臭氧發(fā)生器循環(huán)冷卻水系統(tǒng)改造案例
近年來(lái)，桐鄉(xiāng)市果園橋水廠原水的受污染程度日趨嚴(yán)重，針對(duì)日益惡化的原水水質(zhì)，采用深度處理已成為提高出廠水水質(zhì)的必要手段，臭氧活性炭工藝就是其中最有效的手段之一。果園橋水廠臭氧活性炭深度處理工程于2003年5月投入運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)較早采用該工藝的水廠之一。臭氧系統(tǒng)采用具有國(guó)際領(lǐng)先水平的德國(guó)WEDECO和瑞士OZONIA臭氧發(fā)生器，以液態(tài)氧為氣源，通過(guò)高壓放電制取臭氧。
共設(shè)3組臭氧發(fā)生器，其中型號(hào)為CFL-10的2臺(tái)，產(chǎn)量為6kg/h，輸出功率為76kW，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)單臺(tái)最大臭氧產(chǎn)量為10kg/h；型號(hào)為SMO750的1臺(tái)，產(chǎn)量為10kg/h，輸出功率為124kW，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時(shí)單臺(tái)最大臭氧產(chǎn)量為15kg/h，采用直流冷卻水方式對(duì)放電管及其電氣元件進(jìn)行冷卻。
1 存在的問(wèn)題
臭氧發(fā)生器是深度處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備，關(guān)系到整個(gè)水廠能否安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。運(yùn)行三年多來(lái)，冷卻水系統(tǒng)暴露出不少問(wèn)題，對(duì)臭氧發(fā)生器產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
① 壓力稍有波動(dòng)，容易引起設(shè)備跳閘系統(tǒng)冷卻水采用出廠水，當(dāng)發(fā)生供水壓力異常降低(如管網(wǎng)爆管)或送水泵異常停泵時(shí)，臭氧發(fā)生器經(jīng)常出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，特別是在夏季，冷卻水水溫較高，冷卻效果較差，輕微或短時(shí)的壓力波動(dòng)就能引起設(shè)備跳閘。因此，保持穩(wěn)定、符合要求的冷卻水壓力顯得尤為重要。
② 管道結(jié)垢，設(shè)備腐蝕
考慮到管道材質(zhì)對(duì)水質(zhì)的影響，在車間外采用球墨鑄鐵管、車間內(nèi)采用PPR管，但在運(yùn)行期間仍然發(fā)現(xiàn)由于微生物的危害，造成設(shè)備及管道大量結(jié)垢，甚至不銹鋼材質(zhì)被腐蝕。冷卻水中常見(jiàn)的微生物主要有藻類、細(xì)菌和真菌三大類。由于水溫和pH值均適合大多數(shù)微生物的生長(zhǎng)，隨著冷卻水不斷流過(guò)，帶來(lái)所需的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，促使微生物迅速繁殖，再加上各種無(wú)機(jī)離子和有機(jī)物質(zhì)的濃縮、灰塵雜質(zhì)的進(jìn)入以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的沉積物附著、設(shè)備腐蝕和微生物大量孳生。微生物在系統(tǒng)內(nèi)的繁殖生長(zhǎng)，不僅使水質(zhì)變差，而且還會(huì)與其他有機(jī)或無(wú)機(jī)雜質(zhì)形成粘垢附著在系統(tǒng)管道上，增加水流阻力，嚴(yán)重降低系統(tǒng)的傳熱效率，加速設(shè)備及管道的腐蝕，從而威脅和破壞水廠長(zhǎng)期、安全、高效的運(yùn)行。
根據(jù)以上情況分析，應(yīng)該將冷卻水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性放在第一位考慮，必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行徹底改造，以滿足生產(chǎn)的要求。
2 改造方案
根據(jù)臭氧發(fā)生器的運(yùn)行特點(diǎn)及要求，特別是考慮到第二種問(wèn)題的存在，否定了直接在冷卻水系統(tǒng)前增加管道泵進(jìn)行增壓的方案，根據(jù)設(shè)備廠家提供的水壓、水量、水質(zhì)、水溫等運(yùn)行參數(shù)重新對(duì)整套系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。將原直流冷卻水改為循環(huán)冷卻水方式，通過(guò)熱交換方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行冷卻整個(gè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)包括不銹鋼板式換熱器、不銹鋼管道泵等設(shè)備。系統(tǒng)分為外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)兩部分，外循環(huán)采用出廠水作為介質(zhì)，介質(zhì)由廠內(nèi)自用水管經(jīng)板式換熱器流回至二次提升泵房吸水井，通過(guò)深度處理對(duì)介質(zhì)進(jìn)行二次處理;內(nèi)循環(huán)采用蒸餾水作為介質(zhì)，在臭氧發(fā)生器、循環(huán)水泵及板式換熱器之間形成閉路循環(huán)。內(nèi)、外循環(huán)通過(guò)板式換熱器發(fā)生熱量交換，以溫度較低的外循環(huán)水冷卻溫度較高的內(nèi)循環(huán)水。
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在板式換熱器和循環(huán)水泵進(jìn)口閥門前安裝了不銹鋼過(guò)濾器，主要作用是防止粗顆粒進(jìn)入冷卻水系統(tǒng)。在循環(huán)水泵負(fù)壓側(cè)設(shè)置一補(bǔ)水箱，補(bǔ)充冷卻水由于蒸發(fā)、滲漏及采樣造成的損失。考慮到注入冷卻水時(shí)需排出系統(tǒng)內(nèi)的氣體，在內(nèi)、外循環(huán)管路的最高端均安裝了排氣閥。在內(nèi)、外循環(huán)管路的最低端還安裝了排水閥以便更換冷卻水或設(shè)備檢修時(shí)排凈系統(tǒng)內(nèi)積水。儀表的設(shè)置以簡(jiǎn)單、實(shí)用為原則，同時(shí)也采用了一些先進(jìn)可靠并已在生產(chǎn)實(shí)踐中得到成功運(yùn)用的監(jiān)測(cè)控制儀表。外循環(huán)進(jìn)水管路上安裝有壓力表、溫度計(jì)，出水管路上安裝有溫度計(jì);內(nèi)循環(huán)進(jìn)水管路(相對(duì)于板式換熱器而言)上安裝有壓力表、PT100溫度傳感器，出水管路上安裝有壓力表、溫度計(jì)。整套系統(tǒng)除補(bǔ)水箱上留有一小孔與外界連通以避免箱內(nèi)形成真空外，全部密閉，以避免灰塵雜質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。
系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)管道泵作為循環(huán)水泵，1用1備。根據(jù)臭氧發(fā)生器對(duì)冷卻水的要求，選定的流量為45m3/h，揚(yáng)程為300kPa，功率為7.5kW。板式換熱器選型時(shí)，根據(jù)臭氧發(fā)生器投入運(yùn)行至今最不利工況時(shí)的測(cè)量溫度再考慮適當(dāng)?shù)挠嗟。選擇內(nèi)循環(huán)溫度T1=37℃，T2=40℃，ΔT=3℃;外循環(huán)溫度T1=35℃，T2=38℃，ΔT=3℃，根據(jù)選定的循環(huán)溫度，選用板式換熱器的板片總數(shù)為57片，換熱面積為14.85m2，熱交換量為565.74MJ/h，板片的傳熱系數(shù)高達(dá)19047kJ/(m2·h·℃)，換熱器的水頭損失為20kPa。
3 運(yùn)行情況及改造效果
改造于2006年4月初開(kāi)始，4月底完成。完成后隨即進(jìn)行了整套系統(tǒng)的調(diào)試，先用自來(lái)水對(duì)內(nèi)、外循環(huán)的管道及設(shè)備進(jìn)行沖洗，特別是內(nèi)循環(huán)管路在循環(huán)水泵大流量的沖刷下，大量原先積存在臭氧發(fā)生器內(nèi)的沉積物被沖出。第一輪沖洗完成后隨即進(jìn)行第二輪沖洗，將純凈水經(jīng)補(bǔ)水箱注入內(nèi)循環(huán)管道中，臭氧發(fā)生器冷卻系統(tǒng)出水經(jīng)循環(huán)水泵、板式換熱器重新進(jìn)入該系統(tǒng)，在循環(huán)水泵作用下循環(huán)使用。每7～14d將內(nèi)循環(huán)水予以更換，更換時(shí)水質(zhì)情況見(jiàn)表1，第二輪沖洗結(jié)束后，內(nèi)循環(huán)水質(zhì)已達(dá)到了設(shè)備要求，將內(nèi)循環(huán)水更換為蒸餾水投入運(yùn)行。
表1 內(nèi)循環(huán)水質(zhì)
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運(yùn)行期間室外氣溫最高為39℃，外循環(huán)進(jìn)水水溫為29℃，出水水溫為29.5℃;內(nèi)循環(huán)熱交換前水溫為31.5℃，熱交換后水溫為29.5℃，在最高氣溫時(shí)熱交換后的水溫也滿足設(shè)備的要求。外循環(huán)進(jìn)水壓力為0.26MPa(出廠水壓為0.35MPa)，在循環(huán)水泵作用下冷卻水進(jìn)入臭氧發(fā)生器時(shí)的水壓為0.22MPa，滿足設(shè)備要求冷卻水壓力>0.2MPa的要求。運(yùn)行三個(gè)多月以后適逢夏季高溫，臭氧發(fā)生器運(yùn)行正常，未發(fā)生一起因冷卻水原因產(chǎn)生的跳閘現(xiàn)象。
運(yùn)行時(shí)由于氣溫較高，外循環(huán)閥門處于全開(kāi)狀態(tài)，而在其他季節(jié)可根據(jù)內(nèi)循環(huán)水溫適當(dāng)減少外循環(huán)水量，節(jié)省運(yùn)行成本。
4 結(jié)語(yǔ)
三個(gè)多月的運(yùn)行情況表明，新的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工作穩(wěn)定，運(yùn)行安全可靠，降低了臭氧發(fā)生器的故障率，因此該循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的改造是成功的。
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