循环冷却水系统及水质控制指标介绍

循环冷却水系统及水质控制指标介绍2012.2.27目录一、装置概况及工艺流程介绍二、循环冷却水取样点说明三、循环水的监测和控制四、制度及规范中对循环水水质监测的有关要求一、装置概况及工艺流程介绍用水来冷却工艺介质的系统的系统称作冷却水系统。其由换热器.冷却塔.水泵.管道等构成。冷却水系统通常有两种：直流冷却水系统和循环冷却水系统循环冷却水系统又分为封闭式冷却水系统和敞开式冷却水系统ONCE-THROUGHSYSTEMONCE-THROUGHSYSTEMCooling-WaterInletHeatLoadOutletCLOSEDRECIRCULATINGSYSTEMCLOSEDRECIRCULATINGSYSTEMToCoolingTowerHeatLoadFromCoolingTowerMakeupSurgeTankHeatExchangerOPENRECIRCULATINGSYSTEMOPENRECIRCULATINGSYSTEMEvaporationHeatLoadBlowdownMakeupRecirculatingPumpCoolingTower由于敞开式循环冷却水系统水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中要与空气接触，部分水在通过冷却塔时还会不断被蒸发损失掉，因而水中各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为了维持各种矿物质在和离子含量稳定在某一个定值上，必须对系统补充一定量的冷却水(补充水）。并排出一定量的冷却水（排污量）。循环冷却水通过冷却塔时水分不断蒸发，循环水中的溶解盐类不断被浓缩，含盐量不断增加，为了将循环水中含盐量维持在某一个浓度，必须排掉一部分冷却水，增加补充新鲜水，新鲜水的含盐量和经过浓缩的冷却循环水的含量是不同的，他们的比值称为浓缩倍数：N=S循/S补，在实际中往往选择循环水中不易消耗而又快速测定的离子浓度或电导率来代替含盐量进行浓缩倍数的计算。提高浓缩倍数不但可以节水，而且也可减少随排水而流失的药剂量，因此节约了药剂费用。根据公司各生产装置循环冷却水用水需求，循环水场设计规模为195000m3/h。按照分质供水和分压供水的原则，全厂循环水系统分为五个循环水场。五个循环水场的具体情况如下：第一循环水场设计规模为65000m3/h，供给乙烯、中间罐区、丁二烯、MTBE等装置用水，装置边界处供水压力为不小于0.45MPa（G），循环冷却水温度为32℃。第二循环水场设计规模为30000m3/h，供给高密、低密和聚丙烯等装置用水，装置边界处供水压力为不小于0.45MPa（G），循环冷水温度为32℃。一、装置概况及工艺流程介绍第三循环水场设计规模为40000m3/h，供给丁辛醇、顺丁橡胶、乙二醇等装置用水，装置边界处供水压力为不小于0.45MPa（G），循环冷水温度为32℃。第四循环水场设计规模为30000m3/h，主要为自备电站提供循环用水，供水压力为不小于0.3MPa（G），循环冷水温度为32℃。第五循环水场设计规模为30000m3/h，供给常减压、合成气/制氢、芳烃抽提（乙烯部分）、硫磺回收、连续重整PX、凝结水站、空压站、渣油加氢脱硫、蜡油加氢裂化、柴油加氢精制、PSA、重油催化裂化、气体分馏、余热回收等装置用水，装置边界处供水压力为不小于0.35MPa（G），循环冷水温度为32℃。一、装置概况及工艺流程介绍1、工艺流程：循环水场冷却水经循环水泵送到用水装置，经换热升温后带压回到回水管网，除4%的水量去旁滤外，其于水量全部上塔，经冷却塔冷却后进入冷却塔塔底水池，从连通槽流出，经格栅过滤后，流入吸水池，由循环水泵再次送往用水装置。2、循环水旁滤：将4%的循环水量通过旁滤过滤，是为了降低循环水中的悬浮物含量，以保证循环水系统的浊度低于20mg/L，旁滤后的循环水进入冷却塔塔底水池。其中，第一、四、五循采用双阀过滤器进行旁滤过滤，第二、三循采用AGF-40过滤器进行旁滤。3、补水说明：为节约用水，除一循补水为直补水单水源补水外，其余循环水场均采用回用水和直补水双水源补水，回用水补水量占总补水量的70%左右。二、循环冷却水系统采样点说明1、循环水回水上塔管、循环水排污管2、补充水界区主管道三、监测与控制通过长期的生产实践经验可知，循环冷却水系统中的腐蚀、结垢和微生物生长与冷却水的水质——水的化学组成和物理化学性质有着密切的关系。例如，大多数的循环冷却水系统正常运行时的PH在7~9.2之间。如果加酸过多，循环水的PH值降低到4.5时，则冷却水系统将发生严重的腐蚀。循环冷却水系统在正常运行时使用的水处理剂是否能发挥其最佳的作用，也与冷却水的水质有着十分密切的关系。许多循环水系统的补充水是地面水，他们的组成往往随季节而变化。夏季时由于雨量充沛，故水的含盐量低；冬季时则由于地面降雨稀少，故水的含盐量增加，有些地方甚至可以增加2~3倍。如果用相同的工艺条件和水处理方案，在夏天时可能效果很好，但冬天时可能会结垢。因此，在日常运行中需要对冷却水系统的补充水和循环水的化学组成和物理化学性质进行监测和控制。1、PH循环冷却水运行的PH值通常被控制在7~9.2这一范围内。在25℃时，PH=7的水为中性，故PH=7~9.2的水大体上属于中性或微碱性的范围。一般地讲，在上述的PH范围内，冷却水的腐蚀性随PH值的上升而下降。在循环冷却水的运行过程中，如果不加入硫酸，则冷却水的PH值会逐渐上升到其自然平衡PH值，因此，如果冷却水需要在低于其自然平衡PH值的条件下运行，则该循环冷却水系统的PH值需要通过加酸来控制。2、悬浮物浓度与浊度悬浮物是颗粒较大而悬浮在水中的一类杂质的总称。由于这类杂质没有统一的物理和化学性质，所以很难确切地表示出它们的含量。一般采用通过孔径为0.45μm的滤膜，截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的物质。在水质分析中，也常用浊度的测定值来近似表示悬浮物和胶体的含量。它的单位是mg/L。循环冷却水中的悬浮物通常由砂子、尘埃、淤泥、黏土、腐蚀产物和微生物等组成。它们往往是由补充水带入的，但也可以由空气或风沙带入，而有些则是在循环水系统运行过程中生成的。它们往往沉积在循环水流速较慢或流速突然降低的部位，例如冷却塔集水池的底部、换热器的水室和壳程一侧的折流板的下部，形成淤泥，从而影响换热器的冷却效果和造成垢下腐蚀。悬浮物还会吸附水中的锌离子，降低锌离子在水中的浓度。因此，对补充水和循环水的浊度应该加以监测和控制。在一般情况下，循环冷却水的悬浮物浓度或浊度不应大于20mg/L，当使用板式、翅片管式或螺旋管式换热器时，悬浮物浓度或浊度不宜大于10mg/L。水冷器生物粘泥3、含盐量含盐量是指水中溶解性盐类的总浓度。含盐量是衡量水质好坏的一项重要指标，其单位常用mg/L表示。含盐量也可通过电导率来间接表示。水中溶解的绝大部分盐类都是强电解质，根据强电解质理论，在低浓度时，它们在淡水中会全部电离成离子，所以可以利用离子的导电能力（电导率）的大小来了解水中含盐量的多少。天然淡水的电导率通常在50~500us/cm。对于同一类天然淡水，以25℃时为标准，电导率与含盐量大致成正比关系。其比值为1us/cm的电导率相当于0.55~0.9mg/L的含盐量。含盐量高的水中，氯离子和硫酸根离子的含量往往较高，因而水的腐蚀性较强。含盐量高的水中，如果钙离子、镁离子和碳酸氢根的含量较高，则水的结垢倾向较大。因此，循环冷却水中含盐量高时，水的腐蚀倾向或结垢倾向将增大。投加缓蚀剂、阻垢剂时，循环冷却水的含盐量一般不宜大于2500mg/L。4、钙离子浓度从腐蚀的角度来看，软水虽不易结垢，但其腐蚀性较强。因此，循环水中钙离子浓度的低限不宜小于30mg/L。从结垢的角度来看，钙离子是循环水中最主要的成垢阳离子。因此，循环水中钙离子浓度也不宜过高。在投加阻垢分散剂的情况下，钙离子浓度的高限不宜大于200mg/L。5、镁离子浓度镁离子也是冷却水一种主要的成垢阳离子。一般情况下，循环水中镁离子浓度不宜大于60mg/L或2.5mmol/L。由于镁离子易与循环水中的硅酸根生成类似于蛇纹石组成的不易用酸除去的硅酸镁垢，故要求循环水中镁离子浓度遵从以下关系式[Mg2+]*[sio2]150006、铝离子天然水中的铝离子含量较低，循环水中的铝离子往往是由于补充水在澄清池过程中添加铝盐作混凝剂而带入的。铝离子进入循环水中后将起粘结的作用，促进污泥沉积。循环水中铝离子浓度不宜大于0.5mg/L。7、铜离子浓度循环水中的铜离子会引起钢和铝的局部腐蚀，因此，循环水中的铜离子浓度不宜大于0.1mg/L。投加铜缓蚀剂时，则应按试验数据确定。8、总铁（Fe2+、Fe3+）循环水中的铁离子既可以是由补充水带入的，也可以是由循环水系统中钢设备腐蚀所产生的。它是循环水中的一种污垢生成物质。根据经验，可把循环水中的总铁浓度作为估计钢铁设备腐蚀情况的依据。循环水中的总铁浓度为0.1~0.2mg/L时为正常；总铁浓度为0.5~1mg/L时为过高；而总铁浓度＞1mg/L时则为腐蚀的信号《设计规范》中要求，循环水中总铁含量一般宜小于0.5mg/L。9、碱度碱度是指水中能与强酸发生中和作用的碱性物质的含量。天然水中的碱性物质主要是HCO3-，而循环冷却水中的碱性物质则主要是HCO3-和CO32-。碱度的单位可以用mmol/L（以H+计）或mg/L（以CaCO3计）。测定碱度时，根据所使用的指示剂的不同，可将碱度分为酚酞碱度和甲基橙碱度，后者又称为总碱度。甲基橙碱度是表征循环水中产水碳酸盐垢的成垢阴离子数量和结垢倾向的一个重要参数。因此，在一般情况下，冷却水中若不投加阻垢分散剂，则碱度不宜大于3mmol/L，若投加阻垢分散剂，则应根据所投加药品的品种、配方及工况条件确定，一般不宜超过10mmol/L（以H+计）或500mg/L（以CaCO3计）。10、氯离子浓度氯离子是一种腐蚀性离子，它能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属或合金表面的钝化膜，引起金属的点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂。研究的结果表面，在充分充气和未添加缓蚀剂的淡水中，当铝离子浓度从0增加到200mg/L时，碳钢单位面积上的蚀孔数随氯离子浓度的增加而增加；当氯离子浓度增加到500mg/L时，碳钢表面上除了孔蚀外，将还有溃疡状腐蚀。当投加缓蚀剂进行冷却水处理时，对于含不锈钢换热设备的循环冷却水系统，氯离子浓度不宜大于300mg/L；对于含碳钢换热设备的循环冷却水系统，氯离子浓度则不宜大于1000mg/L。加氯或加次氯酸钠去控制微生物生长的同时，会使循环冷却水中的氯离子浓度升高。氯离子也是通常用于计算循环水浓缩倍数的一个指标。11、硫酸根浓度硫酸根也是一种腐蚀性离子。硫酸根还是腐蚀性细菌——硫酸盐还原菌生命活动中不可缺少的物质。硫酸根还可能与循环水中的钙离子生产硫酸钙垢，因此需要对它进行监测。循环冷却水中的硫酸根离子既可能是由补充水带入的，也可能是人们在控制循环冷却水PH值时通过加浓硫酸而带入的。循环冷却水中投加阻垢剂时，对于碳钢换热设备，水中硫酸根和氯离子的浓度之和不宜大于1500mg/L。12、硅酸循环冷却水中的硅酸盐有一定的缓蚀作用，但硅酸盐浓度高时会生成硅酸镁垢。循环冷却水质硅酸盐的浓度不宜大于175mg/L。为了防止生成硅酸镁垢，循环水中的硅酸根应控制在[g2+]*[sio2]1500013、油循环冷却水中的油类，往往是由于换热器管子泄漏或破坏以及垫圈出了问题而进入水中的。油类会附着于换热器的管壁上，影响换热器的传热和冷却，阻止缓蚀剂与金属表面相接触，使金属不能与缓蚀剂作用而生成保护膜。油类还是微生物的营养源，是水中污垢生成物的黏结剂。循环冷却水中的油含量不应大于5mg/L，炼油企业循环冷却水中油含量则不应大于10mg/L。14、游离余氯浓度在采用加氯方案控制循环水中的微生物生长时，通常要求有适量的剩余氯留在水中，以便能继续控制循环水中的微生物生长。这种剩余的氯被称为余氯、活性氯或游离余氯。能有效控制循环水