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循环水浓缩倍数不同测定方法差值的应用

  浓缩倍数是循环水水质管理的一个重要经济技术指标。随着循环水水处理药剂的发展,循环水处理都向高浓缩倍数(≥3.5)方向发展。浓缩倍数高,既降低了新鲜补水量,又可节约药剂,降低运行成本,同时减少排污水量,减轻对环境的污染。反之,浓缩倍数偏低,运行成本上升。但在高浓缩倍数的运行情况下,水中的结垢性和腐蚀性离子成倍增加,并且药剂在系统中的停留时间延长。因此,在高浓缩倍数运行情况下如何判断系统水质是否具有恶化趋势,及时调整运行指标和水稳剂配方,显得尤为重要。笔者在运行实践中发现,可利用浓缩倍数不同测定方法的差值来判断系统出现的运行故障。

表1 浓缩倍数不同测定方法的数据统计

月份

200302

200303

200304

200305

200306

200307

电导率
(μS/cm2)


循环水

660

860

700

820

700

680

补充水

290

250

220

220

208

200

K1

2.3

3.4

3.2

3.7

3.4

3.4

Ca2+
(mg/l)


循环水

203.4

282.6

286.2

323.9

266.3

297.3

补充水

102

95

86.9

78

78.1

90.1

K2

2.0

3.0

3.3

4.2

3.4

3.3

K+
(mg/l)


循环水

4.6

6.3

6.1

6.0

5.9

5.8

补充水

2.1

1.9

1.9

1.4

1.6

1.6

K3

2.2

3.3

3.2

4.3

3.7

3.6

(K1-K3)/k3 (%)

4

3

0

14

8

5

(K2-K3)/k3 (%)

9

9

3

2

8

8

 

1 浓缩倍数的测定方法
浓缩倍数是用循环冷却水中某组分的含盐浓度和补充水中某组分的含盐浓度的比值来表示,但一般被检测的某组分含盐浓度应不受外界条件(加热、沉积、投加药剂等)影响而变化,故可采用电导率,Ca2+,K+方法来测定循环水中的浓缩倍数。
循环冷却水中的溶解盐类呈离子状态,具有一定的导电能力,因此可用溶液中的电导率间接地表示溶解盐类的含量。电导率测定方法较简单,但由于系统中投入氧化性杀菌剂后会增加一些溶解性的Cl-,Br-等离子,同时系统的物料泄漏等原因会引起电导率的波动。所以,对于循环冷却水系统而言,投入氧化性杀菌剂一般都是定期的,物料泄漏也不是经常性的。因此用电导率测定循环水浓缩倍数具有一定的参考意义。
一般来说,Ca2+是结垢因素,循环水在运行过程中或多或少会出现结垢现象,尤其在高浓缩倍数的情况下,因此用Ca2+测定出来的浓缩倍数会偏低。 
K+离子在水中的溶解度相当大,在运行过程中不会析出,同时补充水的K+也基本稳定,因此用K+测定出来的浓缩倍数较准确。
2 不同测定方法的差值分析
本文探讨的浓缩倍数之间的差值以K+为基准,结合垢样分析结果,找出它们之间存在的关系。某炼油厂循环冷却水浓缩倍数用不同测定方法实测统计数据见表1。
由表1可知:循环水系统在2,3,4月份运行阶段,浓缩倍数较低。用三种测定方法测得的结果相差不大,表明系统基本没有结垢趋势。但浓缩倍数在3.0左右不排除系统有腐蚀趋势,为了分析腐蚀情况,结合垢样分析结果具体分析,监测换热器垢样分析结果见表2。


表2 监测换热器垢样分析结果

项目

CaO(%)

MgO(%)

Fe2O3(%)

Al2O3(%)

P2O5(%)

ZnO(%)

200304

15.56

6.98

13.42

8.04

13.2

12.53

200305

19.74

7.41

3.40

8.09

14.19

12.56

200306

20.64

6.86

7.8

7.76

12.72

11.03

 

由表2可知:4月份垢样分析中Fe2O3腐蚀因子含量比5,6月份偏高,表明系统具有腐蚀倾向。某炼油厂循环水的水稳剂配方采用丙烯酸二元共聚物、有机膦酸盐(HEDP)和锌盐复合药剂,丙烯酸二元共聚物起阻垢作用,有机膦酸盐和锌盐复合作缓蚀剂,可以提高膦酸盐的缓蚀效果。根据药剂在金属表面形成各种不同的膜来划分,可将此类复合药剂划分为沉积膜型缓蚀阻垢剂。对于此类沉积膜型缓蚀阻垢剂,只有当药剂的沉积性能和阻垢分散性能达到平衡时,药剂才发挥良好的缓蚀和阻垢效果[1]。
从表1看出:循环水系统在5, 6月份运行阶段,浓缩倍数较高,三种测定方法测得的结果值相差较大,可能原因是水稳剂在高浓缩倍数的条件下,水稳剂的沉积能力大于阻垢分散能力,Ca2+析出沉积在水冷器的表面上,在金属表面上形成一层保护膜,防止金属被腐蚀(由表2可知:5月份Fe2O3腐蚀因子比4月份下降了75%)。结合垢样的CaO,MgO,P2O5三项结垢因素来看,5月份三项结垢指标和为41.34%,4月份为35.74%。表明系统腐蚀情况虽得到了遏制,但结垢趋势更加明显。鉴于浓缩倍数在4.3左右,药剂阻垢分散性能较差,一般有两种方法可提高阻垢性能:
(1)调整原配方,增加阻垢性能;
(2)降低浓缩倍数。
考虑到短时间调整配方比较困难,6,7月份将浓缩倍数降低在3.5~4.0左右运行,6月份的三项结垢指标和也有所下降,表明系统结垢倾向得到了抑制。从表1还可以看出:循环水浓缩倍数在3.6左右运行时,用三种测定方法测得的结果相差不大,表明水稳剂的阻垢性能与沉积性能趋于平衡;浓缩倍数<3.5时,系统有腐蚀趋势;浓缩倍数>4.0时,系统有结垢趋势。从表2还可以看出,垢样分析结果中,ZnO含量比较高,在高浓缩倍数的情况下,循环水中的碳酸盐含量不断浓缩,pH值上升。根据运行实践来看,浓缩倍数在3.0以上运行,pH值一般在8.2~ 9.0。而pH值在6.5~7.0,有机膦酸盐对Zn2+的稳定能力>90%;pH值=7.5,Zn2+的稳定能力下降至75.2%;pH>7.5,pH值愈高,Zn2+的稳定能力愈低[2]。
因此,在高浓缩倍数的情况下,应考虑水稳剂配方中稳Zn2+功能,进一步降低结垢倾向。
3 讨论
(1)在高浓缩倍数情况下,利用三种测定方法测得的结果的差值能较准确地判断循环水系统结垢和腐蚀倾向。通过比较,及时调整循环水系统运行指标和浓缩倍数,对稳定系统运行,保证现场水冷器安全、稳定运行有着积极意义。
(2)对于一个较稳定的循环水系统而言,用K+,Ca2+之间的差值来判断应更准确些,因为补充水的电导率是有波动的,同时循环水系统投加氧化性杀菌剂、系统物料泄漏等也会引起循环水电导率波动。
(3)三种测定方法之间的差值在一个什么范围内能判断系统结垢、腐蚀倾向,笔者认为对于不同的循环水系统可以通过平时的统计结果,找出三种测定方法对应的关系,以利于指导循环水的水质管理工作。循环水的浓缩倍数的测定方法还有Cl-,SiO2法。对于不同系统,应选取几个干扰不大的主要指标作为参考依据。
(4)循环水在高浓缩倍数的情况下运行,水中的结垢性和腐蚀性离子成倍地增加,并且药剂在系统中的停留时间延长。欲准确判断系统结垢和腐蚀情况,还可以结合现场监测换热器、挂片的结果,冷却塔填料、百叶窗上的附着物等情况来进行辅助判断。

 


 


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