冶金業(yè)循環(huán)水體系研究

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1高壓靜電離子棒的工作原理

高壓靜電離子棒是當今世界上水處理領域中一種新的高科技產(chǎn)品,可廣泛應用在以下領域的循環(huán)水中[1-4]:(1)熱電行業(yè)上的冷卻凝汽器、冷油器、冷風器;(2)鋼鐵冶金行業(yè)上各種加熱爐的爐體系統(tǒng);(3)煉油化工行業(yè)上各種反應器和冷卻器;(4)空調(diào)制冷行業(yè);(5)游泳池里用來殺菌滅藻,進行水質更新等。循環(huán)水在流經(jīng)電子離子棒產(chǎn)生的高壓靜電場時,會受到離子棒周圍產(chǎn)生的靜電場的影響,使具有極性的H2O的偶極距增大,而溶解在水中的Ca2+、Mg2+和CO2-3等離子被這些水分子所包圍,從而減少了彼此間的有效碰撞,降低了正負離子間的運行速度,阻止了污垢的形成;同時在靜電場的作用下,水分子增加了與碳酸鹽、硫酸鹽等正負離子的水和能力,因而加快了對已在管壁和設備壁面上形成水垢的溶解速度,使已形成的水垢逐漸松散、龜裂,直至脫落,達到除垢的目的。同時高壓靜電場還會使水體中產(chǎn)生一定的電子密度,將溶解在水中的空氣與水體一起產(chǎn)生如O2-、H2O2、羥基自由基等活性氧,這些活性氧可有效地把系統(tǒng)中的管道和設備表面進行氧化,使其表面形成一層微薄的氧化膜,隔絕水中的氧與金屬壁面直接接觸,達到防腐蝕的目的;這些活性氧還能破壞生物細胞的離子通道,改變細菌和藻類的生物場,起到殺菌滅藻的作用,其效果比氯氣好得多。

2原工業(yè)循環(huán)水使用情況

山東省冶金建設開發(fā)公司為解決循環(huán)水在系統(tǒng)管道和設備壁面上結垢的問題,曾根據(jù)循環(huán)水的分析結果每周向水中添加阻垢緩蝕劑,并根據(jù)其濃縮倍數(shù)的高低,不定期換水,以求達到防垢緩蝕的目的。在炎熱的夏季里,還要向循環(huán)水中加入適量的JS-36型殺菌剝離劑進行殺菌滅藻,有時為減少費用,還向循環(huán)水中加入少量的氯水代替殺菌劑。盡管采取了防垢除藻的措施,但仍不能根除管道和設備壁面上結垢、生藻的現(xiàn)象,特別是在一些溫度偏高、流速過緩的設備傳熱壁面上還會出現(xiàn)較為嚴重的結垢現(xiàn)象,比如在一級氯氣冷卻器的列管外壁上就因結垢嚴重,使流經(jīng)一級冷卻器出來的氯氣溫度高達60℃,給二級冷卻器增加了更大的負擔,這樣就使為二級冷卻器供5℃水的機組必須增加運行的負荷,才能滿足冷卻的需要,為此在滿負荷運行狀態(tài)下的5℃水機組經(jīng)常出現(xiàn)不減載或自停的現(xiàn)象,使氯氣的冷卻效果難有保障,造成氯氣中的含水量有時超過3×10-4指標的要求,為此迫使電解生產(chǎn)在低負荷狀態(tài)下運行,降低了生產(chǎn)經(jīng)濟效益。該公司于2008年5月新上了1臺用來生產(chǎn)氯化氫氣體的石墨二合一爐,該設備在運行不到1個月的時間,其石墨外壁就出現(xiàn)結垢的現(xiàn)象,影響石墨的傳熱性,同時加上爐膛內(nèi)的爐溫比較高,使二合一爐內(nèi)的石墨外壁在燃燒火焰處出現(xiàn)了石墨龜裂和剝落,導致加在循環(huán)水中的防垢劑不起作用,這樣,造成了石墨爐的石墨外壁出現(xiàn)過5次龜裂和剝落,導致頻繁地開停爐,嚴重影響了生產(chǎn)的正常進行。當出現(xiàn)輕度石墨剝落時,用酚醛進行粘接維修,當剝落嚴重時還要把石墨爐體送回廠家去更換一段新的筒體,而在每次修復以后,都要對爐夾套進行酸洗處理,二合一石墨爐就這樣斷斷續(xù)續(xù)地開了1年多。因石墨外壁的剝落,導致爐夾套內(nèi)的冷卻水濺進爐膛內(nèi),致使爐膛內(nèi)的石英燈頭損壞4套,使生產(chǎn)受到很大影響。

3循環(huán)水系統(tǒng)中安裝離子棒后的使用情況

3•1初次使用的情況

鑒于上述原因,于2009年3月在循環(huán)水的總管和送去鹽酸生產(chǎn)工序的支管路上各安裝了1臺高壓靜電離子棒,通電運行1周后,循環(huán)水質硬度上升十分迅速,Ca2+含量由原來的300mg/L上升到726mg/L。于是進行不定期地換水,如此持續(xù)運行了2個多月,水質一直處在渾濁狀態(tài),在此期間,特別關注鹽酸工序中石墨二合一爐的運行情況,并利用停爐的機會,排凈夾套內(nèi)存水,打開安裝在二合一爐下部金屬外殼上的玻璃視鏡法蘭,檢查其石墨外壁的結垢情況,發(fā)現(xiàn)石墨外觀基本呈原色,沒有明顯結垢的現(xiàn)象發(fā)生。于是用自來水把夾套底部沉積的淤泥沖洗干凈,再開車運行。直到2009年6月中旬,由于氣溫驟然升高,1臺循環(huán)水泵的流量明顯不足,工序上各物料的冷卻效果不理想,便開啟了循環(huán)水工序的3#備用泵。但因為3#泵入口的管口距池底部距離短,所以把沉積在池底部的淤泥和水一起抽上來,導致整個循環(huán)水的水質變得渾濁,其濁度高達4×10-5。在這種情況下,整個系統(tǒng)運行了10天左右便發(fā)現(xiàn)鹽酸二合一石墨爐的石墨外壁又出現(xiàn)爆壁剝落的現(xiàn)象,而且從一級鈦冷卻器里出來的氯氣溫度也由原來的46~48℃上升到59~61℃,進出冷卻器的循環(huán)水的溫差變化也很小,因此判斷一級鈦管冷卻器的列管上又結垢了。

3•2離子棒失靈原因與解決措施

離子棒在循環(huán)水系統(tǒng)應用的一段時間里,確實在管道和設備上起到了除垢防垢的作用,而且效果十分明顯,可是在離子棒應用3個月后出現(xiàn)失靈,為此,分析查找原因。先把鹽酸工序石墨二合一爐內(nèi)的存水放凈,在放水的過程中,爐夾套內(nèi)的存水都變成泥漿狀,濁度非常高。把安裝在鹽酸工序循環(huán)水支管路上的離子棒卸下來進行檢查,發(fā)現(xiàn)整個離子棒的表面上都粘滿了淤泥,厚約有1•5mm。在擦拭離子棒上的淤泥后測試其靜電場的性能不變,但粘滿淤泥的離子棒的電性卻大大地減弱。因此認為,導致離子棒失靈的原因是循環(huán)水的濁度高于指標要求2×10-5以下。離子棒上被循環(huán)水中的淤泥粘滿,導致其通電時的靜電場衰弱,再加上石墨二合一爐夾套內(nèi)的水流速緩慢,濁度高的水中的淤泥便逐漸沉積在夾套內(nèi),導致循環(huán)水在局部環(huán)境里的濁度很高,改變了夾套內(nèi)循環(huán)水的自由靜電場,所以在爐夾套內(nèi)溫度偏高的底部石墨外壁上又重新出現(xiàn)一層軟垢,從而影響了石墨的傳熱性能,再次導致石墨外壁出現(xiàn)爆壁剝落的現(xiàn)象?；谏鲜鲈?在電解停車換電槽時停止循環(huán)水泵的運行,檢查安裝在總管上的離子棒,發(fā)現(xiàn)棒上也吸附一層薄薄的軟泥。與此同時,在處理一級鈦管氯氣冷卻器夾套內(nèi)存水時,同樣也發(fā)現(xiàn)排放出的存水夾帶著大量的淤泥。為徹底把夾套內(nèi)的淤泥清理干凈,開啟循環(huán)水泵沖洗夾套內(nèi)的列管間隙,于是大量的淤泥隨水被沖洗出來,這證明了電子離子棒在除垢、防垢方面是有效果的。為使電子離子棒能更好地發(fā)揮其作用,把鹽酸工序的石墨二合一爐上的冷卻水進口改為兩路:一路仍沿原路走底部;另一路在爐壁上重新開一直徑為50mm的進水口,在爐火燃燒部位進水,使大量的冷卻水從這里進去,直接去冷卻爐膛內(nèi)的高溫處,盡量使該處的水流呈湍流狀態(tài),從而避免水中懸浮雜質被吸附在石墨外壁;而從底部的進水量被控制得很小,處于穩(wěn)流狀態(tài),以便讓循環(huán)水中的淤泥沉降下來,并定期排放,以徹底解決石墨二合一爐夾套內(nèi)結垢的問題。為了使電子除垢的效果更好,在去氯氫處理工序冷卻水的支管上增加1臺同樣的電子離子棒,使水中靜電場的強度能與所要冷卻的設備總量相匹配,確保整個氯氫處理系統(tǒng)內(nèi)的每1臺設備都能在強的水中靜電場保護之中,完全實現(xiàn)除垢、防垢的目的。為使循環(huán)水中的濁度能降低到最低水平,從而增加換熱界面的冷卻效率,提高設備的工作能力,讓電子離子棒處在正常的濁度要求范圍內(nèi)工作。最終決定把導致水質變渾濁的3#水泵停下,開啟2#水泵和1#水泵一起為系統(tǒng)供水,因此避免了循環(huán)水池中的淤泥在循環(huán)水系統(tǒng)中反復地流動和沉積。同時還借鑒兄弟廠家循環(huán)水運行的成功經(jīng)驗,把原來閑置未用的砂濾器用來過濾循環(huán)水和向循環(huán)水池中補充的自來水(黃河水),讓循環(huán)水中被離子棒除下來的淤泥和懸浮物一起被砂濾器過濾下來,保證循環(huán)水質的穩(wěn)定和減少排水量,并要求定期排放被冷卻設備內(nèi)的底部存水,進一步解決溫度高、流速慢的設備內(nèi)循環(huán)水水質不穩(wěn)的問題。通過采取以上有效的措施,循環(huán)水的濁度小于5×10-6,Ca2+含量小于3×10-4,完全達到了離子棒工作條件的要求,因而電子離子棒在循環(huán)水系統(tǒng)中更好地發(fā)揮了其除垢、防垢以及殺菌滅藻的作用。

4靜電離子水處理離子棒的優(yōu)越性

在循環(huán)水系統(tǒng)中使用靜電水處理離子棒比加阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑時的水質更清、更好,同時還有以下優(yōu)點:(1)減少了加藥時的勞動強度,只需定期地巡檢電子離子棒的運行是否正常即可。(2)應用電子離子棒是一次性投資,可以使用8~10年,因此節(jié)省了購買阻垢緩蝕劑和殺菌滅藻劑的費用,每年可節(jié)約費用3萬余元,同時還比原來少排2/3的水量。過濾循環(huán)水的砂濾器每周只需強制反沖1次,而每次用水量僅為30mL左右。(3)因為水質穩(wěn)定,也減少了水質分析頻率和分析費用。水質分析由原來的每天1次,可改為每周1次,1年就可以節(jié)約分析費用達3萬余元。(4)電子離子棒替代化學法處理循環(huán)水,使操作和管理簡單化,節(jié)約了勞動力,也避免了因人工加藥不規(guī)范而引起的不良后果。

5應用高壓靜電離子棒時的注意事項

(1)必須有良好的接地設施,系統(tǒng)內(nèi)的水必須全部持續(xù)地流過靜電場。(2)離子棒只能安裝在金屬管道上,必須與金屬管道形成穩(wěn)流的靜電場,且管徑不能小于76mm,長度不得小于20m(非金屬管道使用時,需要輔助電極)。(3)對于已有嚴重結垢的老系統(tǒng),要時刻注意局部排污或對水進行過濾,以防對管路和設備堵塞,造成設備內(nèi)部局部水的濁度大于2×10-5,使電子離子棒失效。(4)要注意加強對流速緩慢和溫度偏高設備的底部循環(huán)水進行定期排污。(5)要根據(jù)水質的濁度情況,不定期地對離子棒表面進行淤泥清理,以確保其良好的使用效果。

6結語

靜電離子水處理離子棒在循環(huán)水上的成功應用,是在管道和設備上采用新的除垢、防垢、殺菌滅藻方法上實現(xiàn)了新的突破,在循環(huán)水系統(tǒng)中真正地實現(xiàn)了循環(huán)水排放綠色環(huán)保、節(jié)能降耗的目的。