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工业循环冷却水处理设计规范1


《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007说明 1.新版国标《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007规范修订的背景、 意义及其特点 1.1我国《标准化法实施条例》规定: “标准实施后,制定标准的部门应按科学技 术的发展和经济建设的需要适时进行复审,标准复审周期一般不超过五年” 。我 们这本《工业循环冷却水处理规范》第一版是 GBJ80-83,第二版,也就

是现行 版 GB50050-95,发布至今已达12年之久,远远超过了标准化的规定,所以要进 行修订。 1.2循环冷却水处理技术的发展 我国循环冷却水处理药剂及技术虽然起步较晚,但紧跟国外的发展趋势,并结合 国情进行研究开发和推广应用,具有起点高、发展快的特点。在消化吸收的基础 上,先后开发出 HEDP、ATMP、EDTMP、PAA、DDM(G4) 、聚马、马丙、聚季铵盐。 瞄准具有70 年代水平的聚磷酸盐/膦酸盐/聚合物/杂环化合物的循环冷却水处 理“磷系复合配方” ,进行研究开发,填补了国内空白,满足了大化肥循环冷却 水处理药剂国产化的要求。 80 年代,随着石油装置和大型冶金装置的引进,对栗田、Nalco Drew、片山等 国外著名公司的循环水处理剂及冷却水处理技术进行消化吸收。 一大批新的循环 水处理剂配方相继开发成功,使我国的循环冷却水处理技术又取得了重要进展, 在磷系复合配方的基础上, 开发出 “磷系碱性水处理配方” 全有机水处理配方” 、 “ 、 “钼系水处理配方” “硅系水处理配方” 实现了循环冷却水在自然平衡 pH 条 和 。 件下的碱性条件下运行,这类水处理配方除具有“磷系复合配方”的优点外,还 避免了加酸操作带来的失误,深受用户的欢迎。 90 年代以来,随着水处理技术的进一步提高,国内水处理剂及技术开始出口。 同时新型膦酸盐、 新型水处理杀生剂的不断开发成功,水处理药剂的前沿研究与 国外水平基本接近。 “全有机水处理剂配方”应用比重不断提高,与此同时,低 磷、无磷、无金属水处理配方不断推向市场。

我国的循环冷却水处理是20 世纪70 年代后期从国外引进磷系配方开始的, 至今 已取得了巨大的进步, 说明我国的水处理药剂应用水平不低,表1 为我国循环冷 却水处理配方发展过程。 表1 我国循环冷却水处理配方发展 年代 1975~1979 配方 聚磷酸盐/膦酸盐/聚丙烯酸(用酸调 pH) 聚磷酸盐/膦酸盐/锌

/聚丙烯酸(用酸调 pH) 1980~1985 1980~1985 1986~1992 1993 多元醇磷酸酯/锌/磺化木质素(用酸调 pH) 膦酸盐/聚合物或共聚物(碱性处理) 硅酸盐或钼酸盐配方 磷酸盐/二元、三元共聚物全有机配方,系统可连续运行1~2 年 新型膦酸盐及新型共聚物开始进入市场,碱性处理比重在提高

<!--[if !supportLists]-->1998 <!--[endif]-->开始开发无磷无金属配方

目前循环冷却水处理已经在我国各个行业的循环水系统中得到应用。 不论是国产 装 置还是引进装置, 其使用的循环冷却水药剂绝大部分已经国产化,我们已经有能 力解决各种条件苛刻的冷却水系统中所遇到的腐蚀、结垢、生物粘泥等问题。 从90 年代开始,我国在循环冷却水处理监控技术开发方面也开展了一些工作, 如示踪和远程控制技术已取得初步成果, 冷却水系统成垢过程专家系统已开发成 功。但在这些方面我们也有较大差距,循环冷却水系统的计算机控制、自动化管 理等方面没有投入很大的开发力量,影响了水处理应用技术水平的提高。 我国循环冷却水处理技术在某些方面具有较高水平, 如我国的膦酸盐类水处理剂

的质量已明显提高,接近或达到了国际先进水平,因此已开始大量出口。然而就 总体而言, 与国际先进水平的差距仍很明显: 重点是水处理管理水平和控制水平。 现行《工业循环冷却水处理规范》GB50050-95,其中一些数据均是以聚磷、聚合 物水处理配方为基础制定的,实际上至2000年水处理配方已发展至全有机配方: 新型膦酸盐及新型共聚物,无磷,无金属水处理配方也开始出现,这些新型水处 理配方与管理的科学化,控制的自动化相结合,使得水处理效果明显提高,水质 适用范围更加宽泛,所有这一些水处理技术上进步在现有规范中没有得到反映, 因此循环水处理技术发展的形势也要求对现有《工业循环冷却水处理规范》进行 修订。 1.3我国供水现状也要求对现行《工业循环冷却水处理规范》进行修订 a 我国用水现状 我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源占有量约为2200m3, 不足世界平均水平的四分之一, 随着我国经济建设的迅速发展,水资源短缺的问 题日益显现,我国正常年份缺水量约400亿 m3,已经严重制约了我国经济建设的 发展。缺水不仅影响经济建设,而且还威胁到人们的生活甚至生命安全,比如四 川、 内蒙古等地, 均出现过因干旱而发生人、 畜饮水危机。 面对这样的严重局面, 节水不仅是水处理工作者的任务,而且也是全社会紧迫的任务。水资源的欠缺和 用水效率不高是导致目前供水不足的主要原因,自然条件无法改变,但是在用水 效率方面, 我国和发达国家还有很大差距,我国万元 GDP 用水量是世界平均水平 的4倍左右,工业万元增加值取水量是发达国家的5~10倍,我国灌溉水利用率仅 为43%,为世界先进水平的二分之一,由此可见,无论是工业还是农业节水潜力 还是很大的。 b 全民节水 节水是全民的义务,哪个人不用水,哪个行业不需要水,因此,节 水不只是水行业的任务,而且是所有行业和全体公民的共同任务。至2003年,我 国总用水量约5300亿 m3, 其中农业3430亿 m3, (约占64.5%) 工业1170亿 m3 , (约 占22%) ,生活630亿 m3(约占12%) 农业节水:喷灌、滴灌;生活节水:节 。 水龙头,厕所水箱。 工业节水:首先是生产工艺的改革,充分利用生产过程中 产生的废热,采用不用水的工艺(空冷)等。请看这一现象,钢铁、石化、电力、

石油、纺织、化工等行业的生产厂,无不冷却塔林立,大量的热量通过冷却塔散 发到大气之中,这不仅是能量的浪费,也是水资源的极大浪费。对于冷却塔所蕴 藏的巨大能量,很值得进行研究、挖潜。以全国循环水量4亿 m3/h,冷却降温Δ t=10 ℃计算,损失的热量为4×1012千卡/h,折合标准煤为0.57×106吨煤/h, 天然气0.47×106米3/h, 这仅是一小时的热量损失。 按年8000h 计算, 折合为45.6 亿吨煤,约40亿 m3天然气,是我国煤的年产量2.4亿吨的19倍,多么巨大的能源 浪费。 可见节能、 节水是有巨大潜力。 其次是水行业的节水, 在工业用水中的70~ 80%是循环水的补充水,可见循环水在工业节水中的重要作用。 目前生产工艺还做不到热能的全部利用,也就是说冷却塔还需继续存在,循环水 还得继续使用, 那么循环水节水效益到底有多大呢?循环冷却水的节水作用,对 比直流冷却水而言是非常巨大的。上个世纪五十~六十年代,国家工业建设刚刚 起步,工业用水量很少,相对来说水资源是丰富的,因此很多工厂企业都采用直 流冷却水,既简便又省钱。但是随着工业建设的发展,水资源逐渐紧张,迫使工 厂企业不得不采用循环冷却水。采用这一措施到底能节省多少水呢?以 10000m3/h 的直流冷却水为例,改用循环冷却水,温降10℃,浓缩倍数 N 为3, 只需240m3/h,若 N=5,则需200m3/h,可见节水的巨大成果。同时从上面的数据 也可以得出这样一个结论,循环冷却水系统本身的节水取决于浓缩倍数的高低 产。因此在工业用水中节水的最有效措施,就是采用循环水,高浓缩倍数。最初 人们的想法比较简单,以为把水循环起来,温升降下来即可,但是问题远非这么 简单,循环水在运行过程中产生一系列问题,如果不能很好的解决,则循环水根 本无法运行。例子很多,如北京化工厂(结垢) ,栖霞山化肥厂(生物泛滥) 。归 结起来,循环水运行过程中所产生的主要问题如下: a 水垢由于循环冷却水在冷却过程中不断地蒸发,使水中含盐浓度不断增高,超 过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质 地比较致密,可以防止对金属面的腐蚀,但是却大大的降低了传热效率,0.6毫 米的垢厚就使传热系数降低了17.9%。 b 污垢污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成,垢 的质地松软,不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀。

c 腐蚀循环冷却水对换热设备的腐蚀,主要是电化腐蚀,产生的原因有设备制造 缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌 的黏液所生成的污垢等因素, 腐蚀的后果十分严重,不加控制极短的时间即使设 备报废。 d 微生物的孳生 因为循环冷却水中有充足的氧气、合适的温度及丰富的营养, 很适合微生物的生长繁殖,如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑,大 量黏垢沉积, 设备腐蚀加剧。 因此循环冷却水处理的关键即是控制微生物的繁殖。 面对上述这些问题,人们在生产实践中,不断的总结、探索和研究,掌握了治理 这些危害的方法和技术, 从而保证了循环冷却水系统的稳定运行,也保证了企业 生产活动的安全、高效、持久的运行。 “工业循环冷却水处理设计规范”就是把 人们长期积累的实践经约和科研成果,经过高度概括与浓缩,以规范形式呈现出 来,其目的是为生产、建设、科研、设计和施工服务,为它们提供依据。 1.4《工业循环冷却水处理规范》GB50050-2007版的特点 规范修订版以及前两版, 其主要特点就是以节水为目的,随着国家经济建设的发 展,修订版的节水措施突破了原有的框框,增加以再生水(处理后的污水)为补 充水的内容,为节水减排,保护环境创造了新的条件,同时修订版还增加了直冷 开式循环冷却水的内容,即通常称谓的浊环水系统,扩大了规范的覆盖面。涵盖 了以淡水为补充水的全部循环冷却水系统。海水作补充水的循环水系统,限于技 术成熟程度,此次未曾纳入,随着技术的不断完善,也将陆续收入到规范中。此 次《工业循环冷却水处理规范》修订是一次全面修订,修订内容很多,将在后面 详细介绍。

2.当前工业循环冷却水处理设计现状、存在问题以及解决措施 2.1循环冷却水处理设计现状 过去循环冷却水是以设计为主体,从收集循环冷却水系统资料起至水系统设计,

设备订货,现场施工,调试开车,设计单位全部参与,但是随着改革开放社会主 义市场经济的建立, 以设计负全责的模式发生了很大的改变。 现在是业主——设 计——水处理公司三位一体的建设模式, 即由业主通过招标的方式选择水处理公 司, 而后设计单位再根据水处理公司提供的水处理方案进行设计。因为水处理公 司是专业公司,掌握循环冷却水处理技术和积累了丰富的经验,因此,更能有效 的保证水处理效果。 2.2存在问题 由于循环冷却水处理设计是三方参与,必然会因为三方的立场、观点不同而对问 题的处理产生分歧,因此常常发生设计条件的反复修改,出现问题屡议不决,严 重影响了工程进度和工程设计质量。下面我把《工业循环冷却水处理规范》修订 过程中牵涉到的一些技术问题,简要介绍如下: a 循环水补充水水质条件 通常,设计单位对业主提供的水质资料,以阴阳离子 的毫克当量平衡来校核其准确性,当分析误差≤2%则合格。而当前国际单位中 没有毫克当量这个单位,而是制定了以摩尔为单位。什么是摩尔? 摩尔(mol) 表示一个系统的物质的量,该系统所包含的基本单元数与0.012kg 碳-12(12C) 的原子数相等。 在使用摩尔时,必须指明基本单元,它可以是分子,原子、离子以及其它基本单 位, 或这些单位的特定组合。 已知1个 C 原子的质量是1.993×10-26kg, 所以1mol 12C 所含的碳原子数目为:因为任何一个克原子、分子、离子、电子基本单元都 包含6.02×1023个基本单位,这个数即称为阿佛加德罗常数。换句话说,某物质 所含有的基本单元数为阿佛加德罗常数的多少倍,即是多少摩尔 n,n 可由下式 计算:对这一问题,所以要详细的介绍,原因是在这个单位上有许多错误观点。 a 业主提供的水质分析资料,有一些是以物质(离子)的摩尔量来平衡,这是错 的,应当以物质(阴阳离子)所携带的电荷量来平衡。 b 含磷排水的处理 由于目前循环冷却水处理配方中,绝大多数均含有一定数量 的磷组分,因此循环冷却水系统排污水的磷含量超标,导致江河湖海富营养化, 赤潮、蓝藻大量孽生,严重破坏了生态环境,后果是非常可怕的。虽然现行《工

业循环冷却水处理规范》 中对排水水质指标作出了严格规定,但是现实的循环冷 却水系统无一进行处理,其中主要问题是经济问题,技术上不存在问题。那么如 何来算经济帐, 这就要求我们站在一个比较高的水平上,不是只算本单位的经济 帐,而是要从全社会的角度算帐,要为全民族和子孙后代着想,这个问题就好解 决了。 c 预膜水处理 预膜水中的污染物数量,更是大大的超标。因为预膜水的排放是 间断性的,开车、检修基本上是一年一次,这就更增加了它的处理难度,现实的 情况也是不经处理直接排放。 d 旁滤设施 现行规范和修订规范对旁滤量的规定均为1~5%,但是考虑到有些 多尘地区的企业反映, 旁滤量不足,所以增加了多尘地区或灰尘指数偏高地区可 适当提高。目前旁滤设施多采用无阀滤池或机械过滤器,据有些厂家反映,过滤 效果不佳。分析原因可能是低浊度的条件下,悬浮物胶体的颗粒很微小,单纯的 筛分过滤不易去除,规范说明中建议投加混凝剂。过滤器的型式可选择多样化, 有的企业(济南炼油厂)将无阀滤池改为以色列管道过滤器,但效果不佳,最 后改为浮盘式纤维过滤器,电动控制,进水浊度7~8°,出水3~5°。 e 关于水泵的净正吸入水头 这不是本规范的范围,但是这是水处理设计中以前 存在的问题。过去选泵,只要满足水位超过泵顶20cm 即可启动运行,这一概念 是不够准确的,对于小型离心泵,常温水体,一般是没有问题的,但是对大型立 式离心泵、轴流泵,特别是热水泵一定要计算净正吸入水头,该值一定要大于水 泵样本的气蚀余量。 2.3现存问题如何解决 a 应尽快制定一些有关工程建设各方责任的规范或规定,理顺各方的关系。 b 加快推进无磷、无有害金属水处理配方。目前已有一些厂家声称握有无磷水处 理配方,但当水处理设计上推荐时,却又给不出具体数据,这说明无磷水处理配 方还不成熟, 据我们了解国际上比较知名的水处理公司,其无磷水处理配方也只 适用于某些水质。 如果无磷水处理配方的成功推出,则上述两大污染问题则可迎

刃而解,所带来的效益时非常巨大的。 建议这一问题,应当由水处理协会组织 水处理药剂生产厂家、 用户和科研单位一起攻克技术难关,我想这个问题的难度 总比探月要简单得多吧,集中社会力量,利用中国特色社会主义制度的优越性, 一定会很快的解决。 c 对现实的超标排污水的和预膜水,建议还是送污水处理厂处理。本次《工业循 环冷却水处理规范》修订,对含磷污水的处理也给出了具体的技术方案。

3.工业循环冷却水处理设计规范的适用范围及其术语 3.1《工业循环冷却水处理规范》的适用范围 在修订版 总则1.0.2条明确规定: “本《工业循环冷却水处理规范》适用于以地 表水、 地下水和再生水作为补充水的新建、扩建和改建工程的循环冷却水处理设 计” 。也就是说,除海水循环外,其余的所有循环冷却水处理设计均适用。这里 需要说明一点,循环冷却水的水量多少不同,有的几十万吨/h,有的几百吨/h, 甚至几十吨/h,几吨/h,是否也适用呢,可以明确地告诉你,不管规模大小,这 本规范均适用,但是,小规模的循环冷却水处理,按照这本规范来设计,自然有 些小题大做,比如几十吨的循环说是否还需要旁滤,是否还需要预膜,这些问题 都要重新加以考虑,目前,正酝酿编制一本中小型循环冷却水处理规范,以解决 这方面的问题。 3.2名词术语 大家都是循环冷却水处理方面的内行,很多术语都了如指掌,我只是把这次《工 业循环冷却水处理规范》修订提出的一些新的术语解释一下,以便在《工业循环 冷却水处理规范》中碰到这些名词时,不至产生误解。 a 循环冷却水系统 Recirculating Cooling Water System 以水作为冷却介质,并循环运行的一

种给水系统,由换热设备、冷却设备、处理设施、水泵、管道及其它有关设施组 成。 b 间冷开式循环冷却水系统(间冷开式系统) Indirect Open Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷却 介质间接传热且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系统。 c 间冷闭式循环冷却水系统(闭式系统) Indirect Closed Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷 却介质间接传热且循环冷却水与冷却介质也是间接传热的循环冷却水系统。 d 全闭式系统 Totally Closed System 系统中的循环冷却水不与大气接触的间冷闭式循环冷 却水系统。 e 半闭式系统 Semi Closed System 系统中的循环冷却水局部与大气接触的间冷闭式循环冷 却水系统。 f 直冷开式循环冷却水系统 (直冷系统) Direct Open Recirculating Cooling Water System 循环冷却水与被冷却介质 直接接触换热且循环冷却水与大气直接接触散热的循环冷却水系统。 g 开式系统 Open System 间冷开式和直冷系统的统称。

4.“工业循环冷却水处理设计规范”主要修订内容 本次修订是一次全面修订,每一章、每一节,甚至大多数条文都做了不同程度的

修改, 我在这里就没有必要逐条解释了,我这里只是将重要的修改及其原因介绍 一下。先说明各项数据是如何制定的,大家都知道水处理是试验科学,很多水处 理数据都是从实践或试验中得出,而非经计算得出的,比如 Cl-指标,我们是根 据国内很多企业循环冷却水的运行数据,综合选择比较先进的指标而确定的,而 不是计算得出的。目前也无法计算。其它水处理指标的确定也都类似。 4.1循环冷却水水质指标和水处理控制指标的修订 水质指标和控制指标是反映水处理技术的一面镜子,长期以来,我国在循环冷却 水处理技术的进步,必然要导致水质指标一系列数据的修改。 a 浊度: 现行规范使用的名称是悬浮物,指标数据没有修改,修订版《工业循 环冷却水处理规范》只是将项目名称改为浊度。 为什么这样修改呢, 虽然两者都是表示水中悬浮固体含量,但是两者所表示的悬 浮颗粒直径却不相同,悬浮物所表示的颗粒粒径为1μm 以上,而浊度所表示的 颗粒粒径为1nm~1μm,即通常所说的胶体物质,而且两者的测试方法也不同,前 者是过滤法测定,后者是利用光学原理测定。两者并没有换算关系。因为胶体物 质对循环冷却水产生污垢、 菌藻孳生起着至关重要的作用,所以将悬浮物质指标 改为浊度更为确切,并且应将这一指标尽量控制在更低的水平。 循环冷却水的浊度对换热设备的污垢热阻和腐蚀速率影响很大, 所以要求越低越 好。工厂运行的实践证明循环冷却水系统设有旁滤池时,补充水浊度可控制在 5NTU 以 内, 我国大部分地区的循环冷却水的浊度可以控制在10NTU 以下, 因此表3.1.1-6 规定板式、螺旋板式和翅片管式换热设备,浊度不宜大于10NTU,其它一般不应 大于20NTU,工厂运行数据表明这一规定完全满足本规范的污垢热阻值指标。对 于电厂凝汽器, 因其传热管内循环冷却水的流速一般均大于1.5m/s,另外凝汽器 均设有胶球清洗设施,因此电厂凝汽器内循环冷却水的浊度指标可适当放宽。 b pH 值:新版 pH 的范围比现行版的范围要宽, 反映了药剂缓蚀阻垢性能的提高。

c 钙硬度+甲基橙碱度:这个项目现行规范是将 Ca2+和碱度分列,采用综合指标 更加科学。 CaCO3的溶度积 从上式可以看出: 32-是随之 H+的浓度而改变的, H+高时, 32CO 当 CO 转化为 HCO3-,而增大了溶解度,因此导致 CaCO3沉淀是由两个因素构成的,即 H +浓度(碱度)和 Ca2+含量两个因素构成的。 碳酸钙稳定指数 RSI≥3.3,这也是控制碳酸钙沉淀的一个指标,它是根据碳酸 钙饱和指数计算得出。有多个计算式,推荐计算公式为: pHs=9.70+A+B-C-D A ——总溶解固体系数 B——温度系数 C——钙硬系数 D——碱度系数水质稳定 性判断: (1). Langlier Is=pH-pHs Is>0 碳酸钙过饱和 Is<0 碳酸钙不饱和 Is=0 饱和状态 但是由于碳酸钙结晶时的介稳区的影响,上述判断有误差,实践经验 指数为 Is=0.5~2.5 稳定 Is<0.5 腐蚀 Is>0.5 结垢 (2).稳定指数 S=2pHs-pH S≈6.0 稳定 S<3.7 严重结垢 3.7<S<6.0 结垢 6.0<S<7.5 腐蚀 S>7.5 严重腐蚀 (3). 结垢指数,临界 pH 值,极限碳酸盐硬度等。 d 总铁 铁离子为天然水中的微量离子,锰离子含量更少,约为铁离子的十分之 一。一般二者共存,不易分离,故常以铁含量来代表铁和锰离子总量。 水中的总铁含量包括胶态铁和亚铁离子两部分。胶态铁为三价铁,通常以氢氧化 铁或铁氧化物的水合物呈胶体状态悬浮于水中。在循环水系统中,会沉积在水冷 器表面上,形成黏着性强、难清除的污垢,并能导致垢下腐蚀。胶态铁在预处理 混凝、沉淀过程中可被除掉一部分。亚铁离子为溶解性离子,在循环水系统中, 能促进碳酸钙结晶并沉积, 在采用磷系水稳剂时,有可能声称黏结性很强的磷酸 亚铁污垢,还是铁细菌繁殖的营养源。 一般对补充水总铁含量要求<0.2~0.5mg/L。循环水中的总铁指标≤0.5mg/L。 以往循环水中总铁有的不控制,有的控制<0.5mg/L、1.5mg/L 或2.0mg/L。根据

不少系统的统计资料来看,控制总铁 <0.5mg/L 是完全可以做到的,这种水的 腐蚀速率都很低。 总铁如达到1.5mg/L 或2.0mg/L 时,实际上腐蚀速度已经超标。 控制循环水的总铁量除需控制补充水的总铁量之外, 主要改善水的缓蚀性能。 国 内很多厂的运行数据,总铁均在1mg/L 以下,国外可达2.0mg/L。 e 氯离子 对于循环冷却水中氯离子指标,不仅国内而且在国际上也是众说纷纭、 指标各异,由此给设计工作带来很多不便,甚至无所适从。氯离子指标对循环冷 却水处理影响很大, 指标不切实际将导致设备的腐蚀损坏或水处理费用增加,因 此制订一个合理的指标是非常必要的。本次《工业循环冷却水处理规范》修订的 氯离子指标,其根据是什么?是否科学合理?就这一问题做如下说明。 <!--[if !supportLists]-->n <!--[endif]-->氯离子的腐蚀作用及其

影响条件 氯离子是天然水中普遍存在的腐蚀阴离子。氯 离子-有极高的极性促进腐蚀反应,又有很强的穿透性,容易穿透金属表面的保 护膜,造成缝隙腐蚀和孔蚀,特别是对奥氏体不锈钢造成腐蚀开裂,危害很大, 能使水冷器在短期内报废。化工、炼油、冶金等行业中很多奥氏体不锈钢设备耐 氯离子腐蚀性能较差,因此本次修订是专门针对奥氏体不锈钢及碳钢换热设备。 影响不锈钢腐蚀开裂主要因素有如下几个: (1)设备的内应力,这是在设备加热过程中形成的,正规厂在设备制做完成后, 虽然经过热处理消除应力,但仍有残留,另外设备在安装、生产过程中,由于温 度、机械等因素也都会使设备产生内应力,在这些应力部位,氯离子很易积聚造 成腐蚀。 (2)氯离子的催化作用是在设备存在有内应力的情况下产生的,由于氯离子的 催化作用而使不锈钢设备产生应力腐蚀开裂,首先是从点腐蚀、缝隙或腐蚀沟槽 上开始,使被破坏的钝化膜无法修复,故腐蚀不断加深,直至金属呈枝状裂纹而 被破坏。 有的资料介绍只要每升几毫克的氯离子,甚至0.2mg/L 氯离子就可产生 腐蚀开裂, 上海金山化工厂不锈钢球罐被氯离子腐蚀开裂的实例也印证了这一结 论。另外,氯离子在缝隙中或污垢下容易富集而产生氯离子高浓度,例如某厂的

循环冷却水中的氯离子约200 mg/L,但在损坏的壳程水冷器管板与管程连接的缝 隙处,氯离子则高达20000~30000 mg/L,而现场管程水冷器未发生应力腐蚀开裂 现象,原因是壳程水冷器有缝隙并且水流速低,为氯离子富集创造了条件。再有 某厂投产仅两个月的时间, 大批换热器就发生了因腐蚀开裂而泄露,当时循环冷 却水中氯离子含量仅20~50 mg/L,可见氯离子多少并不是产生腐蚀开裂的唯一因 素。 (3)温度的诱导作用,众所周知,温度是化学反应的重要因素,腐蚀开裂也不 例外。在拉应力和氯离子都存在的条件下,温度较低腐蚀不明显,温度升高则腐 蚀开裂加剧。有的资料认为奥氏体不锈钢达到70°C 时就产生腐蚀。现场发现, 应力腐蚀开裂均发生在水冷器的热端,即工艺介质进口端,冷端不产生腐蚀,介 质温度小于150°C 的水冷器也未发现过腐蚀开裂。 (4)污垢、水流速也是影响腐蚀的重要因素,这两个因素互有因果关系,流速 低不易扩散, 利于氯离子富集, 同时也易使污垢沉积, 加剧氯离子的富集和腐蚀。 同样条件下,壳程设备较易发生腐蚀原因也就在此。 <!--[if !supportLists]-->n <!--[endif]-->国标及国际上各厂商的

氯离子指标 现在国际上还没有一个统一的循环冷却水 水质标准,因此各厂商的标准只是根据本厂的经验确定的。所以标准五花八门、 高低不一,有的公司限制很严,规定应小于100 mg/L,甚至小于50 mg/L,但有 的公司则不太严,规定为<400 mg/L,还有的公司则不限制。出现这种情况主要 是各公司受本身经验所限和对现代循环冷却水处理技术缺乏了解所致。 我国现行 标准对氯离子的规定是<300 mg/L。根据调查,这一指标是偏低的。 <!--[if !supportLists]-->n <!--[endif]-->对氯离子的防腐措施 针

对循环冷却水的腐蚀(包括氯离子腐蚀)防护,目前国 内常用的有两种方法, 一种是药剂处理法, 即在循环冷却水中投加阻垢缓蚀药剂, 控制腐蚀,另一种则是材料防腐,选择抗腐蚀材料制作换热器,前一种方法是目 前广泛采用的, 后一种仅在电力行业较为普遍。水处理药剂法常用的缓蚀剂有铬

酸盐、聚合磷酸盐、有机磷酸盐、钨酸盐、钼酸盐、硅酸盐、硫酸亚铁等,由于 环保限制和价格因素等原因, 目前使用最多的是磷系水处理配方,硫酸亚铁仅在 电力行业使用, 用于对铜凝汽器的保护。磷酸盐的保护作用是通过与水中的钙离 子或腐蚀产物亚铁离子相结合, 生成以聚合磷酸钙铁为主要成份的络合物,依靠 腐蚀电流电沉积于阴极表面形成沉淀膜保护金属不被腐蚀。由于无毒、价廉而被 广泛采用。火力发电厂凝汽器管选材导则。 <!--[if !supportLists]-->n <!--[endif]-->氯离子指标对循环冷却

水处理的影响 氯离子对循环冷却水处理的影响,主要是 限制了循环水浓缩倍数的提高。我国北方地区,地下水、河水氯离子含量均比较 高,以沧州地区为例,氯离子含量高达150~200 mg/L,按现行国家标准,基本上 不能直接循环使用,由此可见氯离子指标对节约用水的制约作用。当然,上述水 质经过处理后, 还是可以用的, 但是脱除氯离子利用一般常规混凝沉淀过滤的方 法是做不到的, 必须用离子交换或反渗透膜法进行处理,才能脱除氯离子和含盐 量, 如此则带来处理工艺流程的复杂化、 基建费用的增加、 原材料的消耗 (酸碱) 、 能源的消耗(电力)及管理人员的增多等。 由此可见, 氯离子指标的提高与循环冷却水处理技术密切相关,可带来巨大的节 水和经济效益。国内某些生产厂的氯离子指标 根据调查资料,将国内一些典型 生产厂的循环冷却水运行氯离子数据列表如下: 表2 循环冷却水中氯离子含量 厂名 指标 注 燕山炼化橡胶厂 I 循 II 循 IV 循 809.31 650~1064 890.75 3.44 4.97 5.85 <900 循环冷却水中 Cl-含量(mg/L) 浓缩倍数 Cl-控制

上海石化股份有限公司 腈纶部北组循环冷却水 最高781 最低493 平均4.49 secco 循环冷却水 460~705 3.04~5.86 最低3.8 平均625.37 最高5.1 ≤800

盘锦辽河化工有限集团公司化肥厂 循环冷却水 ≥ 230~250 3 <650

(正采取措施将浓缩倍数提高5) 大庆石化水气厂一循 循环冷却水 260.9 ≥5 <300

表中所列各厂循环冷却水系统的换热设备材质,包括碳钢和不锈钢,设备型式有 管程也有壳程。 <!--[if !supportLists]-->n <!--[endif]-->氯离子指标的修订值 许

多著作和研究都对氯离子的腐蚀机理作了定性分析,但 是要从定量分析确定氯离子指标, 目前还是不可能的, 因为牵涉的因素条件太多。 本次修订氯离子指标, 主要还是来自实践和一些专家的调查结论,最终氯离子指 标修订值由现行规范300 mg/L 提高至700 mg/L,虽然现有工厂运行的氯离子指 标高达1000 mg/L 以上,但毕竟不太普遍,为稳妥起见,采用平均偏上的指标。 根据前面所述,氯离子的腐蚀不是单一的因素,因此在确定氯离子指标的同时, 还对换热器材质、水侧壁温、设备冷却水出口的水温等作了规定,以保证该指标

的安全可靠。 附带说明, 氯离子指标是在药剂处理条件下的数据, 采用此指标时, 其它条件(诸如水流速、浊度、pH 值、菌藻数量等)也应符合本规范的规定。 f 游离氯 现行规范规定0.5mg/L~1.0mg/L,修订规范为0.2~1.0mg/L,现在很 多厂的控制指标都是0.2~1.0mg/L,实际运行中的数据在0.15~0.8mg/L,这说 明如果水质比较好的话,较低余氯量也可控制微生物的生长。 由于近来接连发生液氯爆炸,运输途中液氯泄露伤人等重大事故,北京市、中石 化已明令禁用液氯,在征求意见过程中,也有禁用液氯的建议。对此问题, “规 范”修订组经过调查认为,在使用液氯对循环冷却水处理的过程中,从未发生过 重大事故,只要加强管理,严格执行安全操作规程,完全可以保障安全生产。而 且目前很多单位都在使用液氯, 如果立即取消液氯杀菌还有困难,当前世界上仍 有许多国家的循环冷却水处理还在使用用液氯杀菌。况且液氯价格便宜,使用方 便,深受操作人员的欢迎,通过对取消液氯使用单位的调查,它们还是很愿意恢 复使用液氯的。 因此本次修订仍然保留液氯的使用, 只是在推荐排序上做了调整, 毕竟液氯是一种危险品,在生产、制造、运输和使用各个环节中存在巨大风险, 从安全角度上讲应逐渐淡化。 4.2循环冷却水控制指标的修订 a 污垢热阻值 间冷开式循环冷却水系统的污垢热阻值:现行规范是宜为1.72× 10-4~3.44×10-4m2? k/w,修改版改为应小于3.44×10-4m2? k/w,并增加了粘 附速率指标15mg/cm2。 污垢热阻是一个很重要的数据,设计阶段它关系到换热 器的换热面积大小,也就是设备投资的多少,运行阶段则与传热效率、能量的消 耗、产量的高低密切相关。 b 腐蚀速率 现行规范规定,间冷却开式循环冷却水系统换热器碳钢管壁腐蚀率 宜小于0.125mm/a,修订规范为:碳钢设备传热面水侧污垢热阻值应小于 0.075mm/a。 c 微生物控制指标 现行规范规定,敞开式系统循环冷却水中的异养菌宜小于5 ×105个/mL,生物黏量不大于3mL/m3。 这里需要解释一下,什么是异养菌和自

养菌两类。 自养菌(无机营养型)能直接利用无机物如空气中二氧化碳及无机 盐类作为营养来源,合成细胞所需要的碳源,微生物。异养菌是利用环境中的有 机碳化合物进行氧化发酵得到细胞所需要的营养物。 循环冷却水中,以异养菌的生长繁殖最快,数量也最多。它代表水中大部分细菌 的数量, 一般以异养菌的数量代表水中细菌总量。微生物在循环冷却水系统中大 量繁殖,会使循环冷却水颜色变黑,发生恶臭,并形成大量黏泥沉积于冷却塔和 换热设备内, 隔绝了药剂对金属的保护作用,降低了冷却塔的冷却效果和设备的 传热效率, 同时还对金属设备造成严重的垢下腐蚀,微生物对循环冷却水系统的 危害较之水垢、电化腐蚀来说更为严重,因此控制微生物的危害是首要的。循环 冷却水中生物黏泥量的多少直接反映出系统中微生物的危害程度, 因此生物黏量 的控制是非常重要的。本次修订为小于3mL/m3。 d 浓缩倍数 循环冷却水本身的节水主要体现在浓缩倍数上,高浓缩倍数比低浓 缩倍数节水,但这不是说浓缩倍数越高越好,因为浓缩倍数大于5则节水效果不 明显, 而且对水处理带来很大的难度并且在经济上也需要更多的花费,根据目前 工厂运行的情况浓缩倍数多在5左右,中石油、中石化的规定基本也是这个水平。 目前,在新项目的设计上浓缩倍数也多采用5这一指标,结合我国用水和水资源 短缺的现状,本次修订将现行《工业循环冷却水处理规范》中的浓缩倍数由3提 高到5。 浓缩倍数由3提高到5能节省多少水呢?我们先作一个简单计算: 在浓 缩倍数1.5~10的条件下,通过对循环冷却水量为10000m3/h 的计算得出下表:计 算条件:气温40℃,K 值选用0.0016/℃。 表3 不同浓缩倍数系统的补充水量与排污水量 浓缩倍数计算项目 10.0 循环冷却水量 R(m3/h) 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 水温差Δt(℃) 10 10 10 10 10 10 10 10 1.5 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

排污水量 B(m3/h) 补充水量 M(m3/h) 177.8

320 160 480 320

80 240

53.3 213.3

40 200

32.0 192

26.7 186.7

17.8

排污水量占循环冷却水量的百分比(%) 3.20 1.60 0.8 0.53 0.4 0.32 0.27 0.18 补充水量占循环冷却水量的百分比(%) 4.8 3.2 2.40 2.13 2.00 1.92 1.87 1.78

本次《工业循环冷却水处理规范》修订,将浓缩倍数从3提高到5倍,近上表的计 算结果,节水效果能提高0.4个百分点,折合全国节水量可达176亿 m3之多,这是 一个很可观的数量。 现在很多新工程项目不仅要求高浓缩倍数,甚至还限制使用新水,可见用水形势 的紧张程度,另外国内各行各业为求节水也都纷纷研制新的水处理药剂处理配 方,达到浓缩倍数5的企业比比皆是,甚至有少数企业已达到浓缩倍数10以上, 可见这一指标还是可以作到的, 虽然由此可能引起一些运行费用的增长,但是面 对有限的水资源和经济建设可持续发展的需要,孰重孰轻显而易见。冶金、电力 行业在制定水平衡方案时往往为了满足串级用水(冲灰等)的需要,加大循环冷 却水系统的排污水量,因而降低了浓缩倍数,但是只要减少新鲜水用量,浓缩倍 数不受此限。 4.3扩展了间冷闭式循环冷却水处理的内容 现行《工业循环冷却水处理规范》关于间冷闭式系统的条文只有十条规定,普遍 反映缺少可操作性,此次修订根据大家的意见,增订至十六条,主要内容包括密 闭系统的水质指标、系统设计计算、阻垢缓蚀和清洗予膜等。 4.4增加了直冷循环冷却水处理内容 直冷循环冷却水主要用于冶金、电力行业,化工也有少量应用,由于直冷循环冷 却水的用水量很大而且水质较差,含有多种有害物质,增大了水处理的难度,并

且系统排污水也会造成环境的污染,有关行业迫切需要一本规范作为设计依据。 目前国内尚无这方面的国标或行业标准, 制定这部分标准将对节水减少污染起很 大作用。 主要增订内容包括直冷循环冷却水水质指标、 系统设计、 阻垢缓蚀处理、 沉淀过滤处理、泥浆处理等内容。 4.5增加了再生水处理内容 污水经处理后(即再生水)用作循环冷却水系统补充水的作法,在国内使用还不 普遍, 国际上已被一些较发达的国家广泛采用。 该方法对于节约水资源很有成效。 本次修订就此内容增加了一章两节,主要内容为一般规定、水质指标、深度处理 工艺及一些关键设计数据。 4.6加酸处理 这次《工业循环冷却水处理规范》修订增加了加酸处理的内容,早在规范第一版 《工业循环冷却水处理规范》GBJ50-83中就有加酸内容,但在第二版《工业循环 冷却水处理规范》 GB50050-95中删去, 到目前修订版又把加酸处理内容加了进来, 这不是简单的重复,而是螺旋上升,早期的加酸处理,由于加酸量不易控制,同 时又受到缓蚀剂性能的限制, 担心加酸过量引起腐蚀,因此规范中不推荐这一方 法。但是随着投加设备和控制水平的改进,以及新配方的开发,加酸处理的优越 性突现出来,这个方法既经济又简便,很多厂家都采用此法提高浓缩倍数。 4.7水质分析资料的校核 本次规范修订增加了水质分析资料的校核计算, 准确无误的水质资料室循环冷却 水处理设计的基础。 规范中推荐的校核公式是基于水的电中性这一性质,公式单 位完全符合国际规定的标准单位,避免因用毫克当量/L。公式如下:式中 —阳 离子毫摩尔浓度 (mmol/L) —阴离子毫摩尔浓度 ; (mmol/L) —阳离子电荷数; ; —阴离子电荷数。分析误差≤2%。 4.8其它 除了上述修订之外,在总则、术语、符号、旁流水处理、补充水处理、排水处理、

药剂贮存和投配、监测控制和检测各章均作了一些修订。 4.9与国外标准的比较 目前国际上还没有循环冷却水处理的设计标准, 国内现行的循环冷却水处理标准 是我国独有的型式,当初在编制《工业循环冷却水处理规范》第一版时,主要的 技术和指标还是来自国外一些大型水处理公司, 当时国内在循环冷却水处理技术 上还有很大差距。 但是经过20多年的努力和赶超,国内循环冷却水处理技术和设 计指标已接近或达到国际水平, 下面是本次修订的一些水处理数据与国外大型水 处理公司的比较。由于各公司保密的原因,表中数据有些为上世纪80~90年代的 指标。 修订后的《工业循环冷却水处理规范》标准与国外水处理公司标准比较 项目 pH 修订标准 N 公司 K 公司 G 公司

6.8~9.5 6.8~9.5 7.0~8.5 <8.7

浊度 NTU 10~20 10~20 20 电导率 μS/cm <4500 <2500 <6000 钙硬度+甲基橙碱度 mg/L ≤1100 总硬度 mg/L 200~300 钙硬度 mg/L ≤900 50~400 M-碱度 mg/L 80~200 30~300 T-Fe mg/L ≤1.0 <1.0 <2.0临界值 <3.0 AL3+ mg/L ≤0.5 <0.5 Cu2+ mg/L ≤0.1 <0.1 Cl- mg/L 壳程≤700不锈钢管程≤1000碳钢 不锈钢 ≤500不锈钢 ≤1000碳钢 <300 <200 二氧化硅 mg/L <175 <130 <150

游离氯 mg/L 0.2~1.0 0.2~0.8 0.2~0.5 0.2~0.5 CODCrmg/L <100 <85 异养菌 个/mL ≤1x105 <1x105 <1x104 <1x105 黏泥量 mL/a ≤3 <3 腐蚀速率 mm/a 碳钢≤0.075 铜、铜合金、不锈钢≤0.005 碳钢≤0.075 铜<0.0075 不锈钢<0.005 粘附速率 mg/cm2? 月 ≤15 炼油行业≤ 20 <15 <15 污垢热阻 m2? K/W 1.72x10-4~3.44 x10-4 3.44x10-4 浓缩倍数 5 5~6

从上表的对比数值可以看出在循环冷却水处理控制指标方面, 基本已达到国际水 平,有的水处理指标甚至超过它们,但是在水处理药剂质量、自动监测和控制方 面还有一些差距。

5.关于《工业循环冷却水处理设计规范》执行有难度的条款说明 5.1腐蚀率 在修订稿征求意见时,有的药剂生产厂家提出,碳钢腐蚀率0.075mm/aa 不易做 到,希望降低到0.1mm/a,这一标准的制定主要是根据中石化、中石油、化工等 行业的标准和企业运行数据, 说明现有的水处理技术是完全可以达到的。提意见 的厂家也表示,不是做不到,而是具有一定难度,规范的制订就是要有一定程度 的先进性,并且经过努力可以做到的,这才体现规范推动技术发展的作用。 5.2浊度 对浊度的标准,主要是电力部门有些意见,电力部门的行业标准是悬浮物 200~400mg/L,相差这么大的原因是发电厂的凝汽器采用 FeSO4成膜,配合胶球

清洗,所以水中悬浮物指标很高。规范中对此给予了说明。 5.3浓缩倍数 在征求意见的过程中,对于浓缩倍数5的规定,有的专家有不同意见。认为应区 别丰水和缺水地区的标准。浓缩倍数5的规定不论是技术上还是企业运行数据, 都不成问题。从我国水资源短缺的情况,无论是丰水或缺水地区都应节水,不过 大家的意见也有些道理,因此《工业循环冷却水处理规范》把不应低于5,改为 不宜低于5,不应小于3.0。

6.工业循环冷却水处理设计深度和施工图审查要点 6.1基础设计要包括如下内容: 1)循环冷却水量,温度降,系统划分 2)补充水水质资料、水量和处理方案 3)设计浓缩倍数、阻垢缓蚀处理方案 4)系统排水处理方案 5)旁流水处理方案 6)微生物处理方案 7)污垢热阻、腐蚀率、微生物指标的确定 6.2详细设计审查:

7.《工业循环冷却水处理规范》标准修订版的社会经济效益

7.1节约用水 本次《工业循环冷却水处理规范》修订将浓缩倍数从3提高到5,节水效果是很明 显的,根据计算节水效果可提高0.4个百分点,到2010年全国总用水量可达6000 亿 m3,其中工业用水为20%,而循环水补充水则占工业用水70%,以此计算, 每年可节水140亿 m3,相当于北京市(34.5亿 m3)4年的用水量,按北京市工业 用水现行价格5.6元/m3计算,每年可节约资金748亿元,这是直接经济效益。间 接效益还有减少水源规模和输配水管网,减少水处理药剂量,减少动能消耗等, 总体算来经济效益是非常巨大的。本次《工业循环冷却水处理规范》修订增加了 再生水用于循环冷却水补充水的内容, 这是节约用水减少环境污染的又一有效措 施。根据化工行业的统计,工业污水和生活用水约占总水量的1/5,清净排水约 占1/6,合计约为2/5,如果只利用其中的50%,则总水量即为240亿 m3/年,可 见节水效益是十分显著的。 当然有些地区单从经济上计算可能不十分划算,但从 全局角度,从可持续发展、以人为本的方针政策出发,还是必须作为的。 7.2腐蚀速率 本次 《工业循环冷却水处理规范》 修订将碳钢设备的腐蚀速率 “宜小于0.125mm/a” 降低至“应小于0.075mm/a” ,将延长设备使用寿命1.67倍,降低设备折旧率,延 长检修周期。 7.3其它 本次 《工业循环冷却水处理规范》修订增加了直冷循环冷却水处理和再生水处理 内容,扩大了《工业循环冷却水处理规范》的覆盖面并且条文更具可操作性,更 加方便在设计中贯彻执行。 另外对系统含磷污水的排放, 除了规定必须处理之外, 而且还提供了处理方法,切实地解决了污染问题。

8.《工业循环冷却水处理规范》修订标准的初步评价 8.1对修订《工业循环冷却水处理规范》版本的反响

本次《工业循环冷却水处理规范》修订很受循环冷却水处理设计、研究、服务工 作人员的欢迎,他们对规范的作用寄予了很大希望,如回信中有的同志表示“深 感水处理行业工作没有一个强有力的法律依据,工作起来很被动”“随着经济的 , 飞速发展,尤其是水处理行业的发展,现行标准已经不能满足现场需要,急切盼 望有一个新标准出台” ,这充分表明本次修订是非常必要的。在新版《工业循环 冷却水处理规范》征询意见稿寄出以后,广大水处理专家和行业工作者,均十分 负责,极其认真、逐字逐条的对规范修订稿进行了审查,提出了很多宝贵、中肯 的意见,并对规范修订稿予以肯定,如有的专家在回文中讲到:《工业循环冷却 “ 水处理设计规范》修订稿与原规范相比,增加了很多新内容,使本规范内容更加 丰富、更有可操作性,是一本比较好的规范” ,也有同志讲到“我感到《工业循 环冷却水处理规范》 ‘修订稿’总体说来,比原稿大有提高和改进,已经考虑到 这十多年国内外水处理技术的发展, 同时也结合了国内的节水形势和日益严格的 要求。我感到你们作了大量调查研究,有很大成绩” 。从上述反映看来,规范修 订稿得到了广大专家和专业工作者的认可。 8.2《工业循环冷却水处理规范》修订稿的评价 《工业循环冷却水处理规范》 修订版于2006年12月21日在北京召开审查会,邀请 全国水处理专家参会审查, 《工业循环冷却水处理规范》修订版获得通过。审查 结论如下: 1) 《工业循环冷却水处理设计规范》修订思想明确,符合国家经济发展的总体 方针和政策。着力贯彻节水、节能、节材、保护环境和安全生产的原则和理念。 2) 《工业循环冷却水处理设计规范》修订稿比编订过程符合建设部的有关规定 和要求。修订组认真、负责、细致地做了大量调研工作,充分听取了各行业和各 方面专家的意见。 3) 修订稿涵盖了国内循环冷却水处理的全部内容;文字简炼,表达科学准确, 具有可操作性; 充分反应了国内三十年来水处理技术的经验和先进技术,并吸收 了适合我国国情的国外先进技术;规范中的重要内容和技术指标已与国际接轨, 有些指标还高于国外水平。

同时, 修订组也未水处理技术的发展留有发展空间。可以认为这是一份基本达到 国际先进水平和具有国际前瞻性的规范。

、本文作者:中国工程工业给水排水专业委员会:薛树森 《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007说明

1.新版国标《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007规范修订的背景、 意义及其特点 1.1我国《标准化法实施条例》规定: “标准实施后,制定标准的部门应按科学技 术的发展和经济建设的需要适时进行复审,标准复审周期一般不超过五年” 。我 们这本《工业循环冷却水处理规范》第一版是 GBJ80-83,第二版,也就是现行 版 GB50050-95,发布至今已达12年之久,远远超过了标准化的规定,所以要进 行修订。 1.2循环冷却水处理技术的发展 我国循环冷却水处理药剂及技术虽然起步较晚,但紧跟国外的发展趋势,并结合 国情进行研究开发和推广应用,具有起点高、发展快的特点。在消化吸收的基础 上,先后开发出 HEDP、ATMP、EDTMP、PAA、DDM(G4) 、聚马、马丙、聚季铵盐。 瞄准具有70 年代水平的聚磷酸盐/膦酸盐/聚合物/杂环化合物的循环冷却水处 理“磷系复合配方” ,进行研究开发,填补了国内空白,满足了大化肥循环冷却 水处理药剂国产化的要求。 80 年代,随着石油装置和大型冶金装置的引进,对栗田、Nalco Drew、片山等 国外著名公司的循环水处理剂及冷却水处理技术进行消化吸收。 一大批新的循环 水处理剂配方相继开发成功,使我国的循环冷却水处理技术又取得了重要进展, 在磷系复合配方的基础上, 开发出 “磷系碱性水处理配方” 全有机水处理配方” 、 “ 、

“钼系水处理配方” “硅系水处理配方” 实现了循环冷却水在自然平衡 pH 条 和 。 件下的碱性条件下运行,这类水处理配方除具有“磷系复合配方”的优点外,还 避免了加酸操作带来的失误,深受用户的欢迎。 90 年代以来,随着水处理技术的进一步提高,国内水处理剂及技术开始出口。 同时新型膦酸盐、 新型水处理杀生剂的不断开发成功,水处理药剂的前沿研究与 国外水平基本接近。 “全有机水处理剂配方”应用比重不断提高,与此同时,低 磷、无磷、无金属水处理配方不断推向市场。 我国的循环冷却水处理是20 世纪70 年代后期从国外引进磷系配方开始的, 至今 已取得了巨大的进步, 说明我国的水处理药剂应用水平不低,表1 为我国循环冷 却水处理配方发展过程。 表1 我国循环冷却水处理配方发展 年代 1975~1979 配方 聚磷酸盐/膦酸盐/聚丙烯酸(用酸调 pH) 聚磷酸盐/膦酸盐/锌

/聚丙烯酸(用酸调 pH) 1980~1985 1980~1985 1986~1992 1993 多元醇磷酸酯/锌/磺化木质素(用酸调 pH) 膦酸盐/聚合物或共聚物(碱性处理) 硅酸盐或钼酸盐配方 磷酸盐/二元、三元共聚物全有机配方,系统可连续运行1~2 年 新型膦酸盐及新型共聚物开始进入市场,碱性处理比重在提高

<!--[if !supportLists]-->1998 <!--[endif]-->开始开发无磷无金属配方

目前循环冷却水处理已经在我国各个行业的循环水系统中得到应用。 不论是国产 装

置还是引进装置, 其使用的循环冷却水药剂绝大部分已经国产化,我们已经有能 力解决各种条件苛刻的冷却水系统中所遇到的腐蚀、结垢、生物粘泥等问题。 从90 年代开始,我国在循环冷却水处理监控技术开发方面也开展了一些工作, 如示踪和远程控制技术已取得初步成果, 冷却水系统成垢过程专家系统已开发成 功。但在这些方面我们也有较大差距,循环冷却水系统的计算机控制、自动化管 理等方面没有投入很大的开发力量,影响了水处理应用技术水平的提高。 我国循环冷却水处理技术在某些方面具有较高水平, 如我国的膦酸盐类水处理剂 的质量已明显提高,接近或达到了国际先进水平,因此已开始大量出口。然而就 总体而言, 与国际先进水平的差距仍很明显: 重点是水处理管理水平和控制水平。 现行《工业循环冷却水处理规范》GB50050-95,其中一些数据均是以聚磷、聚合 物水处理配方为基础制定的,实际上至2000年水处理配方已发展至全有机配方: 新型膦酸盐及新型共聚物,无磷,无金属水处理配方也开始出现,这些新型水处 理配方与管理的科学化,控制的自动化相结合,使得水处理效果明显提高,水质 适用范围更加宽泛,所有这一些水处理技术上进步在现有规范中没有得到反映, 因此循环水处理技术发展的形势也要求对现有《工业循环冷却水处理规范》进行 修订。 1.3我国供水现状也要求对现行《工业循环冷却水处理规范》进行修订 a 我国用水现状 我国是一个水资源短缺的国家,人均水资源占有量约为2200m3, 不足世界平均水平的四分之一, 随着我国经济建设的迅速发展,水资源短缺的问 题日益显现,我国正常年份缺水量约400亿 m3,已经严重制约了我国经济建设的 发展。缺水不仅影响经济建设,而且还威胁到人们的生活甚至生命安全,比如四 川、 内蒙古等地, 均出现过因干旱而发生人、 畜饮水危机。 面对这样的严重局面, 节水不仅是水处理工作者的任务,而且也是全社会紧迫的任务。水资源的欠缺和 用水效率不高是导致目前供水不足的主要原因,自然条件无法改变,但是在用水 效率方面, 我国和发达国家还有很大差距,我国万元 GDP 用水量是世界平均水平 的4倍左右,工业万元增加值取水量是发达国家的5~10倍,我国灌溉水利用率仅 为43%,为世界先进水平的二分之一,由此可见,无论是工业还是农业节水潜力

还是很大的。 b 全民节水 节水是全民的义务,哪个人不用水,哪个行业不需要水,因此,节 水不只是水行业的任务,而且是所有行业和全体公民的共同任务。至2003年,我 国总用水量约5300亿 m3, 其中农业3430亿 m3, (约占64.5%) 工业1170亿 m3 , (约 占22%) ,生活630亿 m3(约占12%) 农业节水:喷灌、滴灌;生活节水:节 。 水龙头,厕所水箱。 工业节水:首先是生产工艺的改革,充分利用生产过程中 产生的废热,采用不用水的工艺(空冷)等。请看这一现象,钢铁、石化、电力、 石油、纺织、化工等行业的生产厂,无不冷却塔林立,大量的热量通过冷却塔散 发到大气之中,这不仅是能量的浪费,也是水资源的极大浪费。对于冷却塔所蕴 藏的巨大能量,很值得进行研究、挖潜。以全国循环水量4亿 m3/h,冷却降温Δ t=10 ℃计算,损失的热量为4×1012千卡/h,折合标准煤为0.57×106吨煤/h, 天然气0.47×106米3/h, 这仅是一小时的热量损失。 按年8000h 计算, 折合为45.6 亿吨煤,约40亿 m3天然气,是我国煤的年产量2.4亿吨的19倍,多么巨大的能源 浪费。 可见节能、 节水是有巨大潜力。 其次是水行业的节水, 在工业用水中的70~ 80%是循环水的补充水,可见循环水在工业节水中的重要作用。 目前生产工艺还做不到热能的全部利用,也就是说冷却塔还需继续存在,循环水 还得继续使用, 那么循环水节水效益到底有多大呢?循环冷却水的节水作用,对 比直流冷却水而言是非常巨大的。上个世纪五十~六十年代,国家工业建设刚刚 起步,工业用水量很少,相对来说水资源是丰富的,因此很多工厂企业都采用直 流冷却水,既简便又省钱。但是随着工业建设的发展,水资源逐渐紧张,迫使工 厂企业不得不采用循环冷却水。采用这一措施到底能节省多少水呢?以 10000m3/h 的直流冷却水为例,改用循环冷却水,温降10℃,浓缩倍数 N 为3, 只需240m3/h,若 N=5,则需200m3/h,可见节水的巨大成果。同时从上面的数据 也可以得出这样一个结论,循环冷却水系统本身的节水取决于浓缩倍数的高低 产。因此在工业用水中节水的最有效措施,就是采用循环水,高浓缩倍数。最初 人们的想法比较简单,以为把水循环起来,温升降下来即可,但是问题远非这么 简单,循环水在运行过程中产生一系列问题,如果不能很好的解决,则循环水根 本无法运行。例子很多,如北京化工厂(结垢) ,栖霞山化肥厂(生物泛滥) 。归

结起来,循环水运行过程中所产生的主要问题如下: a 水垢由于循环冷却水在冷却过程中不断地蒸发,使水中含盐浓度不断增高,超 过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质 地比较致密,可以防止对金属面的腐蚀,但是却大大的降低了传热效率,0.6毫 米的垢厚就使传热系数降低了17.9%。 b 污垢污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成,垢 的质地松软,不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀。 c 腐蚀循环冷却水对换热设备的腐蚀,主要是电化腐蚀,产生的原因有设备制造 缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌 的黏液所生成的污垢等因素, 腐蚀的后果十分严重,不加控制极短的时间即使设 备报废。 d 微生物的孳生 因为循环冷却水中有充足的氧气、合适的温度及丰富的营养, 很适合微生物的生长繁殖,如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑,大 量黏垢沉积, 设备腐蚀加剧。 因此循环冷却水处理的关键即是控制微生物的繁殖。 面对上述这些问题,人们在生产实践中,不断的总结、探索和研究,掌握了治理 这些危害的方法和技术, 从而保证了循环冷却水系统的稳定运行,也保证了企业 生产活动的安全、高效、持久的运行。 “工业循环冷却水处理设计规范”就是把 人们长期积累的实践经约和科研成果,经过高度概括与浓缩,以规范形式呈现出 来,其目的是为生产、建设、科研、设计和施工服务,为它们提供依据。 1.4《工业循环冷却水处理规范》GB50050-2007版的特点 规范修订版以及前两版, 其主要特点就是以节水为目的,随着国家经济建设的发 展,修订版的节水措施突破了原有的框框,增加以再生水(处理后的污水)为补 充水的内容,为节水减排,保护环境创造了新的条件,同时修订版还增加了直冷 开式循环冷却水的内容,即通常称谓的浊环水系统,扩大了规范的覆盖面。涵盖 了以淡水为补充水的全部循环冷却水系统。海水作补充水的循环水系统,限于技 术成熟程度,此次未曾纳入,随着技术的不断完善,也将陆续收入到规范中。此

次《工业循环冷却水处理规范》修订是一次全面修订,修订内容很多,将在后面 详细介绍。

2.当前工业循环冷却水处理设计现状、存在问题以及解决措施 2.1循环冷却水处理设计现状 过去循环冷却水是以设计为主体,从收集循环冷却水系统资料起至水系统设计, 设备订货,现场施工,调试开车,设计单位全部参与,但是随着改革开放社会主 义市场经济的建立, 以设计负全责的模式发生了很大的改变。 现在是业主——设 计——水处理公司三位一体的建设模式, 即由业主通过招标的方式选择水处理公 司, 而后设计单位再根据水处理公司提供的水处理方案进行设计。因为水处理公 司是专业公司,掌握循环冷却水处理技术和积累了丰富的经验,因此,更能有效 的保证水处理效果。 2.2存在问题 由于循环冷却水处理设计是三方参与,必然会因为三方的立场、观点不同而对问 题的处理产生分歧,因此常常发生设计条件的反复修改,出现问题屡议不决,严 重影响了工程进度和工程设计质量。下面我把《工业循环冷却水处理规范》修订 过程中牵涉到的一些技术问题,简要介绍如下: a 循环水补充水水质条件 通常,设计单位对业主提供的水质资料,以阴阳离子 的毫克当量平衡来校核其准确性,当分析误差≤2%则合格。而当前国际单位中 没有毫克当量这个单位,而是制定了以摩尔为单位。什么是摩尔? 摩尔(mol) 表示一个系统的物质的量,该系统所包含的基本单元数与0.012kg 碳-12(12C) 的原子数相等。 在使用摩尔时,必须指明基本单元,它可以是分子,原子、离子以及其它基本单 位, 或这些单位的特定组合。 已知1个 C 原子的质量是1.993×10-26kg, 所以1mol 12C 所含的碳原子数目为:因为任何一个克原子、分子、离子、电子基本单元都

包含6.02×1023个基本单位,这个数即称为阿佛加德罗常数。换句话说,某物质 所含有的基本单元数为阿佛加德罗常数的多少倍,即是多少摩尔 n,n 可由下式 计算:对这一问题,所以要详细的介绍,原因是在这个单位上有许多错误观点。 a 业主提供的水质分析资料,有一些是以物质(离子)的摩尔量来平衡,这是错 的,应当以物质(阴阳离子)所携带的电荷量来平衡。 b 含磷排水的处理 由于目前循环冷却水处理配方中,绝大多数均含有一定数量 的磷组分,因此循环冷却水系统排污水的磷含量超标,导致江河湖海富营养化, 赤潮、蓝藻大量孽生,严重破坏了生态环境,后果是非常可怕的。虽然现行《工 业循环冷却水处理规范》 中对排水水质指标作出了严格规定,但是现实的循环冷 却水系统无一进行处理,其中主要问题是经济问题,技术上不存在问题。那么如 何来算经济帐, 这就要求我们站在一个比较高的水平上,不是只算本单位的经济 帐,而是要从全社会的角度算帐,要为全民族和子孙后代着想,这个问题就好解 决了。 c 预膜水处理 预膜水中的污染物数量,更是大大的超标。因为预膜水的排放是 间断性的,开车、检修基本上是一年一次,这就更增加了它的处理难度,现实的 情况也是不经处理直接排放。 d 旁滤设施 现行规范和修订规范对旁滤量的规定均为1~5%,但是考虑到有些 多尘地区的企业反映, 旁滤量不足,所以增加了多尘地区或灰尘指数偏高地区可 适当提高。目前旁滤设施多采用无阀滤池或机械过滤器,据有些厂家反映,过滤 效果不佳。分析原因可能是低浊度的条件下,悬浮物胶体的颗粒很微小,单纯的 筛分过滤不易去除,规范说明中建议投加混凝剂。过滤器的型式可选择多样化, 有的企业(济南炼油厂)将无阀滤池改为以色列管道过滤器,但效果不佳,最 后改为浮盘式纤维过滤器,电动控制,进水浊度7~8°,出水3~5°。 e 关于水泵的净正吸入水头 这不是本规范的范围,但是这是水处理设计中以前 存在的问题。过去选泵,只要满足水位超过泵顶20cm 即可启动运行,这一概念 是不够准确的,对于小型离心泵,常温水体,一般是没有问题的,但是对大型立 式离心泵、轴流泵,特别是热水泵一定要计算净正吸入水头,该值一定要大于水

泵样本的气蚀余量。 2.3现存问题如何解决 a 应尽快制定一些有关工程建设各方责任的规范或规定,理顺各方的关系。 b 加快推进无磷、无有害金属水处理配方。目前已有一些厂家声称握有无磷水处 理配方,但当水处理设计上推荐时,却又给不出具体数据,这说明无磷水处理配 方还不成熟, 据我们了解国际上比较知名的水处理公司,其无磷水处理配方也只 适用于某些水质。 如果无磷水处理配方的成功推出,则上述两大污染问题则可迎 刃而解,所带来的效益时非常巨大的。 建议这一问题,应当由水处理协会组织 水处理药剂生产厂家、 用户和科研单位一起攻克技术难关,我想这个问题的难度 总比探月要简单得多吧,集中社会力量,利用中国特色社会主义制度的优越性, 一定会很快的解决。 c 对现实的超标排污水的和预膜水,建议还是送污水处理厂处理。本次《工业循 环冷却水处理规范》修订,对含磷污水的处理也给出了具体的技术方案。


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