全面型循環(huán)冷卻水水質(zhì)自動(dòng)控制解決方案
全面型循環(huán)冷卻水水質(zhì)自動(dòng)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(duì)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(jì)方案就是：通過(guò)一系列的過(guò)程控制，在達(dá)到要求的濃縮倍數(shù)（K=4.0）的情況下，滿(mǎn)足循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的過(guò)程要求。其循環(huán)冷卻水工程主要有以下過(guò)程控制要求：
1、投加一定量的阻垢劑，減少循環(huán)冷卻水對(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
2、通過(guò)對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)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(duì)恒定
3、通過(guò)在線(xiàn)控制，自動(dòng)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(duì)系統(tǒng)管路、換熱器等的腐蝕
4、通過(guò)旁路凈化系統(tǒng)，使循環(huán)冷水的懸浮物（SS）濃度處于相對(duì)低值，以減少系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢(shì)
通過(guò)上述過(guò)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(duì)管路和換熱器的腐蝕速度達(dá)到要求的相對(duì)低值；
工藝的確定
在循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，尤其是冷卻水中會(huì)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(huì)造成部分水垢、銹垢、微生物粘泥的脫落、分散，會(huì)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(guò)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(wú)閥過(guò)濾設(shè)備
系統(tǒng)工藝流程說(shuō)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(gè)介質(zhì)熱交換器。在熱交換器中，冷卻水在通過(guò)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(yáng)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(huì)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(jì)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(dòng)定量投加，阻垢劑投藥量由磷酸鹽在線(xiàn)分析儀進(jìn)行控制和自動(dòng)投加阻垢劑的量
2、殺菌劑投藥量由余氯在線(xiàn)檢測(cè)儀控制和自動(dòng)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(dòng)投藥裝置用以調(diào)整回水中的PH值；
4、通過(guò)在線(xiàn)電導(dǎo)率儀的自動(dòng)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(jì)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(guò)上述過(guò)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(shí)，通過(guò)投加硫酸來(lái)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(guò)程中對(duì)管道的腐蝕性。
在通過(guò)投加化學(xué)藥品后，溫度可以通過(guò)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(shí)，可以通過(guò)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(wú)閥過(guò)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(wú)閥過(guò)濾器過(guò)濾前通過(guò)投加混凝劑，主要是提高過(guò)濾效果。
重力式無(wú)過(guò)濾過(guò)濾器是采用水力全自動(dòng)控制運(yùn)行，能自動(dòng)運(yùn)行及自動(dòng)反洗，無(wú)需設(shè)置
反洗泵，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、控制簡(jiǎn)單、無(wú)需專(zhuān)人管理等優(yōu)點(diǎn)。重力式無(wú)間過(guò)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(guò)填料濾層后流入集水區(qū)，過(guò)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(guò)填料濾層后流入集水區(qū)，過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)旁路掛片的結(jié)垢程度來(lái)對(duì)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(xiàn)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(huì)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(shí)還會(huì)堵塞管路。在回水中投加阻垢分散劑，提高水中鹽類(lèi)的溶解度，降低結(jié)垢傾向，通過(guò)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(guò)控制阻垢劑的投加量與旁路掛片的腐蝕速度對(duì)比并經(jīng)一段時(shí)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(dòng)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(xiàn)監(jiān)測(cè)儀等
2、 次氯酸鈉自動(dòng)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(shí)也可氧化水中的二價(jià)鐵，使其在無(wú)閥過(guò)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(jì)量泵、藥液桶、攪拌器、余氯檢測(cè)儀組成。
3、硫酸自動(dòng)投加裝置
用以調(diào)整冷卻水中PH值，通過(guò)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(jì)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(guò)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(wú)閥過(guò)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(dòng)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(xiàn)型結(jié)構(gòu)，線(xiàn)的一端拉著一個(gè)膠體顆粒，另一端拉著另一個(gè)膠體顆粒，在相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)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(chēng)礬花）。本系統(tǒng)投加絮凝劑為PAC（聚合氯化鋁），其是長(zhǎng)鏈的高分子聚合物，在水中可形成帶電荷的Ax（OH）y3xy長(zhǎng)鏈多功能基團(tuán)，它具有壓縮膠體雙電層的作用，同時(shí)對(duì)異性電荷也可以起到中和作用，而且每個(gè)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(dòng)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(jì)量泵、藥液桶、攪拌器等。
6、重力式無(wú)閥過(guò)濾器
本裝置設(shè)計(jì)為水力自動(dòng)反沖，其工作運(yùn)行原理如下：
過(guò)濾時(shí)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(guò)濾料層過(guò)濾，過(guò)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(chǔ)存，當(dāng)水位上升至出水管時(shí)，過(guò)濾水就流入冷水池。
濾池剛投入運(yùn)行時(shí)，濾料層較清潔，但當(dāng)運(yùn)行到一定的時(shí)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(shí)，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(guò)管頂，沿虹吸下降管落下，這時(shí)，就開(kāi)始了反沖洗過(guò)程。沖洗水箱的水經(jīng)過(guò)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(guò)虹吸管流入排水井排出。在沖洗過(guò)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(shí)，虹吸即被破壞，沖洗過(guò)程就此結(jié)束，過(guò)濾又重新開(kāi)始。
設(shè)置本裝置，省去了傳統(tǒng)的機(jī)械反沖水泵，同時(shí)不需要抽取清水池的清水作反沖用水，使整個(gè)系統(tǒng)因減少反沖洗泵及相關(guān)的管道、閥門(mén)、管件而變得更為簡(jiǎn)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(dòng)進(jìn)行，減少了人為操作的失誤，整套裝置甚至可以在無(wú)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(xiàn)總磷檢測(cè)儀
釆用先進(jìn)的模糊控制方式實(shí)時(shí)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(xiàn)監(jiān)測(cè)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(xiàn)監(jiān)控儀
系統(tǒng)設(shè)置一套余氯在線(xiàn)檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)對(duì)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)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(cè)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整計(jì)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(dòng)定量控制，計(jì)量泵與旁濾系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)；可選濁度/SS在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀。
6.其它水質(zhì)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)采用定期化驗(yàn)室測(cè)定。
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