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循環水處理中自動加藥設備應用分析

現代工業系統中, 循環水系統具有舉足輕重的作用, 循環水水質的好壞直接關系到換熱設備的壽命、生產的能耗, 甚至產品的品質。目前, 投加水質穩定劑是一種最常用、效果最直觀的循環水處理方法, 也被設計人員廣泛接受。但是, 在實際的設計工作中, 通常的循環水加藥設備往往只是幾個藥劑桶和計量泵。實踐證明, 這樣簡單的配置和控制, 遠不能滿足現代工業/ 高品質、低能耗0的要求。本文通過介紹某水泥生產線循環水處理項目的設計實例, 簡要闡述循環水自動加藥設備的應用及控制原理。
  1 系統概況
  某水泥生產線共有2 個獨立的循環冷卻水系統, 各采用1 套自動加藥設備往往只是幾個藥劑桶和計量泵。實踐證明, 這樣簡單的配置和控制, 遠不能滿足現代工業/ 高品質、低能耗0的要求。本文通過介紹某水泥生產線循環水處理項目的設計實例, 簡要闡述循環水自動加藥設備的應用及控制原理。
  1 系統概況
  某水泥生產線共有2 個獨立的循環冷卻水系統, 各采用1 套自動加藥設備對循環水進行處理。現僅以1# 系統為例, 介紹系統情況及其自動加藥設備。
  該系統設計循環水量為1 080 m3 / h, 換熱溫差55 e , 采用敞開式循環冷卻系統, 二級換熱。若按通常的設計, 循環水系統的加藥和排污均由人工控制, 具有很大的隨意性, 所以循環水的濃縮倍數往往偏低。在很多工業系統已有的循環水系統中, 濃縮倍數一般都在2. 5 左右, 若以此計算, 該系統補水量約172. 6 m3 / h, 排水量約69. 1 m3 / h。該系統的加藥操作采用了SC ZY05CBS 自動
  加藥設備, 可實現補水流量、系統電導率、pH 等主要水質參數的在線監控, 并可預設擬控制的濃縮倍數, 從而實現自動加藥、自動排污, 并能精確控制系統的濃縮倍數。實際運行中, 系統的濃縮倍數基本穩定在設計值( K = 4) 左右, 以此計算, 系統補水量約138. 1 m3 / h, 排水量約34. 5 m3 / h。
  2 濃縮倍數
  濃縮倍數是敞開式循環冷卻水系統設計中的重要參數, 其大小直接關系到循環水的補水量和排水量, 而循環水的加藥量是根據排水量確定, 因此濃縮倍數的控制對于生產單位節省能耗、減少運行費用至關重要。
  以上述系統為例, 比較濃縮倍數K = 2. 5 和K= 4 時, 補水量、排水量、年加藥量和年運行費用之間的差別, 比較結果見表1。
  表1 濃縮倍數差異比較
  
  注: 加藥濃度按100 mg/ L 計; 當地水費按1 元/ m3 計; 表中的藥
  劑僅指阻垢緩蝕劑( 按1. 5 萬元/ t 計) , 殺生劑采用沖擊投加, 耗量與
  濃縮倍數無關。
  當對循環水系統的濃縮倍數和藥劑投加量進行自動控制后, 該系統每年的補水費用節省約30 萬元, 藥劑費用節省約45 萬元。由此可見, 通過一系列高精度在線監控儀表和自動加藥設備, 精確控制整個循環水處理的運行過程, 每年節省的運行費用相當可觀。
  3 自動加藥設備控制原理
  循環水系統自動加藥設備工作原理見圖1。
  
  圖1 循環水自動加藥設備工作示意
  3. 1 自動排污單元
  循環水處理中, 排污量直接關系到濃縮倍數的控制。在循環流量和換熱溫差一定的條件下, 排污量越大, 系統的濃縮倍數越小; 反之, 系統的濃縮倍數越大。一般的循環水系統濃縮倍數是采用補充水中某種離子濃度與循環水中該離子濃度的比值來確定的。
  如果系統中不投加含氯殺生劑, 那么一般以Cl-作為參照離子, 因為Cl- 在循環水中較穩定, 且易于檢測。如果系統投加含氯殺生劑, 則一般采用K+ 、Na+ 等離子作為參照離子。但是, 在濃縮倍數的在線監測和控制的應用中, 一般通過在線監測電導率, 由補充水和循環水的電導率比值來估算。這是因為: ①直接監測Cl-、K+ 、Na+的傳感器非常昂貴, 不適合普通工業系統的應用; ②電導率比值與濃縮倍數具有較好的相關性, 且該類傳感器的工業應用較成熟。
  一般來說, 自動排污單元中只需配置1 套電導率監測裝置, 當其達到預設值時, 可自動開啟排污閥門。但是, 當補充水水質變化較大時, 建議在補充水和循環水管路上分別安裝電導率監測裝置, 并通過兩者測得電導率的比值來控制排污閥門的啟閉。
  3. 2 阻垢緩蝕劑投加單元
  阻垢緩蝕劑正常發揮作用的關鍵是保持循環水系統內藥劑濃度達到設計要求, 因此當系統排污, 藥劑隨排污水一起流失時, 需按排污流失的藥劑量進行補充。但是, 對于一般循環水系統( 尤其是老系統) , 其流失的水不僅是排污, 還有少量的風吹、濺射損失, 以及跑、冒、滴、漏等難以計量的損失。因此,
  對于這些系統, 可根據補水量和系統控制的濃縮倍數來確定實時加藥量。
  3. 3 殺生劑投加單元
  循環水系統的殺生劑一般以氧化性殺生劑為主, 非氧化性殺生劑為輔, 在控制循環水系統中菌藻滋生的同時降低費用。投加方式一般采用沖擊投加, 即短時間內, 使系統內殺生劑達到較高濃度, 殺滅系統內的菌藻等微生物。投加頻率需根據藥劑特性和系統情況采用時間控制器進行控制。
  另外, 當阻垢緩蝕劑和殺生劑聯合使用時, 應充分考慮藥劑之間的配伍性能, 例如: 阻垢緩蝕劑是否具有抗氧化性或抗氯性, 當投加氧化性殺生劑或氯
  系殺生劑時, 對阻垢緩蝕劑的功效是否有影響等。
  3. 4 加酸單元
  對于一些補充水屬于高硬高堿水的系統, 建議采用加酸的方法來控制系統的pH, 從而控制循環水的結垢趨勢。1946 年Ry znar[ 1] 就提出了用RSI指數來判斷水體的結垢和腐蝕趨勢的理論。對于高硬高堿水, RSI< 6, 系統具有結垢趨勢, 加入適量的酸, 可降低水體的pH, 從而增大RSI。當RSI= 6時,可認為系統屬于穩定狀態, 既不結垢也不腐蝕。但是, 如果加酸過量, 使RSI> 6, 系統又會出現腐蝕趨勢。因此, 通過在線儀表的監控, 精確投加酸液, 能將系統控制在穩定狀態。一般情況下, 控制系統的RSI= 5( 輕微結垢) 左右, 再輔以少量阻垢緩蝕劑,對于控制高硬高堿補充水的循環水系統水質穩定還是比較有效的。如圖1 所示, 流量傳感器安裝在補水管上, 測得的流量值傳送至控制器, 由控制器發出指令, 調節穩定劑投加計量泵的沖程或頻率。在系統的旁路管道上, 分別安裝流量開關、pH 傳感器、電導率傳感器。流量開關用于偵測系統的運行狀態, 如果系統停止運行( 無水流) , 自動加藥設備也自動停止運行。pH傳感器將測得的數字傳送至控制器, 由控制器發出指令, 調節酸液計量泵的沖程或頻率。當pH 傳感器測得數值達到補充水的若干倍時, 控制器將控制排污電動閥開啟, 自動進行排污, 直至電導率再次回到正常范圍。
  4 結語
  總之, 在進行循環水處理的設計時, 設計人員的工作不應僅僅是提出設計方案, 更應對所采用的水處理設備的性能有所了解, 確保水處理設備的工作性能滿足設計要求。否則, 即使提出的設計方案很合理, 如果最終使用的設備難以滿足設計要求, 設計人員的方案還是難以實現。
  參考文獻
  1 周本省. 工業水處理技術. 北京: 化學工業出版社. 2002
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