制氧循环水系统低温结垢研究及水处理技术应用

［摘要］ 针对制氧厂循环水系统出现的低温结垢问题，采用合理的水处理药剂及水质稳定技术，避免制氧循环水系统中的空冷塔、水冷塔等预冷系统关键设备发生结垢堵塞现象，实践证明所用水处理药剂及相应水处理技术效果良好，可保障制氧循环水系统长周期安全稳定运行。

［关键词］ 预冷系统；空冷塔；水冷塔；低温结垢

［中图分类号］ TQ085+.412 ［文献标识码］ B ［文章编号〕1005-829X（2011）04-0091-02

Research on the prevention of low-temperature scaling in circulating water systems at oxygen producing factories and its application to water treatment techniques

Jiao Zhizeng1，Jin Xiuhong1，Guo Feng1，Wang Xiao1，Liu Zhanguo2

Abstract：Aiming at the problem of low-temperature scaling in circulating water systems at oxygen producing factories，suitable water treatment chemicals and water stabilizing technology have been used for avoiding the blocking phenomenon occurring to some critical equipments in pre-cooling systems at oxygen producing factories，such as air cooling towers and water cooling towers etc. The practice proves that the water treatment chemicals used and corresponding techniques have pretty good efficiencies in ensuring the long-term running with stability and safety for the circulating water systems at oxygen producing factories.

Key words： pre-cooling system；air cooling tower；water cooling tower；low-temperature scaling

兆丰钢铁集团配有12 000 m3/h 制氧机组2 套。制氧机组采用低压分子筛净化、增压透平膨胀机制冷、高效规整填料塔和全精馏制氩的工艺，气体采用外压缩的方式，出空分设备的低压氧气或氮气经过压缩机增压后送往用户。

与其他循环水系统不同，制氧循环水系统设备中有空气预冷系统。由于空气预冷系统的存在，在制氧循环冷却水系统的日常水处理工作中经常出现设备结垢现象，结垢多发生在低温部位或空冷塔内，使得部分管道管径较小，影响空气及循环水的正常流动，造成系统压差增高，不得不经常检修处理或进行化学清洗，严重影响了制氧机组的正常运行。

制氧循环水系统结垢与设备结构形式（布气、喷水）有关，主要从水质和药剂方面控制结垢，采取控制钙硬度、强化阻垢药剂、控浊度等措施，可保证制氧循环水系统的长周期安全运行。

1 制氧循环水系统概况

制氧循环冷却水系统供给包括压缩机冷却器、空气预冷等设备使用。空气预冷系统由空冷塔、水冷塔、冰机系统、水泵、过滤器及管道阀门和仪表电控部分组成。

1.1 补水水质

制氧循环水系统补水水质情况见表1。

表1 补水水质

注：除pH、电导率（μS/cm）、浊度（NTU）外，其他各项目单位均为mg/L。

1.2 制氧机组循环水系统存在的问题

兆丰集团制氧循环冷却水系统在运行时常出现低温结垢现象，表现为调节深冷水泵流量的电磁流量阀故障或空冷塔阻力加大等。对空冷塔中的灰白色垢物分析结果表明：垢样的主要成分为碳酸钙及黏泥〔1〕，另外空冷塔内布气分配器上的小孔有堵塞现象。

2 制氧循环水的工艺特征及成垢原因分析

2.1 压缩空气的影响

空气虽经空气过滤器净化后才进入空冷塔进行降温，然而由于滤料或空气过滤器反吹效果等问题，空气中仍有微量的粉尘存在，空气在空冷塔中被循环水洗涤后进入循环水中，造成循环水浊度的升高。

2.2 温度变化的影响

常温空气经透平压缩机压缩至约0.6 MPa，温度由20 ℃左右上升至110 ℃左右，再在空冷塔被洗涤后降至10 ℃，这一过程温度变化幅度非常大，伴随温度的变化空气的体积变化也很大，使得循环水在空冷塔中与空气之间存在着剧烈的传热。另一方面，空冷塔下部属常温循环水部分，水温由30 ℃上升至40 ℃左右，空冷塔上部属低温循环水，30 ℃左右的供水首先由水冷塔及冰机冷却至10 ℃左右，然后在空冷塔中最终也升至40 ℃左右，水温变化幅度约30 ℃。伴随着温度的大幅变化，水中部分微溶盐不断进行溶解—析出的过程，碳酸钙垢晶体处于极易析出的状态。

2.3 填料的影响

为提高换热效果，空冷塔内装有鲍尔环、拉西环等填料，喷淋水在环表面形成一层薄膜，水与空气在塔内进行热交换。空冷塔内的空气及水的流动速度均很快，逆流时容易造成在环表面及设备某些部位存在滞留层，层内水流速很低，层表面的水分在与空气的换热过程中蒸发，造成层内浓缩倍数过高，微溶盐易结垢析出。

2.4 空冷塔的过滤作用

空气在塔内经过循环水的洗涤得到降温及净化，同时使得循环水的浊度上升，而空冷塔内布有大量填料，填料间的缝隙又较小，因此水中的浊度物质很容易在填料间、塔内角落等处慢慢沉积，从而造成污堵。这就需要控制好循环水的浊度、菌藻等指标。

3 实验部分

根据制氧循环水系统的工艺特点，空冷塔内浓缩倍数局部偏高，微溶盐易结垢析出，笔者采用钙螯合值高、络合增溶效果明显的单剂控制结垢，另外对水中的浊度物质等采用高效分散剂进行分散处理。在实验室内先对初步选出的药剂性能进行了考察，并最终筛选出以膦羧酸、磺酸盐聚合物以及铜缓蚀剂等组成的复合配方TS-3233。

在恒温水浴温度为（8±1） ℃、初始pH=9.0、浓缩倍数2.0、初始Ca2+质量浓度137 mg/L、药剂使用浓度为100 mg/L、试验时间10 h 条件下对TS-3233 的低温阻垢性能进行了评价〔2〕，结果表明在该实验条件下，TS-3233 的阻垢率达到100%，具有良好的低温阻垢效果。

4 现场应用

现场应用时，每天根据排污量连续投加100mg/L 的TS-3233，为防止微生物的危害造成空冷塔等污堵，针对分子筛进水易中毒的特点而选择了不易起泡沫的杀菌剂——TS-821 和TS-8409。TS-821是以三氯为主要成分的氧化性杀菌剂，投加质量浓度为10 mg/L，TS-8409 是以异噻唑啉酮为主要成分的非氧化性杀菌剂，投加质量浓度为100 mg/L。两者交替冲击性投加，可达到控制水中微生物的繁殖和生物黏泥量的作用。

现场运行2 a后，经检测系统循环水pH 7.0～9.2，Ca2 +≤150 mg/L，总碱度（ 以CaCO3计）≤500mg/L，浊度≤10 NTU，浓缩倍数≤2.0，空冷塔及水冷塔未见明显结垢现象，调节深冷水泵流量的电磁流量阀未出现故障，低温水换热器列管表面光洁，取得了很好的水处理效果，保证了制氧系统的长周期安全稳定运行。

［参考文献］

［1］ 周本省. 工业水处理技术［M］. 北京： 化学工业出版社，2002：599-618.

［2］ 郑书忠. 循环冷却水水质及水处理剂标准应用指南［M］. 北京：化学工业出版社，2003：136-156.

［作者简介］ 焦志增（1979— ），2001 年毕业于河北工业大学，工程师。