ESPERE循环水综合处理技术在老空分装置中的成功应用
摘要：根据CMG循环水系统存在的问题和空分装置的特点，针对性地设计和实施水处理方案，有效解决了系统的腐蚀、结垢和微生物等问题，为使用年限较长、运行状况较差的老空分装置的长周期、安全、稳定运行提供了保证。
1 .概述
（1） 老系统说明
本文所论及的老系统，不单指建成时间早、使用时间长的系统，还包括那些使用年限并不很久，但设计不尽合理，初期又未进行水处理，或是只作过一些简单处理，累积问题较多的循环冷却水系统。
我国的水工业应用技术起步比较晚，发展水平还相对较低，一些设计不尽合理，水处理应用技术、管理措施等相对滞后，甚至相当长时期未进行处理的循环冷却水系统还普遍存在。这些系统的水处理存在问题较多，运行效率低下，处理难度也比较大。采用最新水处理技术来解决这些水系统存在的问题，可以使大量的系统充分发挥其生产效能，延长其使用寿命，对充分利用资源、发展经济生产有着重要意义。
（2） CMG循环冷却水系统状况简介
成都成钢梅塞尔气体产品有限公司（简称CMG）循环冷却水系统是一个比较典型的使用年限不很长、但系统自身存在工艺缺陷、以及累积了较多运行问题的老系统。其运行已有10年多，但由于生产任务繁重，运行要求高，连续运行时间长，自投入使用以来，一直在连续运行，根本没有停机对系统进行全面清理的机会。工艺设计也不尽合理，其系统温降（冷却塔的降温）只有3℃左右，集水池底部也没有排污管道，系统排污主要通过设备给水管道排放。经过多年的运行，集水池已几乎没有存贮淤泥的裕度。系统在运行初期的三四年中，只是自行购买一些药剂进行处理，由于技术力量等多方面的原因，处理效果不理想。2000年以后又请国际专业水处理公司进行处理，但仍不断发生问题。近几年来因发生腐蚀、结垢和沉积等问题的情况越来越严重，即使控制在较低浓缩倍数下运行，也时常发生设备结垢导致非计划性停车清洗设备的情况，频繁时每月一次，严重影响了生产，造成了巨大的经济损失。
尽管CMG和多家水处理公司采用了许多办法，包括更换药剂品类、配方、上电子水处理器，研究低温垢（因为冰机结垢情况尤为严重）等，都没有能够最终解决问。
2. 综合处理措施
（1）系统存在的问题
CMG循环水系统补充水采用的是以都江堰水为水源的自来水，水质相对较好（参见表1），系统运行浓缩倍数也不高，平均仅在3倍左右，除了系统自身设计缺陷外，之所以产生问题，应该主要在于系统原用水处理方案没有针对系统的实际情况和系统运行控制不理想造成的。
表1 补充水水质（年平均值）
|
分析项目 |
补充水 |
|
pH |
7.8 |
|
总碱 (以CaCO3计)，ppm |
81 |
|
氯化物（以Cl-计），ppm |
78 |
|
Ca2+（以CaCO3计），ppm |
110 |
|
Mg2+（以CaCO3计），ppm |
42 |
|
硫酸根，ppm |
26 |
|
二氧化硅，ppm |
10 |
|
电导率，us/cm |
310 |
分析导致该系统不能“安、稳、长、满”运行的原因，主要有以下几方面问题：①系统微生物控制差，生物粘泥危害严重（参见图照片）；②系统旁滤器板结严重，对悬浮物的滤除效率低下，而系统经过多年的长期运行，集水池几乎已没有沉积裕度；③系统运行波动大；④原水处理方案不切合实际；⑤现场技术服务力量薄弱。
图一 采用ESPERE方案 处理前的挂片
图二 冷却塔罩壁上的生物粘泥（绿色为罩壁底色）
（2）处理方案
①微生物的控制
针对系统存在微生物粘泥危害严重的问题，我们采用预防控制的方式即连续控制并维持系统的余氯在一定的范围内，同时再定期冲击性投加非氧化性杀菌剂以避免微生物产生抗药性。
②系统波动控制
为解决因人工控制带来的系统波动较大的问题，选用CWT-3000在线监测和自动加药控制系统，使系统完全实现在线检测和记录、实时自动加药和排污，大大提高了系统的稳定性和员工的劳动生产率，同时减少了员工和化学药剂接触的机会，从而保障了员工的安全和健康。
③旁滤效率的提高
由于原砂过滤器已严重板结，对悬浮物的滤除效率低，加之体积庞大，更换填料成本比较高，且反洗操作烦琐，运行一定时期后就有反洗不干净的问题。因此将原砂过滤器更换，选用了高效率、节水型的以色列ARKAL公司的叠片式过滤器来作为循环水系统的旁流过滤器。
④腐蚀和结垢的控制
针对空分装置的特点和系统存在的腐蚀和结垢的问题，我们选用了具有国际先进水平的ESPERE ®水处理技术，加强了系统的腐蚀、结垢和沉积的控制。同时，鉴于系统中含铜设备较多，投加铜缓蚀剂以加强铜的腐蚀控制。
⑤加强现场技术管理
以前由于现场技术管理条件有限导致系统出现问题不能及时解决，为此，上海玄坤水处理技术有限公司委派专业技术人员提供保姆式的技术服务，及时了解和跟踪系统的运行状况，对异常情况进行及时处理，并对现场技术人员和操作工进行技术培训，提高水处理技术管理水平。
（3）实施效果
自2003年8月底CMG循环冷却水系统采用ESPERE®综合水处理方案后，至今已运行了4年的时间，期间没有发生过一次非计划性停车清洗事故，系统冷却器的换热效率也得到了明显改善，系统运行十分稳定。
①水质改善
处理前后的塔水水质情况对比如表2
表2 处理前后的水质情况（平均值）
|
项目 |
pH值 |
电导率us/cm |
浊度NTU |
浓缩倍数 |
总碱ppm |
总硬ppm |
钙硬ppm |
总铁mg/l |
铜离子mg/l |
|
控制指标 |
7.8-8.6 |
<2500 |
<20 |
4-5 |
|
|
100-800 |
<1.0 |
<0.2 |
|
处理前 |
7.7-8.5 |
1070 |
56 |
3.4 |
124 |
440 |
384 |
3.95 |
/ |
|
目前 |
8.0-8.4 |
1469 |
21 |
4.9 |
100 |
626 |
514 |
0.69 |
未检出 |
从上表可见，在采用ESPERE综合处理方案前，系统塔水pH波动范围较大，浓缩倍数相对较低，而浊度却很高，且总铁含量也很高；采用ESPERE®综合处理方案之后，稳定性明显得到改善，总铁含量也大幅下降。且浓缩倍数得到提高，节约了生产用水。
②微生物控制
通过采用ESPERE的微生物控制方案，系统微生物得到了有效控制，用快速浸片法检测，塔水的异养菌总数一直控制在104个/mL水平以下。冷却塔罩壁的原有青苔也有大面积的剥落（参见图三照片）。
图三 冷却塔罩壁上的青苔剥落（绿色为罩壁底色）
③腐蚀控制
现阶段系统的腐蚀速率见表3
表3 挂片腐蚀速率
|
项目 |
控制指标 |
腐蚀速率 |
控制结果 |
|
碳钢腐蚀速率 |
<3 mpy |
1.0949 |
√ |
|
铜腐蚀速率 |
<0.2 mpy |
0.0229 |
√ |
|
不锈钢腐蚀速率 |
<0.2 mpy |
0.0017 |
√ |
3. 研讨
总结ESPERE®综合水处理方案在CMG 系统应用取得良好效果的原因，我们认为有以下几个方面的经验可供参考：
（1） 方案要有针对性，药剂要对路
每个系统都有其自身的运行特点，处理方案必须根据系统的实际情况有针对性地设计和解决其存在的问题。
（2） 用系统的方法来解决问题
循环水系统出现的腐蚀、结垢以及粘泥沉积等问题出现都是系统综合性问题的集中表现，不单纯是某一个方面的问题。即使只单一表现出某一方面的问题，也必须全面着手，才可能取得良好效果。
（3） 先进又实用的自动化控制系统
系统波动是导致系统不能“安、稳、长、满”运行的一个重要原因，自动化控制是减少波动的良好措施。
（4） 良好的现场技术管理
精细的、专业的现场技术管理是系统能够稳定运行的根本保证，再好的方案、设备和措施如得不到有效落实也不能解决问题。目前许多循环水系统现场的技术管理水平还达不到要求，从而导致系统水处理效果不佳。
4 .结束语
循环冷却水系统的问题是具体的、多方面的，也是多样化的，不同的系统有不同的问题，只要我们不断地进行探索和总结，必将会促进我国的水处理技术得到长足发展。
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