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工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范

《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50050-2007說明

1.新版國標(biāo)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50050-2007規(guī)范修訂的背景、意義及其特點(diǎn)

1.1 我國《標(biāo)準(zhǔn)化法實(shí)施條例》規(guī)定:“標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后,制定標(biāo)準(zhǔn)的部門應(yīng)按科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要適時(shí)進(jìn)行復(fù)審,標(biāo)準(zhǔn)復(fù)審周期一般不超過五年”。我們這本《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》第一版是GBJ80-83,第二版,也就是現(xiàn)行版GB50050-95,發(fā)布至今已達(dá)12年之久,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定,所以要進(jìn)行修訂。

1.2 循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展

我國循環(huán)冷卻水處理藥劑及技術(shù)雖然起步較晚,但緊跟國外的發(fā)展趨勢,并結(jié)合國情進(jìn)行研究開發(fā)和推廣應(yīng)用,具有起點(diǎn)高、發(fā)展快的特點(diǎn)。在消化吸收的基礎(chǔ)上,先后開發(fā)出HEDP、ATMP、EDTMP、PAA、DDM(G4)、聚馬、馬丙、聚季銨鹽。瞄準(zhǔn)具有70 年代水平的聚磷酸鹽/膦酸鹽/聚合物/雜環(huán)化合物的循環(huán)冷卻水處理“磷系復(fù)合配方”,進(jìn)行研究開發(fā),填補(bǔ)了國內(nèi)空白,滿足了大化肥循環(huán)冷卻水處理藥劑國產(chǎn)化的要求。

80 年代,隨著石油裝置和大型冶金裝置的引進(jìn),對栗田、Nalco Drew、片山等國外著名公司的循環(huán)水處理劑及冷卻水處理技術(shù)進(jìn)行消化吸收。一大批新的循環(huán)水處理劑配方相繼開發(fā)成功,使我國的循環(huán)冷卻水處理技術(shù)又取得了重要進(jìn)展,在磷系復(fù)合配方的基礎(chǔ)上,開發(fā)出“磷系堿性水處理配方”、“全有機(jī)水處理配方”、“鉬系水處理配方”和“硅系水處理配方”。實(shí)現(xiàn)了循環(huán)冷卻水在自然平衡pH 條件下的堿性條件下運(yùn)行,這類水處理配方除具有“磷系復(fù)合配方”的優(yōu)點(diǎn)外,還避免了加酸操作帶來的失誤,深受用戶的歡迎。

90 年代以來,隨著水處理技術(shù)的進(jìn)一步提高,國內(nèi)水處理劑及技術(shù)開始出口。同時(shí)新型膦酸鹽、新型水處理殺生劑的不斷開發(fā)成功,水處理藥劑的前沿研究與國外水平基本接近。“全有機(jī)水處理劑配方”應(yīng)用比重不斷提高,與此同時(shí),低磷、無磷、無金屬水處理配方不斷推向市場。

我國的循環(huán)冷卻水處理是20 世紀(jì)70 年代后期從國外引進(jìn)磷系配方開始的,至今已取得了巨大的進(jìn)步,說明我國的水處理藥劑應(yīng)用水平不低,表1 為我國循環(huán)冷卻水處理配方發(fā)展過程。

表1 我國循環(huán)冷卻水處理配方發(fā)展

年代?????????? 配方

1975~1979 ?????聚磷酸鹽/膦酸鹽/聚丙烯酸(用酸調(diào)pH) 聚磷酸鹽/膦酸鹽/鋅/聚丙烯酸(用酸調(diào)pH)

1980~1985 ?????多元醇磷酸酯/鋅/磺化木質(zhì)素(用酸調(diào)pH)

1980~1985 ??膦酸鹽/聚合物或共聚物(堿性處理) 硅酸鹽或鉬酸鹽配方 1986~1992 ????磷酸鹽/二元、三元共聚物全有機(jī)配方,系統(tǒng)可連續(xù)運(yùn)行1~2 年 1993 ?????????新型膦酸鹽及新型共聚物開始進(jìn)入市場,堿性處理比重在提高

  • 開始開發(fā)無磷無金屬配方

目前循環(huán)冷卻水處理已經(jīng)在我國各個(gè)行業(yè)的循環(huán)水系統(tǒng)中得到應(yīng)用。不論是國產(chǎn)裝

置還是引進(jìn)裝置,其使用的循環(huán)冷卻水藥劑絕大部分已經(jīng)國產(chǎn)化,我們已經(jīng)有能力解決各種條件苛刻的冷卻水系統(tǒng)中所遇到的腐蝕、結(jié)垢、生物粘泥等問題。

從90 年代開始,我國在循環(huán)冷卻水處理監(jiān)控技術(shù)開發(fā)方面也開展了一些工作,如示蹤和遠(yuǎn)程控制技術(shù)已取得初步成果,冷卻水系統(tǒng)成垢過程專家系統(tǒng)已開發(fā)成功。但在這些方面我們也有較大差距,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)化管理等方面沒有投入很大的開發(fā)力量,影響了水處理應(yīng)用技術(shù)水平的提高。

我國循環(huán)冷卻水處理技術(shù)在某些方面具有較高水平,如我國的膦酸鹽類水處理劑的質(zhì)量已明顯提高,接近或達(dá)到了國際先進(jìn)水平,因此已開始大量出口。然而就總體而言,與國際先進(jìn)水平的差距仍很明顯:重點(diǎn)是水處理管理水平和控制水平。

現(xiàn)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》GB50050-95,其中一些數(shù)據(jù)均是以聚磷、聚合物水處理配方為基礎(chǔ)制定的,實(shí)際上至2000年水處理配方已發(fā)展至全有機(jī)配方:新型膦酸鹽及新型共聚物,無磷,無金屬水處理配方也開始出現(xiàn),這些新型水處理配方與管理的科學(xué)化,控制的自動(dòng)化相結(jié)合,使得水處理效果明顯提高,水質(zhì)適用范圍更加寬泛,所有這一些水處理技術(shù)上進(jìn)步在現(xiàn)有規(guī)范中沒有得到反映,因此循環(huán)水處理技術(shù)發(fā)展的形勢也要求對現(xiàn)有《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》進(jìn)行修訂。

1.3 我國供水現(xiàn)狀也要求對現(xiàn)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》進(jìn)行修訂

a 我國用水現(xiàn)狀 我國是一個(gè)水資源短缺的國家,人均水資源占有量約為2200m3,不足世界平均水平的四分之一,隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,水資源短缺的問題日益顯現(xiàn),我國正常年份缺水量約400億m3,已經(jīng)嚴(yán)重制約了我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。缺水不僅影響經(jīng)濟(jì)建設(shè),而且還威脅到人們的生活甚至生命安全,比如四川、內(nèi)蒙古等地,均出現(xiàn)過因干旱而發(fā)生人、畜飲水危機(jī)。面對這樣的嚴(yán)重局面,節(jié)水不僅是水處理工作者的任務(wù),而且也是全社會(huì)緊迫的任務(wù)。水資源的欠缺和用水效率不高是導(dǎo)致目前供水不足的主要原因,自然條件無法改變,但是在用水效率方面,我國和發(fā)達(dá)國家還有很大差距,我國萬元GDP用水量是世界平均水平的4倍左右,工業(yè)萬元增加值取水量是發(fā)達(dá)國家的5~10倍,我國灌溉水利用率僅為43%,為世界先進(jìn)水平的二分之一,由此可見,無論是工業(yè)還是農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力還是很大的。

b 全民節(jié)水 節(jié)水是全民的義務(wù),哪個(gè)人不用水,哪個(gè)行業(yè)不需要水,因此,節(jié)水不只是水行業(yè)的任務(wù),而且是所有行業(yè)和全體公民的共同任務(wù)。 至2003年,我國總用水量約5300億m3,其中農(nóng)業(yè)3430億m3,(約占64.5%),工業(yè)1170億m3(約占22%),生活630億m3(約占12%)。 農(nóng)業(yè)節(jié)水:噴灌、滴灌;生活節(jié)水:節(jié)水龍頭,廁所水箱。 工業(yè)節(jié)水:首先是生產(chǎn)工藝的改革,充分利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢熱,采用不用水的工藝(空冷)等。 請看這一現(xiàn)象,鋼鐵、石化、電力、石油、紡織、化工等行業(yè)的生產(chǎn)廠,無不冷卻塔林立,大量的熱量通過冷卻塔散發(fā)到大氣之中,這不僅是能量的浪費(fèi),也是水資源的極大浪費(fèi)。對于冷卻塔所蘊(yùn)藏的巨大能量,很值得進(jìn)行研究、挖潛。以全國循環(huán)水量4億m3/h,冷卻降溫Δt=10 ℃計(jì)算,損失的熱量為4×1012千卡/h,折合標(biāo)準(zhǔn)煤為0.57×106噸煤/h,天然氣0.47×106米3/h,這僅是一小時(shí)的熱量損失。按年8000h計(jì)算,折合為45.6億噸煤,約40億m3天然氣,是我國煤的年產(chǎn)量2.4億噸的19倍,多么巨大的能源浪費(fèi)??梢姽?jié)能、節(jié)水是有巨大潛力。 其次是水行業(yè)的節(jié)水,在工業(yè)用水中的70~80%是循環(huán)水的補(bǔ)充水,可見循環(huán)水在工業(yè)節(jié)水中的重要作用。

目前生產(chǎn)工藝還做不到熱能的全部利用,也就是說冷卻塔還需繼續(xù)存在,循環(huán)水還得繼續(xù)使用,那么循環(huán)水節(jié)水效益到底有多大呢? 循環(huán)冷卻水的節(jié)水作用,對比直流冷卻水而言是非常巨大的。上個(gè)世紀(jì)五十~六十年代,國家工業(yè)建設(shè)剛剛起步,工業(yè)用水量很少,相對來說水資源是豐富的,因此很多工廠企業(yè)都采用直流冷卻水,既簡便又省錢。但是隨著工業(yè)建設(shè)的發(fā)展,水資源逐漸緊張,迫使工廠企業(yè)不得不采用循環(huán)冷卻水。采用這一措施到底能節(jié)省多少水呢?以10000m3/h的直流冷卻水為例,改用循環(huán)冷卻水,溫降10℃,濃縮倍數(shù)N為3,只需240m3/h,若N=5,則需200m3/h,可見節(jié)水的巨大成果。同時(shí)從上面的數(shù)據(jù)也可以得出這樣一個(gè)結(jié)論,循環(huán)冷卻水系統(tǒng)本身的節(jié)水取決于濃縮倍數(shù)的高低產(chǎn)。 因此在工業(yè)用水中節(jié)水的最有效措施,就是采用循環(huán)水,高濃縮倍數(shù)。最初人們的想法比較簡單,以為把水循環(huán)起來,溫升降下來即可,但是問題遠(yuǎn)非這么簡單,循環(huán)水在運(yùn)行過程中產(chǎn)生一系列問題,如果不能很好的解決,則循環(huán)水根本無法運(yùn)行。例子很多,如北京化工廠(結(jié)垢),棲霞山化肥廠(生物泛濫)。歸結(jié)起來,循環(huán)水運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的主要問題如下:

a水垢由于循環(huán)冷卻水在冷卻過程中不斷地蒸發(fā),使水中含鹽濃度不斷增高,超過某些鹽類的溶解度而沉淀。常見的有碳酸鈣、磷酸鈣、硅酸鎂等垢。水垢的質(zhì)地比較致密,可以防止對金屬面的腐蝕,但是卻大大的降低了傳熱效率,0.6毫米的垢厚就使傳熱系數(shù)降低了17.9%。

b污垢污垢主要由水中的有機(jī)物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉塵等構(gòu)成,垢的質(zhì)地松軟,不僅降低傳熱效率而且還引起垢下腐蝕。

c腐蝕循環(huán)冷卻水對換熱設(shè)備的腐蝕,主要是電化腐蝕,產(chǎn)生的原因有設(shè)備制造缺陷、水中充足的氧氣、水中腐蝕性離子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素,腐蝕的后果十分嚴(yán)重,不加控制極短的時(shí)間即使設(shè)備報(bào)廢。

d微生物的孳生 因?yàn)檠h(huán)冷卻水中有充足的氧氣、合適的溫度及豐富的營養(yǎng),很適合微生物的生長繁殖,如不及時(shí)控制將迅速導(dǎo)致水質(zhì)惡化、發(fā)臭、變黑,大量黏垢沉積,設(shè)備腐蝕加劇。因此循環(huán)冷卻水處理的關(guān)鍵即是控制微生物的繁殖。面對上述這些問題,人們在生產(chǎn)實(shí)踐中,不斷的總結(jié)、探索和研究,掌握了治理這些危害的方法和技術(shù),從而保證了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,也保證了企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的安全、高效、持久的運(yùn)行?!肮I(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范”就是把人們長期積累的實(shí)踐經(jīng)約和科研成果,經(jīng)過高度概括與濃縮,以規(guī)范形式呈現(xiàn)出來,其目的是為生產(chǎn)、建設(shè)、科研、設(shè)計(jì)和施工服務(wù),為它們提供依據(jù)。

1.4 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》GB50050-2007版的特點(diǎn)

規(guī)范修訂版以及前兩版,其主要特點(diǎn)就是以節(jié)水為目的,隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,修訂版的節(jié)水措施突破了原有的框框,增加以再生水(處理后的污水)為補(bǔ)充水的內(nèi)容,為節(jié)水減排,保護(hù)環(huán)境創(chuàng)造了新的條件,同時(shí)修訂版還增加了直冷開式循環(huán)冷卻水的內(nèi)容,即通常稱謂的濁環(huán)水系統(tǒng),擴(kuò)大了規(guī)范的覆蓋面。涵蓋了以淡水為補(bǔ)充水的全部循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。海水作補(bǔ)充水的循環(huán)水系統(tǒng),限于技術(shù)成熟程度,此次未曾納入,隨著技術(shù)的不斷完善,也將陸續(xù)收入到規(guī)范中。此次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂是一次全面修訂,修訂內(nèi)容很多,將在后面詳細(xì)介紹。

2 .當(dāng)前工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)現(xiàn)狀、存在問題以及解決措施

2.1 循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

過去循環(huán)冷卻水是以設(shè)計(jì)為主體,從收集循環(huán)冷卻水系統(tǒng)資料起至水系統(tǒng)設(shè)計(jì),設(shè)備訂貨,現(xiàn)場施工,調(diào)試開車,設(shè)計(jì)單位全部參與,但是隨著改革開放社會(huì)主義市場經(jīng)濟(jì)的建立,以設(shè)計(jì)負(fù)全責(zé)的模式發(fā)生了很大的改變?,F(xiàn)在是業(yè)主——設(shè)計(jì)——水處理公司三位一體的建設(shè)模式,即由業(yè)主通過招標(biāo)的方式選擇水處理公司,而后設(shè)計(jì)單位再根據(jù)水處理公司提供的水處理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)樗幚砉臼菍I(yè)公司,掌握循環(huán)冷卻水處理技術(shù)和積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),因此,更能有效的保證水處理效果。

2.2 存在問題

由于循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)是三方參與,必然會(huì)因?yàn)槿降牧?、觀點(diǎn)不同而對問題的處理產(chǎn)生分歧,因此常常發(fā)生設(shè)計(jì)條件的反復(fù)修改,出現(xiàn)問題屢議不決,嚴(yán)重影響了工程進(jìn)度和工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。下面我把《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂過程中牽涉到的一些技術(shù)問題,簡要介紹如下:

a 循環(huán)水補(bǔ)充水水質(zhì)條件 通常,設(shè)計(jì)單位對業(yè)主提供的水質(zhì)資料,以陰陽離子的毫克當(dāng)量平衡來校核其準(zhǔn)確性,當(dāng)分析誤差≤2%則合格。而當(dāng)前國際單位中沒有毫克當(dāng)量這個(gè)單位,而是制定了以摩爾為單位。什么是摩爾? 摩爾(mol)表示一個(gè)系統(tǒng)的物質(zhì)的量,該系統(tǒng)所包含的基本單元數(shù)與0.012kg碳-12(12C)的原子數(shù)相等。

在使用摩爾時(shí),必須指明基本單元,它可以是分子,原子、離子以及其它基本單位,或這些單位的特定組合。 已知1個(gè)C原子的質(zhì)量是1.993×10-26kg,所以1mol 12C所含的碳原子數(shù)目為: 因?yàn)槿魏我粋€(gè)克原子、分子、離子、電子基本單元都包含6.02×1023個(gè)基本單位,這個(gè)數(shù)即稱為阿佛加德羅常數(shù)。 換句話說,某物質(zhì)所含有的基本單元數(shù)為阿佛加德羅常數(shù)的多少倍,即是多少摩爾n,n可由下式計(jì)算: 對這一問題,所以要詳細(xì)的介紹,原因是在這個(gè)單位上有許多錯(cuò)誤觀點(diǎn)。 a業(yè)主提供的水質(zhì)分析資料,有一些是以物質(zhì)(離子)的摩爾量來平衡,這是錯(cuò)的,應(yīng)當(dāng)以物質(zhì)(陰陽離子)所攜帶的電荷量來平衡。

b含磷排水的處理 由于目前循環(huán)冷卻水處理配方中,絕大多數(shù)均含有一定數(shù)量的磷組分,因此循環(huán)冷卻水系統(tǒng)排污水的磷含量超標(biāo),導(dǎo)致江河湖海富營養(yǎng)化,赤潮、藍(lán)藻大量孽生,嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境,后果是非??膳碌?。雖然現(xiàn)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》中對排水水質(zhì)指標(biāo)作出了嚴(yán)格規(guī)定,但是現(xiàn)實(shí)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)無一進(jìn)行處理,其中主要問題是經(jīng)濟(jì)問題,技術(shù)上不存在問題。那么如何來算經(jīng)濟(jì)帳,這就要求我們站在一個(gè)比較高的水平上,不是只算本單位的經(jīng)濟(jì)帳,而是要從全社會(huì)的角度算帳,要為全民族和子孫后代著想,這個(gè)問題就好解決了。

c 預(yù)膜水處理 預(yù)膜水中的污染物數(shù)量,更是大大的超標(biāo)。因?yàn)轭A(yù)膜水的排放是間斷性的,開車、檢修基本上是一年一次,這就更增加了它的處理難度,現(xiàn)實(shí)的情況也是不經(jīng)處理直接排放。

d 旁濾設(shè)施 現(xiàn)行規(guī)范和修訂規(guī)范對旁濾量的規(guī)定均為1~5%,但是考慮到有些多塵地區(qū)的企業(yè)反映,旁濾量不足,所以增加了多塵地區(qū)或灰塵指數(shù)偏高地區(qū)可適當(dāng)提高。 目前旁濾設(shè)施多采用無閥濾池或機(jī)械過濾器,據(jù)有些廠家反映,過濾效果不佳。分析原因可能是低濁度的條件下,懸浮物膠體的顆粒很微小,單純的篩分過濾不易去除,規(guī)范說明中建議投加混凝劑。 過濾器的型式可選擇多樣化,有的企業(yè)(濟(jì)南煉油廠)將無閥濾池改為以色列管道過濾器,但效果不佳,最后改為浮盤式纖維過濾器,電動(dòng)控制,進(jìn)水濁度7~8°,出水3~5°。

e關(guān)于水泵的凈正吸入水頭 這不是本規(guī)范的范圍,但是這是水處理設(shè)計(jì)中以前存在的問題。過去選泵,只要滿足水位超過泵頂20cm即可啟動(dòng)運(yùn)行,這一概念是不夠準(zhǔn)確的,對于小型離心泵,常溫水體,一般是沒有問題的,但是對大型立式離心泵、軸流泵,特別是熱水泵一定要計(jì)算凈正吸入水頭,該值一定要大于水泵樣本的氣蝕余量。

2.3 現(xiàn)存問題如何解決

a 應(yīng)盡快制定一些有關(guān)工程建設(shè)各方責(zé)任的規(guī)范或規(guī)定,理順各方的關(guān)系。

b加快推進(jìn)無磷、無有害金屬水處理配方。目前已有一些廠家聲稱握有無磷水處理配方,但當(dāng)水處理設(shè)計(jì)上推薦時(shí),卻又給不出具體數(shù)據(jù),這說明無磷水處理配方還不成熟,據(jù)我們了解國際上比較知名的水處理公司,其無磷水處理配方也只適用于某些水質(zhì)。 如果無磷水處理配方的成功推出,則上述兩大污染問題則可迎刃而解,所帶來的效益時(shí)非常巨大的。 建議這一問題,應(yīng)當(dāng)由水處理協(xié)會(huì)組織水處理藥劑生產(chǎn)廠家、用戶和科研單位一起攻克技術(shù)難關(guān),我想這個(gè)問題的難度總比探月要簡單得多吧,集中社會(huì)力量,利用中國特色社會(huì)主義制度的優(yōu)越性,一定會(huì)很快的解決。

c 對現(xiàn)實(shí)的超標(biāo)排污水的和預(yù)膜水,建議還是送污水處理廠處理。本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂,對含磷污水的處理也給出了具體的技術(shù)方案。

3 .工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范的適用范圍及其術(shù)語

3.1 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》的適用范圍

在修訂版 總則1.0.2條明確規(guī)定:“本《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》適用于以地表水、地下水和再生水作為補(bǔ)充水的新建、擴(kuò)建和改建工程的循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)”。也就是說,除海水循環(huán)外,其余的所有循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)均適用。這里需要說明一點(diǎn),循環(huán)冷卻水的水量多少不同,有的幾十萬噸/h,有的幾百噸/h,甚至幾十噸/h,幾噸/h,是否也適用呢,可以明確地告訴你,不管規(guī)模大小,這本規(guī)范均適用,但是,小規(guī)模的循環(huán)冷卻水處理,按照這本規(guī)范來設(shè)計(jì),自然有些小題大做,比如幾十噸的循環(huán)說是否還需要旁濾,是否還需要預(yù)膜,這些問題都要重新加以考慮,目前,正醞釀編制一本中小型循環(huán)冷卻水處理規(guī)范,以解決這方面的問題。

3.2 名詞術(shù)語

大家都是循環(huán)冷卻水處理方面的內(nèi)行,很多術(shù)語都了如指掌,我只是把這次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂提出的一些新的術(shù)語解釋一下,以便在《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》中碰到這些名詞時(shí),不至產(chǎn)生誤解。

a 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) Recirculating Cooling Water System 以水作為冷卻介質(zhì),并循環(huán)運(yùn)行的一種給水系統(tǒng),由換熱設(shè)備、冷卻設(shè)備、處理設(shè)施、水泵、管道及其它有關(guān)設(shè)施組成。

b 間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(間冷開式系統(tǒng)) Indirect Open Recirculating Cooling Water System 循環(huán)冷卻水與被冷卻介質(zhì)間接傳熱且循環(huán)冷卻水與大氣直接接觸散熱的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

c 間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(閉式系統(tǒng)) Indirect Closed Recirculating Cooling Water System 循環(huán)冷卻水與被冷卻介質(zhì)間接傳熱且循環(huán)冷卻水與冷卻介質(zhì)也是間接傳熱的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

d 全閉式系統(tǒng) Totally Closed System 系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻水不與大氣接觸的間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

e 半閉式系統(tǒng) Semi Closed System 系統(tǒng)中的循環(huán)冷卻水局部與大氣接觸的間冷閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

f 直冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng) (直冷系統(tǒng))Direct Open Recirculating Cooling Water System 循環(huán)冷卻水與被冷卻介質(zhì)直接接觸換熱且循環(huán)冷卻水與大氣直接接觸散熱的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

g 開式系統(tǒng) Open System 間冷開式和直冷系統(tǒng)的統(tǒng)稱。

4 .“工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范”主要修訂內(nèi)容

本次修訂是一次全面修訂,每一章、每一節(jié),甚至大多數(shù)條文都做了不同程度的修改,我在這里就沒有必要逐條解釋了,我這里只是將重要的修改及其原因介紹一下。 先說明各項(xiàng)數(shù)據(jù)是如何制定的,大家都知道水處理是試驗(yàn)科學(xué),很多水處理數(shù)據(jù)都是從實(shí)踐或試驗(yàn)中得出,而非經(jīng)計(jì)算得出的,比如Cl-指標(biāo),我們是根據(jù)國內(nèi)很多企業(yè)循環(huán)冷卻水的運(yùn)行數(shù)據(jù),綜合選擇比較先進(jìn)的指標(biāo)而確定的,而不是計(jì)算得出的。目前也無法計(jì)算。其它水處理指標(biāo)的確定也都類似。

4.1 循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標(biāo)和水處理控制指標(biāo)的修訂

水質(zhì)指標(biāo)和控制指標(biāo)是反映水處理技術(shù)的一面鏡子,長期以來,我國在循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的進(jìn)步,必然要導(dǎo)致水質(zhì)指標(biāo)一系列數(shù)據(jù)的修改。

a 濁度: 現(xiàn)行規(guī)范使用的名稱是懸浮物,指標(biāo)數(shù)據(jù)沒有修改,修訂版《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》只是將項(xiàng)目名稱改為濁度。

為什么這樣修改呢,雖然兩者都是表示水中懸浮固體含量,但是兩者所表示的懸浮顆粒直徑卻不相同,懸浮物所表示的顆粒粒徑為1μm以上,而濁度所表示的顆粒粒徑為1nm~1μm,即通常所說的膠體物質(zhì),而且兩者的測試方法也不同,前者是過濾法測定,后者是利用光學(xué)原理測定。兩者并沒有換算關(guān)系。因?yàn)槟z體物質(zhì)對循環(huán)冷卻水產(chǎn)生污垢、菌藻孳生起著至關(guān)重要的作用,所以將懸浮物質(zhì)指標(biāo)改為濁度更為確切,并且應(yīng)將這一指標(biāo)盡量控制在更低的水平。

循環(huán)冷卻水的濁度對換熱設(shè)備的污垢熱阻和腐蝕速率影響很大,所以要求越低越好。工廠運(yùn)行的實(shí)踐證明循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)有旁濾池時(shí),補(bǔ)充水濁度可控制在5NTU以內(nèi),我國大部分地區(qū)的循環(huán)冷卻水的濁度可以控制在10NTU以下,因此表3.1.1-6規(guī)定板式、螺旋板式和翅片管式換熱設(shè)備,濁度不宜大于10NTU,其它一般不應(yīng)大于20NTU,工廠運(yùn)行數(shù)據(jù)表明這一規(guī)定完全滿足本規(guī)范的污垢熱阻值指標(biāo)。 對于電廠凝汽器,因其傳熱管內(nèi)循環(huán)冷卻水的流速一般均大于1.5m/s,另外凝汽器均設(shè)有膠球清洗設(shè)施,因此電廠凝汽器內(nèi)循環(huán)冷卻水的濁度指標(biāo)可適當(dāng)放寬。

b pH值:新版pH的范圍比現(xiàn)行版的范圍要寬,反映了藥劑緩蝕阻垢性能的提高。

c 鈣硬度+甲基橙堿度:這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)行規(guī)范是將Ca2+和堿度分列,采用綜合指標(biāo)更加科學(xué)。

CaCO3的溶度積 從上式可以看出:CO32-是隨之H+的濃度而改變的,當(dāng)H+高時(shí),CO32-轉(zhuǎn)化為HCO3,而增大了溶解度,因此導(dǎo)致CaCO3沉淀是由兩個(gè)因素構(gòu)成的,即H+濃度(堿度)和Ca2+含量兩個(gè)因素構(gòu)成的。

碳酸鈣穩(wěn)定指數(shù)RSI≥3.3,這也是控制碳酸鈣沉淀的一個(gè)指標(biāo),它是根據(jù)碳酸鈣飽和指數(shù)計(jì)算得出。有多個(gè)計(jì)算式,推薦計(jì)算公式為: pHs=9.70+A+B-C-D A——總?cè)芙夤腆w系數(shù) B——溫度系數(shù) C——鈣硬系數(shù) D——堿度系數(shù) 水質(zhì)穩(wěn)定性判斷:

(1). Langlier Is=pH-pHs Is>0 碳酸鈣過飽和 Is<0 碳酸鈣不飽和 Is=0 飽和狀態(tài) 但是由于碳酸鈣結(jié)晶時(shí)的介穩(wěn)區(qū)的影響,上述判斷有誤差,實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指數(shù)為 Is=0.5~2.5 穩(wěn)定 Is<0.5 腐蝕 Is>0.5 結(jié)垢

(2).穩(wěn)定指數(shù) S=2pHs-pH S≈6.0 穩(wěn)定 S<3.7 嚴(yán)重結(jié)垢 3.7<S<6.0 結(jié)垢 6.0<S<7.5 腐蝕 S>7.5 嚴(yán)重腐蝕

(3). 結(jié)垢指數(shù),臨界pH值,極限碳酸鹽硬度等。

d 總鐵 鐵離子為天然水中的微量離子,錳離子含量更少,約為鐵離子的十分之一。一般二者共存,不易分離,故常以鐵含量來代表鐵和錳離子總量。

水中的總鐵含量包括膠態(tài)鐵和亞鐵離子兩部分。膠態(tài)鐵為三價(jià)鐵,通常以氫氧化鐵或鐵氧化物的水合物呈膠體狀態(tài)懸浮于水中。在循環(huán)水系統(tǒng)中,會(huì)沉積在水冷器表面上,形成黏著性強(qiáng)、難清除的污垢,并能導(dǎo)致垢下腐蝕。膠態(tài)鐵在預(yù)處理混凝、沉淀過程中可被除掉一部分。亞鐵離子為溶解性離子,在循環(huán)水系統(tǒng)中,能促進(jìn)碳酸鈣結(jié)晶并沉積,在采用磷系水穩(wěn)劑時(shí),有可能聲稱黏結(jié)性很強(qiáng)的磷酸亞鐵污垢,還是鐵細(xì)菌繁殖的營養(yǎng)源。

一般對補(bǔ)充水總鐵含量要求<0.2~0.5mg/L。循環(huán)水中的總鐵指標(biāo)≤0.5mg/L。以往循環(huán)水中總鐵有的不控制,有的控制<0.5mg/L、1.5mg/L或2.0mg/L。根據(jù)不少系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)資料來看,控制總鐵 <0.5mg/L是完全可以做到的,這種水的腐蝕速率都很低??傝F如達(dá)到1.5mg/L或2.0mg/L時(shí),實(shí)際上腐蝕速度已經(jīng)超標(biāo)??刂蒲h(huán)水的總鐵量除需控制補(bǔ)充水的總鐵量之外,主要改善水的緩蝕性能。 國內(nèi)很多廠的運(yùn)行數(shù)據(jù),總鐵均在1mg/L以下,國外可達(dá)2.0mg/L。

e 氯離子 對于循環(huán)冷卻水中氯離子指標(biāo),不僅國內(nèi)而且在國際上也是眾說紛紜、指標(biāo)各異,由此給設(shè)計(jì)工作帶來很多不便,甚至無所適從。 氯離子指標(biāo)對循環(huán)冷卻水處理影響很大,指標(biāo)不切實(shí)際將導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕損壞或水處理費(fèi)用增加,因此制訂一個(gè)合理的指標(biāo)是非常必要的。本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂的氯離子指標(biāo),其根據(jù)是什么?是否科學(xué)合理?就這一問題做如下說明。

氯離子的腐蝕作用及其影響條件 氯離子是天然水中普遍存在的腐蝕陰離子。氯離子-有極高的極性促進(jìn)腐蝕反應(yīng),又有很強(qiáng)的穿透性,容易穿透金屬表面的保護(hù)膜,造成縫隙腐蝕和孔蝕,特別是對奧氏體不銹鋼造成腐蝕開裂,危害很大,能使水冷器在短期內(nèi)報(bào)廢?;?、煉油、冶金等行業(yè)中很多奧氏體不銹鋼設(shè)備耐氯離子腐蝕性能較差,因此本次修訂是專門針對奧氏體不銹鋼及碳鋼換熱設(shè)備。

影響不銹鋼腐蝕開裂主要因素有如下幾個(gè):

(1)設(shè)備的內(nèi)應(yīng)力,這是在設(shè)備加熱過程中形成的,正規(guī)廠在設(shè)備制做完成后,雖然經(jīng)過熱處理消除應(yīng)力,但仍有殘留,另外設(shè)備在安裝、生產(chǎn)過程中,由于溫度、機(jī)械等因素也都會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,在這些應(yīng)力部位,氯離子很易積聚造成腐蝕。

(2)氯離子的催化作用是在設(shè)備存在有內(nèi)應(yīng)力的情況下產(chǎn)生的,由于氯離子的催化作用而使不銹鋼設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,首先是從點(diǎn)腐蝕、縫隙或腐蝕溝槽上開始,使被破壞的鈍化膜無法修復(fù),故腐蝕不斷加深,直至金屬呈枝狀裂紋而被破壞。有的資料介紹只要每升幾毫克的氯離子,甚至0.2mg/L 氯離子就可產(chǎn)生腐蝕開裂,上海金山化工廠不銹鋼球罐被氯離子腐蝕開裂的實(shí)例也印證了這一結(jié)論。另外,氯離子在縫隙中或污垢下容易富集而產(chǎn)生氯離子高濃度,例如某廠的循環(huán)冷卻水中的氯離子約200 mg/L,但在損壞的殼程水冷器管板與管程連接的縫隙處,氯離子則高達(dá)20000~30000 mg/L,而現(xiàn)場管程水冷器未發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象,原因是殼程水冷器有縫隙并且水流速低,為氯離子富集創(chuàng)造了條件。再有某廠投產(chǎn)僅兩個(gè)月的時(shí)間,大批換熱器就發(fā)生了因腐蝕開裂而泄露,當(dāng)時(shí)循環(huán)冷卻水中氯離子含量僅20~50 mg/L,可見氯離子多少并不是產(chǎn)生腐蝕開裂的唯一因素。

(3)溫度的誘導(dǎo)作用,眾所周知,溫度是化學(xué)反應(yīng)的重要因素,腐蝕開裂也不例外。在拉應(yīng)力和氯離子都存在的條件下,溫度較低腐蝕不明顯,溫度升高則腐蝕開裂加劇。有的資料認(rèn)為奧氏體不銹鋼達(dá)到70°C時(shí)就產(chǎn)生腐蝕。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn),應(yīng)力腐蝕開裂均發(fā)生在水冷器的熱端,即工藝介質(zhì)進(jìn)口端,冷端不產(chǎn)生腐蝕,介質(zhì)溫度小于150°C的水冷器也未發(fā)現(xiàn)過腐蝕開裂。

(4)污垢、水流速也是影響腐蝕的重要因素,這兩個(gè)因素互有因果關(guān)系,流速低不易擴(kuò)散,利于氯離子富集,同時(shí)也易使污垢沉積,加劇氯離子的富集和腐蝕。同樣條件下,殼程設(shè)備較易發(fā)生腐蝕原因也就在此。

國標(biāo)及國際上各廠商的氯離子指標(biāo) 現(xiàn)在國際上還沒有一個(gè)統(tǒng)一的循環(huán)冷卻水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),因此各廠商的標(biāo)準(zhǔn)只是根據(jù)本廠的經(jīng)驗(yàn)確定的。所以標(biāo)準(zhǔn)五花八門、高低不一,有的公司限制很嚴(yán),規(guī)定應(yīng)小于100 mg/L,甚至小于50 mg/L,但有的公司則不太嚴(yán),規(guī)定為<400 mg/L,還有的公司則不限制。出現(xiàn)這種情況主要是各公司受本身經(jīng)驗(yàn)所限和對現(xiàn)代循環(huán)冷卻水處理技術(shù)缺乏了解所致。我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對氯離子的規(guī)定是<300 mg/L。根據(jù)調(diào)查,這一指標(biāo)是偏低的。

對氯離子的防腐措施 針對循環(huán)冷卻水的腐蝕(包括氯離子腐蝕)防護(hù),目前國內(nèi)常用的有兩種方法,一種是藥劑處理法,即在循環(huán)冷卻水中投加阻垢緩蝕藥劑,控制腐蝕,另一種則是材料防腐,選擇抗腐蝕材料制作換熱器,前一種方法是目前廣泛采用的,后一種僅在電力行業(yè)較為普遍。 水處理藥劑法常用的緩蝕劑有鉻酸鹽、聚合磷酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、鎢酸鹽、鉬酸鹽、硅酸鹽、硫酸亞鐵等,由于環(huán)保限制和價(jià)格因素等原因,目前使用最多的是磷系水處理配方,硫酸亞鐵僅在電力行業(yè)使用,用于對銅凝汽器的保護(hù)。磷酸鹽的保護(hù)作用是通過與水中的鈣離子或腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子相結(jié)合,生成以聚合磷酸鈣鐵為主要成份的絡(luò)合物,依靠腐蝕電流電沉積于陰極表面形成沉淀膜保護(hù)金屬不被腐蝕。由于無毒、價(jià)廉而被廣泛采用。 火力發(fā)電廠凝汽器管選材導(dǎo)則。

氯離子指標(biāo)對循環(huán)冷卻水處理的影響 氯離子對循環(huán)冷卻水處理的影響,主要是限制了循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高。我國北方地區(qū),地下水、河水氯離子含量均比較高,以滄州地區(qū)為例,氯離子含量高達(dá)150~200 mg/L,按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),基本上不能直接循環(huán)使用,由此可見氯離子指標(biāo)對節(jié)約用水的制約作用。當(dāng)然,上述水質(zhì)經(jīng)過處理后,還是可以用的,但是脫除氯離子利用一般常規(guī)混凝沉淀過濾的方法是做不到的,必須用離子交換或反滲透膜法進(jìn)行處理,才能脫除氯離子和含鹽量,如此則帶來處理工藝流程的復(fù)雜化、基建費(fèi)用的增加、原材料的消耗(酸堿)、能源的消耗(電力)及管理人員的增多等。

由此可見,氯離子指標(biāo)的提高與循環(huán)冷卻水處理技術(shù)密切相關(guān),可帶來巨大的節(jié)水和經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)某些生產(chǎn)廠的氯離子指標(biāo) 根據(jù)調(diào)查資料,將國內(nèi)一些典型生產(chǎn)廠的循環(huán)冷卻水運(yùn)行氯離子數(shù)據(jù)列表如下:

表2 循環(huán)冷卻水中氯離子含量

廠名 ????????????????循環(huán)冷卻水中Cl-含量(mg/L) ??濃縮倍數(shù) ?Cl-控制指標(biāo) 注

燕山煉化橡膠廠 I循 ??890.75 ???????????????????????5.85 ????<900

II循 ?809.31 ???????????????????????3.44

IV循 ?650~1064 ?????????????????????4.97

上海石化股份有限公司

腈綸部北組循環(huán)冷卻水 最高781 ??????????????????????最高5.1 ?≤800

最低493 ??????????????????????最低3.8 ?平均625.37

平均4.49

secco 循環(huán)冷卻水 ????460~705 ??????????????????????3.04~5.86

盤錦遼河化工有限集團(tuán)公司化肥廠

循環(huán)冷卻水 ?????≥ 230~250 ????????????????????3 ??????<650

(正采取措施將濃縮倍數(shù)提高5)

大慶石化水氣廠一循

循環(huán)冷卻水 ??????260.9 ????????????????????????≥5 ????<300

表中所列各廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的換熱設(shè)備材質(zhì),包括碳鋼和不銹鋼,設(shè)備型式有管程也有殼程。

氯離子指標(biāo)的修訂值 許多著作和研究都對氯離子的腐蝕機(jī)理作了定性分析,但是要從定量分析確定氯離子指標(biāo),目前還是不可能的,因?yàn)闋可娴囊蛩貤l件太多。 本次修訂氯離子指標(biāo),主要還是來自實(shí)踐和一些專家的調(diào)查結(jié)論,最終氯離子指標(biāo)修訂值由現(xiàn)行規(guī)范300 mg/L提高至700 mg/L,雖然現(xiàn)有工廠運(yùn)行的氯離子指標(biāo)高達(dá)1000 mg/L以上,但畢竟不太普遍,為穩(wěn)妥起見,采用平均偏上的指標(biāo)。

根據(jù)前面所述,氯離子的腐蝕不是單一的因素,因此在確定氯離子指標(biāo)的同時(shí),還對換熱器材質(zhì)、水側(cè)壁溫、設(shè)備冷卻水出口的水溫等作了規(guī)定,以保證該指標(biāo)的安全可靠。 附帶說明,氯離子指標(biāo)是在藥劑處理?xiàng)l件下的數(shù)據(jù),采用此指標(biāo)時(shí),其它條件(諸如水流速、濁度、pH值、菌藻數(shù)量等)也應(yīng)符合本規(guī)范的規(guī)定。

f 游離氯 現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定0.5mg/L~1.0mg/L,修訂規(guī)范為0.2~1.0mg/L,現(xiàn)在很多廠的控制指標(biāo)都是0.2~1.0mg/L,實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)在0.15~0.8mg/L,這說明如果水質(zhì)比較好的話,較低余氯量也可控制微生物的生長。

由于近來接連發(fā)生液氯爆炸,運(yùn)輸途中液氯泄露傷人等重大事故,北京市、中石化已明令禁用液氯,在征求意見過程中,也有禁用液氯的建議。對此問題,“規(guī)范”修訂組經(jīng)過調(diào)查認(rèn)為,在使用液氯對循環(huán)冷卻水處理的過程中,從未發(fā)生過重大事故,只要加強(qiáng)管理,嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程,完全可以保障安全生產(chǎn)。而且目前很多單位都在使用液氯,如果立即取消液氯殺菌還有困難,當(dāng)前世界上仍有許多國家的循環(huán)冷卻水處理還在使用用液氯殺菌。況且液氯價(jià)格便宜,使用方便,深受操作人員的歡迎,通過對取消液氯使用單位的調(diào)查,它們還是很愿意恢復(fù)使用液氯的。因此本次修訂仍然保留液氯的使用,只是在推薦排序上做了調(diào)整,畢竟液氯是一種危險(xiǎn)品,在生產(chǎn)、制造、運(yùn)輸和使用各個(gè)環(huán)節(jié)中存在巨大風(fēng)險(xiǎn),從安全角度上講應(yīng)逐漸淡化。

4.2 循環(huán)冷卻水控制指標(biāo)的修訂

a 污垢熱阻值 間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的污垢熱阻值:現(xiàn)行規(guī)范是宜為1.72×10-4~3.44×10-4m2?k/w,修改版改為應(yīng)小于3.44×10-4m2?k/w,并增加了粘附速率指標(biāo)15mg/cm2。 污垢熱阻是一個(gè)很重要的數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)階段它關(guān)系到換熱器的換熱面積大小,也就是設(shè)備投資的多少,運(yùn)行階段則與傳熱效率、能量的消耗、產(chǎn)量的高低密切相關(guān)。

b 腐蝕速率 現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,間冷卻開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)換熱器碳鋼管壁腐蝕率宜小于0.125mm/a,修訂規(guī)范為:碳鋼設(shè)備傳熱面水側(cè)污垢熱阻值應(yīng)小于0.075mm/a。

c 微生物控制指標(biāo) 現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,敞開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水中的異養(yǎng)菌宜小于5×105個(gè)/mL,生物黏量不大于3mL/m3。 這里需要解釋一下,什么是異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌兩類。 自養(yǎng)菌(無機(jī)營養(yǎng)型)能直接利用無機(jī)物如空氣中二氧化碳及無機(jī)鹽類作為營養(yǎng)來源,合成細(xì)胞所需要的碳源,微生物。 異養(yǎng)菌是利用環(huán)境中的有機(jī)碳化合物進(jìn)行氧化發(fā)酵得到細(xì)胞所需要的營養(yǎng)物。

循環(huán)冷卻水中,以異養(yǎng)菌的生長繁殖最快,數(shù)量也最多。它代表水中大部分細(xì)菌的數(shù)量,一般以異養(yǎng)菌的數(shù)量代表水中細(xì)菌總量。 微生物在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中大量繁殖,會(huì)使循環(huán)冷卻水顏色變黑,發(fā)生惡臭,并形成大量黏泥沉積于冷卻塔和換熱設(shè)備內(nèi),隔絕了藥劑對金屬的保護(hù)作用,降低了冷卻塔的冷卻效果和設(shè)備的傳熱效率,同時(shí)還對金屬設(shè)備造成嚴(yán)重的垢下腐蝕,微生物對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的危害較之水垢、電化腐蝕來說更為嚴(yán)重,因此控制微生物的危害是首要的。 循環(huán)冷卻水中生物黏泥量的多少直接反映出系統(tǒng)中微生物的危害程度,因此生物黏量的控制是非常重要的。本次修訂為小于3mL/m3。

d 濃縮倍數(shù) 循環(huán)冷卻水本身的節(jié)水主要體現(xiàn)在濃縮倍數(shù)上,高濃縮倍數(shù)比低濃縮倍數(shù)節(jié)水,但這不是說濃縮倍數(shù)越高越好,因?yàn)闈饪s倍數(shù)大于5則節(jié)水效果不明顯,而且對水處理帶來很大的難度并且在經(jīng)濟(jì)上也需要更多的花費(fèi),根據(jù)目前工廠運(yùn)行的情況濃縮倍數(shù)多在5左右,中石油、中石化的規(guī)定基本也是這個(gè)水平。目前,在新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)上濃縮倍數(shù)也多采用5這一指標(biāo),結(jié)合我國用水和水資源短缺的現(xiàn)狀,本次修訂將現(xiàn)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》中的濃縮倍數(shù)由3提高到5。 濃縮倍數(shù)由3提高到5能節(jié)省多少水呢?我們先作一個(gè)簡單計(jì)算: 在濃縮倍數(shù)1.5~10的條件下,通過對循環(huán)冷卻水量為10000m3/h的計(jì)算得出下表: 計(jì)算條件:氣溫40℃,K值選用0.0016/℃。

表3 不同濃縮倍數(shù)系統(tǒng)的補(bǔ)充水量與排污水量

濃縮倍數(shù)計(jì)算項(xiàng)目 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 10.0

循環(huán)冷卻水量R(m3/h) 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

水溫差Δt(℃) 10 10 10 10 10 10 10 10

排污水量B(m3/h) 320 160 80 53.3 40 32.0 26.7 17.8

補(bǔ)充水量M(m3/h) 480 320 240 213.3 200 192 186.7 177.8

排污水量占循環(huán)冷卻水量的百分比(%) 3.20 1.60 0.8 0.53 0.4 0.32 0.27 0.18 補(bǔ)充水量占循環(huán)冷卻水量的百分比(%) 4.8 3.2 2.40 2.13 2.00 1.92 1.87 1.78

本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂,將濃縮倍數(shù)從3提高到5倍,近上表的計(jì)算結(jié)果,節(jié)水效果能提高0.4個(gè)百分點(diǎn),折合全國節(jié)水量可達(dá)176億m3之多,這是一個(gè)很可觀的數(shù)量。

現(xiàn)在很多新工程項(xiàng)目不僅要求高濃縮倍數(shù),甚至還限制使用新水,可見用水形勢的緊張程度,另外國內(nèi)各行各業(yè)為求節(jié)水也都紛紛研制新的水處理藥劑處理配方,達(dá)到濃縮倍數(shù)5的企業(yè)比比皆是,甚至有少數(shù)企業(yè)已達(dá)到濃縮倍數(shù)10以上,可見這一指標(biāo)還是可以作到的,雖然由此可能引起一些運(yùn)行費(fèi)用的增長,但是面對有限的水資源和經(jīng)濟(jì)建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的需要,孰重孰輕顯而易見。 冶金、電力行業(yè)在制定水平衡方案時(shí)往往為了滿足串級用水(沖灰等)的需要,加大循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的排污水量,因而降低了濃縮倍數(shù),但是只要減少新鮮水用量,濃縮倍數(shù)不受此限。

4.3 擴(kuò)展了間冷閉式循環(huán)冷卻水處理的內(nèi)容

現(xiàn)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》關(guān)于間冷閉式系統(tǒng)的條文只有十條規(guī)定,普遍反映缺少可操作性,此次修訂根據(jù)大家的意見,增訂至十六條,主要內(nèi)容包括密閉系統(tǒng)的水質(zhì)指標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算、阻垢緩蝕和清洗予膜等。

4.4 增加了直冷循環(huán)冷卻水處理內(nèi)容

直冷循環(huán)冷卻水主要用于冶金、電力行業(yè),化工也有少量應(yīng)用,由于直冷循環(huán)冷卻水的用水量很大而且水質(zhì)較差,含有多種有害物質(zhì),增大了水處理的難度,并且系統(tǒng)排污水也會(huì)造成環(huán)境的污染,有關(guān)行業(yè)迫切需要一本規(guī)范作為設(shè)計(jì)依據(jù)。目前國內(nèi)尚無這方面的國標(biāo)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制定這部分標(biāo)準(zhǔn)將對節(jié)水減少污染起很大作用。 主要增訂內(nèi)容包括直冷循環(huán)冷卻水水質(zhì)指標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、阻垢緩蝕處理、沉淀過濾處理、泥漿處理等內(nèi)容。

4.5 增加了再生水處理內(nèi)容

污水經(jīng)處理后(即再生水)用作循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的作法,在國內(nèi)使用還不普遍,國際上已被一些較發(fā)達(dá)的國家廣泛采用。該方法對于節(jié)約水資源很有成效。本次修訂就此內(nèi)容增加了一章兩節(jié),主要內(nèi)容為一般規(guī)定、水質(zhì)指標(biāo)、深度處理工藝及一些關(guān)鍵設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

4.6 加酸處理

這次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂增加了加酸處理的內(nèi)容,早在規(guī)范第一版《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》GBJ50-83中就有加酸內(nèi)容,但在第二版《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》GB50050-95中刪去,到目前修訂版又把加酸處理內(nèi)容加了進(jìn)來,這不是簡單的重復(fù),而是螺旋上升,早期的加酸處理,由于加酸量不易控制,同時(shí)又受到緩蝕劑性能的限制,擔(dān)心加酸過量引起腐蝕,因此規(guī)范中不推薦這一方法。但是隨著投加設(shè)備和控制水平的改進(jìn),以及新配方的開發(fā),加酸處理的優(yōu)越性突現(xiàn)出來,這個(gè)方法既經(jīng)濟(jì)又簡便,很多廠家都采用此法提高濃縮倍數(shù)。

4.7 水質(zhì)分析資料的校核

本次規(guī)范修訂增加了水質(zhì)分析資料的校核計(jì)算,準(zhǔn)確無誤的水質(zhì)資料室循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。 規(guī)范中推薦的校核公式是基于水的電中性這一性質(zhì),公式單位完全符合國際規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)單位,避免因用毫克當(dāng)量/L。公式如下: 式中 —陽離子毫摩爾濃度(mmol/L); —陰離子毫摩爾濃度(mmol/L); —陽離子電荷數(shù); —陰離子電荷數(shù)。分析誤差≤2%。

4.8其它

除了上述修訂之外,在總則、術(shù)語、符號(hào)、旁流水處理、補(bǔ)充水處理、排水處理、藥劑貯存和投配、監(jiān)測控制和檢測各章均作了一些修訂。

4.9 與國外標(biāo)準(zhǔn)的比較

目前國際上還沒有循環(huán)冷卻水處理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),國內(nèi)現(xiàn)行的循環(huán)冷卻水處理標(biāo)準(zhǔn)是我國獨(dú)有的型式,當(dāng)初在編制《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》第一版時(shí),主要的技術(shù)和指標(biāo)還是來自國外一些大型水處理公司,當(dāng)時(shí)國內(nèi)在循環(huán)冷卻水處理技術(shù)上還有很大差距。但是經(jīng)過20多年的努力和趕超,國內(nèi)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)和設(shè)計(jì)指標(biāo)已接近或達(dá)到國際水平,下面是本次修訂的一些水處理數(shù)據(jù)與國外大型水處理公司的比較。 由于各公司保密的原因,表中數(shù)據(jù)有些為上世紀(jì)80~90年代的指標(biāo)。

修訂后的《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)與國外水處理公司標(biāo)準(zhǔn)比較

項(xiàng)目 ????修訂標(biāo)準(zhǔn) ??????N公司 ??????K公司 ??????G公司

pH ??????6.8~9.5 6.8~9.5 7.0~8.5 <8.7

濁度NTU 10~20 10~20 20

電導(dǎo)率 μS/cm <4500 <2500 <6000

鈣硬度+甲基橙 堿度 mg/L ≤1100 總硬度mg/L 200~300 鈣硬度mg/L ≤900 50~400 M-堿度mg/L 80~200 30~300

T-Fe mg/L ≤1.0 <1.0 <2.0臨界值 <3.0

AL3+ mg/L ≤0.5 <0.5

Cu2+ mg/L ≤0.1 <0.1

Cl- mg/L 殼程≤700不銹鋼 管程≤1000碳鋼 不銹鋼 ≤500不銹鋼 ≤1000碳鋼 <300 <200

二氧化硅mg/L <175 <130 <150

游離氯mg/L 0.2~1.0 0.2~0.8 0.2~0.5 0.2~0.5

CODCrmg/L <100 <85

異養(yǎng)菌 個(gè)/mL ≤1×105 <1×105 <1×104 <1×105

黏泥量 mL/a ≤3 <3 腐蝕速率 mm/a 碳鋼≤0.075 銅、銅合金、不銹鋼≤0.005 碳鋼≤0.075 銅<0.0075 不銹鋼<0.005 粘附速率 mg/cm2?月 ≤15 煉油行業(yè)≤20 <15 <15 污垢熱阻m2?K/W 1.72×10-4~3.44 x10-4 3.44×10-4

濃縮倍數(shù) 5 5~6

從上表的對比數(shù)值可以看出在循環(huán)冷卻水處理控制指標(biāo)方面,基本已達(dá)到國際水平,有的水處理指標(biāo)甚至超過它們,但是在水處理藥劑質(zhì)量、自動(dòng)監(jiān)測和控制方面還有一些差距。

5 .關(guān)于《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》執(zhí)行有難度的條款說明

5.1腐蝕率

在修訂稿征求意見時(shí),有的藥劑生產(chǎn)廠家提出,碳鋼腐蝕率0.075mm/aa不易做到,希望降低到0.1mm/a,這一標(biāo)準(zhǔn)的制定主要是根據(jù)中石化、中石油、化工等行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù),說明現(xiàn)有的水處理技術(shù)是完全可以達(dá)到的。提意見的廠家也表示,不是做不到,而是具有一定難度,規(guī)范的制訂就是要有一定程度的先進(jìn)性,并且經(jīng)過努力可以做到的,這才體現(xiàn)規(guī)范推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的作用。

5.2 濁度

對濁度的標(biāo)準(zhǔn),主要是電力部門有些意見,電力部門的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是懸浮物200~400mg/L,相差這么大的原因是發(fā)電廠的凝汽器采用FeSO4成膜,配合膠球清洗,所以水中懸浮物指標(biāo)很高。規(guī)范中對此給予了說明。

5.3 濃縮倍數(shù)

在征求意見的過程中,對于濃縮倍數(shù)5的規(guī)定,有的專家有不同意見。認(rèn)為應(yīng)區(qū)別豐水和缺水地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。濃縮倍數(shù)5的規(guī)定不論是技術(shù)上還是企業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù),都不成問題。從我國水資源短缺的情況,無論是豐水或缺水地區(qū)都應(yīng)節(jié)水,不過大家的意見也有些道理,因此《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》把不應(yīng)低于5,改為不宜低于5,不應(yīng)小于3.0。

6 .工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)深度和施工圖審查要點(diǎn)

6.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要包括如下內(nèi)容:

1)循環(huán)冷卻水量,溫度降,系統(tǒng)劃分

2)補(bǔ)充水水質(zhì)資料、水量和處理方案

3)設(shè)計(jì)濃縮倍數(shù)、阻垢緩蝕處理方案

4)系統(tǒng)排水處理方案

5)旁流水處理方案

6)微生物處理方案

7)污垢熱阻、腐蝕率、微生物指標(biāo)的確定

6.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)審查:

7 .《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)修訂版的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

7.1節(jié)約用水

本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂將濃縮倍數(shù)從3提高到5,節(jié)水效果是很明顯的,根據(jù)計(jì)算節(jié)水效果可提高0.4個(gè)百分點(diǎn),到2010年全國總用水量可達(dá)6000億m3,其中工業(yè)用水為20%,而循環(huán)水補(bǔ)充水則占工業(yè)用水70%,以此計(jì)算,每年可節(jié)水140億m3,相當(dāng)于北京市(34.5億m3)4年的用水量,按北京市工業(yè)用水現(xiàn)行價(jià)格5.6元/m3計(jì)算,每年可節(jié)約資金748億元,這是直接經(jīng)濟(jì)效益。間接效益還有減少水源規(guī)模和輸配水管網(wǎng),減少水處理藥劑量,減少動(dòng)能消耗等,總體算來經(jīng)濟(jì)效益是非常巨大的。本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂增加了再生水用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水的內(nèi)容,這是節(jié)約用水減少環(huán)境污染的又一有效措施。根據(jù)化工行業(yè)的統(tǒng)計(jì),工業(yè)污水和生活用水約占總水量的1/5,清凈排水約占1/6,合計(jì)約為2/5,如果只利用其中的50%,則總水量即為240億m3/年,可見節(jié)水效益是十分顯著的。當(dāng)然有些地區(qū)單從經(jīng)濟(jì)上計(jì)算可能不十分劃算,但從全局角度,從可持續(xù)發(fā)展、以人為本的方針政策出發(fā),還是必須作為的。

7.2腐蝕速率

本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂將碳鋼設(shè)備的腐蝕速率“宜小于0.125mm/a”降低至“應(yīng)小于0.075mm/a”,將延長設(shè)備使用壽命1.67倍,降低設(shè)備折舊率,延長檢修周期。

7.3其它

本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂增加了直冷循環(huán)冷卻水處理和再生水處理內(nèi)容,擴(kuò)大了《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》的覆蓋面并且條文更具可操作性,更加方便在設(shè)計(jì)中貫徹執(zhí)行。另外對系統(tǒng)含磷污水的排放,除了規(guī)定必須處理之外,而且還提供了處理方法,切實(shí)地解決了污染問題。

8 .《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂標(biāo)準(zhǔn)的初步評價(jià)

8.1對修訂《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》版本的反響

本次《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂很受循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)、研究、服務(wù)工作人員的歡迎,他們對規(guī)范的作用寄予了很大希望,如回信中有的同志表示“深感水處理行業(yè)工作沒有一個(gè)強(qiáng)有力的法律依據(jù),工作起來很被動(dòng)”,“隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,尤其是水處理行業(yè)的發(fā)展,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場需要,急切盼望有一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)”,這充分表明本次修訂是非常必要的。在新版《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》征詢意見稿寄出以后,廣大水處理專家和行業(yè)工作者,均十分負(fù)責(zé),極其認(rèn)真、逐字逐條的對規(guī)范修訂稿進(jìn)行了審查,提出了很多寶貴、中肯的意見,并對規(guī)范修訂稿予以肯定,如有的專家在回文中講到:“《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂稿與原規(guī)范相比,增加了很多新內(nèi)容,使本規(guī)范內(nèi)容更加豐富、更有可操作性,是一本比較好的規(guī)范”,也有同志講到“我感到《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》‘修訂稿’總體說來,比原稿大有提高和改進(jìn),已經(jīng)考慮到這十多年國內(nèi)外水處理技術(shù)的發(fā)展,同時(shí)也結(jié)合了國內(nèi)的節(jié)水形勢和日益嚴(yán)格的要求。我感到你們作了大量調(diào)查研究,有很大成績”。從上述反映看來,規(guī)范修訂稿得到了廣大專家和專業(yè)工作者的認(rèn)可。

8.2《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂稿的評價(jià)

《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂版于2006年12月21日在北京召開審查會(huì),邀請全國水處理專家參會(huì)審查,《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理規(guī)范》修訂版獲得通過。審查結(jié)論如下:

1) 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂思想明確,符合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體方針和政策。著力貫徹節(jié)水、節(jié)能、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境和安全生產(chǎn)的原則和理念。

2) 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂稿比編訂過程符合建設(shè)部的有關(guān)規(guī)定和要求。修訂組認(rèn)真、負(fù)責(zé)、細(xì)致地做了大量調(diào)研工作,充分聽取了各行業(yè)和各方面專家的意見。

3) 修訂稿涵蓋了國內(nèi)循環(huán)冷卻水處理的全部內(nèi)容;文字簡煉,表達(dá)科學(xué)準(zhǔn)確,具有可操作性;充分反應(yīng)了國內(nèi)三十年來水處理技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)技術(shù),并吸收了適合我國國情的國外先進(jìn)技術(shù);規(guī)范中的重要內(nèi)容和技術(shù)指標(biāo)已與國際接軌,有些指標(biāo)還高于國外水平。

同時(shí),修訂組也未水處理技術(shù)的發(fā)展留有發(fā)展空間??梢哉J(rèn)為這是一份基本達(dá)到國際先進(jìn)水平和具有國際前瞻性的規(guī)范。

本文作者:中國工程工業(yè)給水排水專業(yè)委員會(huì):薛樹森。