全面型循環(huán)冷卻水水質(zhì)自動控制解決方案

方案背景

隨著工業(yè)的發(fā)展和生活的需要，水的用量急劇增加。因此，節(jié)約水資源如同節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境一樣，成了當(dāng)務(wù)之急。節(jié)約用水最大的潛力是節(jié)約工業(yè)冷卻水，采用循環(huán)冷卻水是節(jié)約水資源的一條重要途徑，但循環(huán)冷卻水結(jié)垢、腐蝕比較嚴(yán)重，容易滋生菌藻，以致影響設(shè)備的傳熱效率，威脅設(shè)備的使用壽命，因此對循環(huán)冷卻水進(jìn)行水質(zhì)穩(wěn)定處理是必不可少的。

本設(shè)計方案就是：通過一系列的過程控制，在達(dá)到要求的濃縮倍數(shù)（K=4.0）的情況下，滿足循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的過程要求。其循環(huán)冷卻水工程主要有以下過程控制要求：

1、投加一定量的阻垢劑，減少循環(huán)冷卻水對冷卻介質(zhì)的熱交換器的腐蝕，并控制其腐蝕速率達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)

2、通過對系統(tǒng)自動補(bǔ)充潔凈的水源以平衡由于：蒸發(fā)、風(fēng)吹、排污等水量的損失，以維持循環(huán)冷卻水的水量平衡，進(jìn)而維持循環(huán)水的電導(dǎo)率等相對恒定

3、通過在線控制，自動投加定量的殺菌劑，以防止微生物的滋生，減少生物污泥量和減少對系統(tǒng)管路、換熱器等的腐蝕

4、通過旁路凈化系統(tǒng)，使循環(huán)冷水的懸浮物（SS）濃度處于相對低值，以減少系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢

通過上述過程的控制，可實(shí)現(xiàn)以下目的：

（1）達(dá)到循環(huán)冷卻水要求的濃縮倍數(shù)，從而節(jié)約大量的水源，并且可降低生產(chǎn)成本；

（2）循環(huán)冷卻水對管路和換熱器的腐蝕速度達(dá)到要求的相對低值；

工藝的確定

在循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過程中，尤其是冷卻水中會存在大量的懸浮物質(zhì)。其中由于空氣中灰塵雜物的進(jìn)入，日常加藥處理后會造成部分水垢、銹垢、微生物粘泥的脫落、分散，會造成水質(zhì)的混濁。由于各種雜質(zhì)在水中溶解度很小，很容易用過濾的方式去除，因此在系統(tǒng)管路上可安裝旁濾系統(tǒng)，以防止系統(tǒng)中末端管路污泥堵塞，并配合加藥處理有效地去除系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)，可收到良好效果。

本工程中的旁濾系統(tǒng)采用：混凝反應(yīng)+重力式無閥過濾設(shè)備

系統(tǒng)工藝流程說明

在系統(tǒng)運(yùn)行期間，匯集在冷水池的冷卻水首先經(jīng)由循環(huán)水泵輸送到各個介質(zhì)熱交換器。在熱交換器中，冷卻水在通過設(shè)備水冷器與工藝介質(zhì)交換，熱的工藝介質(zhì)在熱交換中溫度降低，而冷卻水被加熱、溫度升髙；另外，由于水體在系統(tǒng)中不斷循環(huán)使用，水溫升高、水的蒸發(fā)，各種離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，冷卻塔和冷水池在室外受陽光照射、風(fēng)吹雨淋、灰塵雜物的飄落，以及設(shè)備和材料等多種因素的綜合作用，會在冷卻水系統(tǒng)中產(chǎn)生嚴(yán)重的水垢附著、設(shè)備腐蝕和菌藻微生物的大量滋生，以及由此而形成的粘泥污垢堵塞管道的危害和換熱器腐蝕。

為了減輕上述的危害乃至不發(fā)生危害，本工藝的設(shè)計將采用在冷卻塔出口管道（回水管路）上設(shè)置：

1、阻垢劑投藥裝置進(jìn)行自動定量投加，阻垢劑投藥量由磷酸鹽在線分析儀進(jìn)行控制和自動投加阻垢劑的量

2、殺菌劑投藥量由余氯在線檢測儀控制和自動投加：并維持循環(huán)水中的余氯濃度為0.50~1.00mg/L;

3、采用硫酸自動投藥裝置用以調(diào)整回水中的PH值；

4、通過在線電導(dǎo)率儀的自動控制系統(tǒng)的排污水量和補(bǔ)水量，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)為不低于4.0倍；

5、設(shè)計旁路凈化系統(tǒng)，以維持循環(huán)冷卻水的SS不高于20.0mg/L

通過上述過程的有效控制，讓回水中的離子濃度、菌藻等指標(biāo)在進(jìn)入冷水池之前得到初步的控制。同時，通過投加硫酸來進(jìn)行控制回水中的PH值，即可以保證各種藥品能發(fā)揮更好的處理效果，又能減輕回水在回流到冷水池這一過程中對管道的腐蝕性。

在通過投加化學(xué)藥品后，溫度可以通過冷卻塔設(shè)備降低，而濁度還不能達(dá)到換熱設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行要求時，可以通過旁濾系統(tǒng)進(jìn)行有效去除，設(shè)置旁濾系統(tǒng)主要的目的是為了穩(wěn)定循環(huán)冷卻水水質(zhì)：

旁濾系統(tǒng)是由混凝劑投加裝置、管道混合器、無閥過濾器組成。由于水體在系統(tǒng)中不斷循環(huán)、蒸發(fā)、濃縮，水中的雜質(zhì)、懸浮物等濃度也隨著循環(huán)的次數(shù)變化而升高，在無閥過濾器過濾前通過投加混凝劑，主要是提高過濾效果。

重力式無過濾過濾器是采用水力全自動控制運(yùn)行，能自動運(yùn)行及自動反洗，無需設(shè)置

反洗泵，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、控制簡單、無需專人管理等優(yōu)點(diǎn)。重力式無間過濾器內(nèi)部填裝精細(xì)石英砂濾料，水體由中部中心管進(jìn)入，經(jīng)過填料濾層后流入集水區(qū)，過器內(nèi)部填裝精細(xì)石英砂濾料，水體由中部中心管進(jìn)入，經(jīng)過填料濾層后流入集水區(qū)，過濾后的出水在重力的作用下經(jīng)由內(nèi)部連通管流入上部集水區(qū)，由上部集水區(qū)出口自流到冷水池與冷卻塔出水混合，通過旁濾處理和冷卻塔處理，出水即可達(dá)到介質(zhì)熱交換器的進(jìn)水要求。

為了保證長期系統(tǒng)各參數(shù)的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)設(shè)置一套旁路掛片，通過旁路掛片的結(jié)垢程度來對系統(tǒng)各功能參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

系統(tǒng)主要設(shè)備單元介紹

1、在線磷酸鹽分析儀（阻垢劑）控制加藥裝置

水中的鹽分（如碳酸鈣等）在達(dá)到其飽和溶解度后，會由水中結(jié)晶析出，從而在管路上表面形成一層污垢，導(dǎo)致水體輸送能力降低，嚴(yán)重時還會堵塞管路。在回水中投加阻垢分散劑，提高水中鹽類的溶解度，降低結(jié)垢傾向，通過加入阻垢緩蝕劑，避免金屬生銹，并防止鈣鎂離子結(jié)晶沉淀

選用聚磷酸鹽系列的阻垢劑，通過控制阻垢劑的投加量與旁路掛片的腐蝕速度對比并經(jīng)一段時間的調(diào)試，以求得最佳的阻垢劑的投加量范圍，從而實(shí)現(xiàn)在經(jīng)自動控制與投加裝置基本配置：加藥泵、藥箱、攪拌設(shè)備、磷酸鹽在線監(jiān)測儀等

2、 次氯酸鈉自動投加裝置

為防止冷卻水中的細(xì)菌污染造成堵塞管路、影響系統(tǒng)運(yùn)行效率，在冷卻水中投加適量的次氯酸鈉，殺滅水中的微生物，減少系統(tǒng)內(nèi)的微生物量，同時也可氧化水中的二價鐵，使其在無閥過濾器中更易于去除，降低水中鐵含量

裝置基本配置：加藥裝置由計量泵、藥液桶、攪拌器、余氯檢測儀組成。

3、硫酸自動投加裝置

用以調(diào)整冷卻水中PH值，通過加入硫酸，降低水的碳酸鹽硬度，使碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)化為溶解度較大的非碳酸鹽硬度，并使循環(huán)水的碳酸鹽硬度低于極限碳酸鹽硬度，達(dá)到防止結(jié)垢的目的。

裝置基本配置：加藥裝置由計量泵、藥液桶、攪拌器、PH控制儀組成。

4、管道混合器

管道混合器采用螺旋葉片式，通過葉片的劇烈擾流作用，使投加到水中的藥物能與水迅速充分地混合，用于旁濾系統(tǒng)中絮凝劑的混合。

5、絮凝劑加藥裝置

絮凝劑加藥裝置的作用是為系統(tǒng)投加適量的絮凝劑，將存在在冷卻水中的懸浮物、有機(jī)物、膠體等絮凝成大顆粒的礬花，以便在無閥過濾器中有效去除大部分有機(jī)懸浮物及泥渣。

一般水中的雜質(zhì)往往帶有一定量的同性電荷，它們相互排斥，難以自動聚集成為大顆粒，高分子絮凝劑溶液于水后，因產(chǎn)生水解和縮聚反應(yīng)而形成高聚合物。這種高聚合物的結(jié)構(gòu)是線型結(jié)構(gòu)，線的一端拉著一個膠體顆粒，另一端拉著另一個膠體顆粒，在相距較遠(yuǎn)的兩個微粒之間起著粘結(jié)架橋作用，使得微粒漸漸變大，變成大的絮凝體（俗稱礬花）。本系統(tǒng)投加絮凝劑為PAC（聚合氯化鋁），其是長鏈的高分子聚合物，在水中可形成帶電荷的Ax（OH）y3xy長鏈多功能基團(tuán)，它具有壓縮膠體雙電層的作用，同時對異性電荷也可以起到中和作用，而且每個基團(tuán)都可以吸附水中分散的懸浮物、有機(jī)物、膠體等小顆粒雜質(zhì)，從而使絮凝體快速成為大顆粒礬花。為了使基團(tuán)表面吸附效果更好應(yīng)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行攪動混合，因此PAC投加點(diǎn)在進(jìn)水母管上并加裝管道混合器。

加藥裝置基本配置：計量泵、藥液桶、攪拌器等。

6、重力式無閥過濾器

本裝置設(shè)計為水力自動反沖，其工作運(yùn)行原理如下：

過濾時的流程是：待處理的冷卻水在加入混凝劑后，經(jīng)配水槽、U型管進(jìn)入虹吸上升管，再由頂蓋內(nèi)的布水檔板均勻地布水于濾料層中，水自上而下通過濾料層過濾，過濾水從小阻力配水系統(tǒng)進(jìn)入上、下集水區(qū)，即出水箱儲存，當(dāng)水位上升至出水管時，過濾水就流入冷水池。

濾池剛投入運(yùn)行時，濾料層較清潔，但當(dāng)運(yùn)行到一定的時間之后由于濾料層中固體顆粒雜質(zhì)的逐漸增多，因此水頭損失也隨之增加，水位就沿著虹吸上升管慢慢升高，當(dāng)水頭損失增大到一定程度之后，使虹吸上升管中的水位升高到虹吸輔助管口時，水便從輔助管口急速流下，依靠水流的挾氣和引射作用及抽氣管不斷帶走虹吸管中的空氣，使虹吸管形成真空，虹吸上升管中的水便大量地越過管頂，沿虹吸下降管落下，這時，就開始了反沖洗過程。沖洗水箱的水經(jīng)過連通管、集水區(qū)和配水系統(tǒng)從下而上沖洗濾料層，沖洗的廢水通過虹吸管流入排水井排出。在沖洗過程中，水箱的水位逐漸下降，約沖洗5min左右，水箱水位下降到虹吸破壞器時，虹吸即被破壞，沖洗過程就此結(jié)束，過濾又重新開始。

設(shè)置本裝置，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械反沖水泵，同時不需要抽取清水池的清水作反沖用水，使整個系統(tǒng)因減少反沖洗泵及相關(guān)的管道、閥門、管件而變得更為簡單，大大地減輕操作管理強(qiáng)度及設(shè)備投資。由于反沖是視濾層的堵塞程度而自動進(jìn)行，減少了人為操作的失誤，整套裝置甚至可以在無人操作的狀態(tài)下運(yùn)行。

系統(tǒng)主要控制功能單元/儀表介紹

1.在線總磷檢測儀

釆用先進(jìn)的模糊控制方式實(shí)時調(diào)整緩蝕、阻垢劑投加量，確保循環(huán)水中總磷含量始終維持在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.電導(dǎo)率監(jiān)控儀

在介質(zhì)熱交換設(shè)備出水管上設(shè)置電導(dǎo)率分析儀，用以在線監(jiān)測冷卻水電導(dǎo)率和控制排污，穩(wěn)定冷卻水中的濃縮倍數(shù)。

3.余氯在線監(jiān)控儀

系統(tǒng)設(shè)置一套余氯在線檢測儀，實(shí)時對冷卻水中的氯含量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)水中余氯發(fā)生變化時，系統(tǒng)自動調(diào)整加氯設(shè)備的加藥量，保證水中氯含量在0.5～1mg/L。

4.水質(zhì)PH監(jiān)控儀

介質(zhì)熱交換設(shè)備出口處設(shè)有PH控制器，監(jiān)測工藝系統(tǒng)出水的PH值變化，以確定是否加酸或加堿進(jìn)行中和，當(dāng)PH發(fā)生變化時，系統(tǒng)自動調(diào)整計量泵的加藥量。

5.混凝劑系統(tǒng)監(jiān)控單元

旁濾系統(tǒng)中混凝劑加藥系統(tǒng)的控制，由于旁濾進(jìn)水水量變化不大，因此，投藥量采用手動定量控制，計量泵與旁濾系統(tǒng)聯(lián)動；可選濁度/SS在線監(jiān)測儀。

6.其它水質(zhì)項目的監(jiān)測采用定期化驗室測定。