱水位下降到虹吸破坏器时,虹吸即被破坏,冲洗过程就此结束,过滤又重新开始。

设置本装置,省去了传统的机械反冲水泵,同时不需要抽取清水池的清水作反冲用水,使整个系统因减少反冲洗泵及相关的管道、阀门、管件而变得更为简单,大大地减轻操作管理强度及设备投资。由于反冲是视滤层的堵塞程度而自动进行,减少了人为操作的失误,整套装置甚至可以在无人操作的状态下运行。

系统主要控制功能单元/仪表介绍

1.在线总磷检测仪

釆用先进的模糊控制方式实时调整缓蚀、阻垢剂投加量,确保循环水中总磷含量始终维持在规定范围内。

2.电导率监控仪

在介质热交换设备出水管上设置电导率分析仪,用以在线监测冷却水电导率和控制排污,稳定冷却水中的浓缩倍数。

3.余氯在线监控仪

系统设置一套余氯在线检测仪,实时对冷却水中的氯含量进行监控,当水中余氯发生变化时,系统自动调整加氯设备的加药量,保证水中氯含量在0.5~1mg/L。

4.水质PH监控仪

介质热交换设备出口处设有PH控制器,监测工艺系统出水的PH值变化,以确定是否加酸或加碱进行中和,当PH发生变化时,系统自动调整计量泵的加药量。

5.混凝剂系统监控单元

旁滤系统中混凝剂加药系统的控制,由于旁滤进水水量变化不大,因此,投药量采用手动定量控制,计量泵与旁滤系统联动;可选浊度/SS在线监测仪。

6.其它水质项目的监测采用定期化验室测定。


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