公用工程介绍pdf

　　公用工程介绍 1．公用工程主要装置及其作用 公用工程最重要的包含steam condensate sys (116-301), water cooling water sys (201) 和waste water treatment sys. 也就是燃油燃气高压蒸汽锅炉，化学水处 理，循环冷却水处理和污水处理系统。 锅炉系统最重要的包含两台180T/H 锅炉（燃油燃气）锅炉、一台除氧器，两台 300m3/h 给水泵。最大的作用是为工厂提供合格的蒸汽，用作汽轮机驱动的动能， 工艺换热及其它需要。主要的组成原材料为水、油、燃气，产品为蒸汽。 化学水处理系统主要为工厂提供合格的除盐水，包括活性炭过滤器、阳离子 交换器、除碳器、阴床、混床及水箱水泵等。本系统为二级除盐系统。主要用作 锅炉补给水和工艺换热器用水。原料为原水，产品为脱盐水。 循环冷却水处理系统最重要的包含四台冷却塔，五台循环水泵及相应的加药装 置。最大的作用是为工厂提供所需要的冷量，用于轴承冷却、换热器热交换及工艺 反应所需要的冷量。 污水处理最重要的包含生活垃圾污水、压舱洗仓水、工艺污水及雨水处理系统。主要 作用是将工厂因生产需要所产生的不满足国家标准要求的水处理至达标水。 参阅工厂部平面布置图 2 ．循环冷却水处理系统及给水系统 2.1 本项目水源由开发区周围的几个水库提供，具体由管家楼水厂提供。因 为本水源来自于水厂，故生产、生活用水没有分开，为同一系统。 消防水和工业水储罐 116D-201/202 总共 12 台泵。两台工业水泵 116G－ 202A/B 440m3/h 、4.0kg/cm2 用于工厂冲洗及其它常规需要；三台二开一 备原水泵 116G-221A/B/C,52m3/h、4.5kg/cm2, 为化学水处理系统提供原 水；二台原水输送泵 116G-203A/B 440m3/h 、2.8kg/h 用于为储罐 116D-201/202 提供水源。其他的还有三台消防专用水泵，其中一台为柴油机驱动， 及两台消防稳压泵。 参阅P ＆ID 图 2.2 循环冷却水处理系统 2.2.1 基本概念： 循环冷却水系统分封闭式和敞开式两种，我们所采用的系统为敞开 式系统。在敞开式系统中，冷却水用过之后不是立即排掉，而是收回循 环再用。水的再冷却是通过冷却塔来进行的，因此冷却水在循环过程中 要与空气接触，部分水在通过冷却塔时会不断被蒸发损失掉，因而水中 各种矿物质和离子含量也不断被浓缩增加。为维持各种矿物质和离子 含量在一定水平，必须对系统补充一定量的冷却水，通常称为补充水； 并排出一定量的浓缩水，通称排污水。 下面的一些概念在以后会用到：  天然水中的主要杂质：离子和分子（＜10-6 ）通过离子交换的方式除去； 胶体物质 （10－4 －10－6 ）胶体带负电，能加入混凝剂过滤去除； 悬浮物质，（＞10－4 ）沉淀和过滤的方法去除。  COD 化学耗氧量：在一定条件下，加入强氧化剂，反应所消耗的氧化 剂的量，表示水中还原性气氛程度，表明有机物含量的多少。  BOD 生化需氧量（间接表示有机物含量的多少）水中微生物降解所需 的氧量。  CW 补水：≤3mg/L。循环水系统中的悬浮物控制在10mg/L。  水质稳定要解决的三个问题：腐蚀、结垢、粘泥；缓蚀剂、阻垢剂、杀 生剂。  药剂配方：早期为络系配方，现在主要为磷系配方（磷系碱性配方、磷 系酸性配方），全有机碱性配方主要是加 Zn2+作为辅助的缓蚀剂。还有 钼系配方。  循环冷却水系统的监测：回水挂片、换热器监测、工艺换热器监测、微 - 生物活动的监测（主要监测菌种数量）、控制项目监测（Ph值、Cl、Ca2+、 总碱度）。  污垢热阻值和极限污垢热阻值：冷却器的总传热系数为K，K 的倒数称 为冷却器的总热阻，即R ＝1/K。管壁上热的传导路线是通过工艺介质、 工艺介质侧的污垢、传热管壁金属、冷却水侧的污垢然后到冷却水的。 故总热阻R 为工艺介质热阻、工艺介质侧污垢热阻、管壁的热传导热阻、 冷却水侧的污垢热阻和冷却水给热热阻五项之和。在系统稳定运行时， 工艺介质和冷却水给热热阻和管壁的热传导热阻均较稳定或可忽略。只 有水侧的污垢热阻r 决定于管壁的污垢，影响总热阻很大。水侧污垢热 阻r 即通常所称的水冷却器的污垢热阻值。当污垢上涨的速度与脱落速度 相等时的污垢热阻值基本不变化，称为极限污垢热阻值。 2.2.2循环冷却水系统主要控制指标 3 蒸发损失量115～127m /h ； 3 排污水量58～63m /h ； 3 补充水量173～190m/h； 给水温度：33℃； 回水温度：47℃； 2 给水压力：5.0kg/cm； 2 回水压力：3.4kg/cm； 污垢热阻：(1.72～3.44)×10-4m2·K/W[(2～4)×10-4m2·h·K/kal] 年腐蚀速度：根据设计规范规定，碳钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于 0.125mm/a；铜、铜合金和不锈钢换热器管壁的腐蚀速度宜小于0.005mm/a。 2.2.3 循环冷却水处理系统中腐蚀、结垢和微生物滋生的防止  冷却水中金属的腐蚀形态及影响因素  腐蚀形态 冷却水中金属腐蚀的形态主要有：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、 孔蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、和应力腐蚀破裂等。 均匀腐蚀 在所有金属表面上，腐蚀基本是均匀进行的。一般的使 用寿命即是按此计算。 电偶腐蚀 电偶腐蚀又称双金属腐蚀或接触腐蚀。当两种不同的金 属浸在导电性的水溶液中时，两种金属之间通常存在着电位差。如果 这些金属互相接触可用导线连接，则该电位差就会驱使电子在它们之 间流动，从而形成一个腐蚀电池。 局部腐蚀 局部腐蚀是指腐蚀仅在个别区域上蔓延，其余的区域则 不受腐蚀。点蚀、斑点腐蚀、缝隙腐蚀、选择性腐蚀、晶间腐蚀、磨 损腐蚀、应力腐蚀等均属局部腐蚀。对冷却水系统来讲，保护膜或涂 料脱落、金属表面有缺陷，水垢局部剥离、水溶液中氧的浓度不同而 形成氧的浓差电池、因金属表面污垢和杂质不同而形成的电位差异腐 蚀等。 奥氏体不锈钢的应力腐蚀 化工生产中常用的 1Cr18Ni9 和 1Cr18Ni9Ti 两种奥氏体不锈钢，由于表面有很耐蚀的氧化物保护 膜，因此，对一些氧化性的酸如HNO3 、H2SO4 等有良好的耐蚀性。 在大气和冷却水中更不用说，耐蚀性非常好。如果冷却水中氯化物含 量很少，则这种不锈钢几乎不受腐蚀。而实践中，许多不锈钢换热器 却经常发和腐蚀泄漏。其腐蚀破坏形式，大多数都是应力腐蚀破裂， 腐蚀部位往往在换热器花板列管周围，因该部位应力集中很严重。 不锈钢应力腐蚀破裂主要是由冷却水中含有较高的氯化物，同时不锈 钢受拉应力或内部在制造时留下的残余应力这两种因素并存而引起。  极化和去极化作用 金属腐蚀过程中，电流在阳极部位和阴极部位间流动，这说明 阳极部位和阴极部位有电位差。如果水中不含氧，则由于腐蚀反应 过程中生成的原子态氢和氢气覆盖在阴极表面，产生了与腐蚀电位 相反的电压叫做氢气的超电压，使电位差起了变化，阻止了电流的 流动也就是停止了腐蚀过程的进行。这种由于反应生成物所引起的 电位差的变化称为极化。氢气在腐蚀过程中起了极化作用，极化作 用起了抑制腐蚀过程的作用。 当水中有溶解氧存在时，阴极反应按下式进行： 1 1 H  O H O 或 O H O 2e 2OH - 2 2 2 2 2 2 2 由于氧参加了反应，夺走了覆盖在阴极表面上的原子态氢和氢 气，因而使氢气的极化作用遭到破坏，排除极化的作用称为去极化， 氧在腐蚀过程中起了去极化作用，去极化作用助长了腐蚀过程。  影响腐蚀的因素 冷却水中金属换热设备腐蚀的影响因素很多，概括起来可以分 为化学因素、物理因素和微生物因素。化学因素和物理因素主要有： pH 值、阴离子、络合剂、硬度、金属离子、溶解的气体、浓度、悬 浮固体、流速、电偶、温度等。 水质的影响（阴离子、络合剂、硬度、金属离子、浓度、悬浮 固体） 金属受腐蚀的情况与水质关系紧密，钙硬较高的水质或钙 硬虽不太高但浓缩倍数高的水质，易产生碳酸钙水垢，一旦在传 热管壁上形成这种致密坚硬有保护膜作用的水垢后，碳钢的腐蚀即 减缓，所以软水的腐蚀性比硬水严重。同样，当水中溶解的盐类很 高，水的导电性增加时，也会使腐蚀性增加，所以海水的腐蚀性比 - 2- - 淡水严重。水中 Cl , SO 的含量高时，水的腐蚀性也会增加，Cl 4 不仅对不锈钢易引起应力腐蚀，而且还会妨碍金属纯化，破坏金 属表面上有保护作用的纯化膜（氧化膜）。当水中溶有氧化性的铬 酸盐、钨酸盐、钼酸盐、硅酸盐、亚硝酸盐时，可起到抑制腐蚀的 2+ 3+ 2+ - 作用，然而同样具有氧化性的 Cu 、Fe 、Hg 、ClO 等离子则会 促使腐蚀进行。 pH 的影响 在自然界正常温度下，水的 pH 值一般在 4.3-10 之间。天然水中，表面被生成的氢氧化亚铁所覆盖，此时碳钢腐蚀 速度取决于膜的覆盖程度，pH 值的微小改变不会严重影响腐蚀速 度。但是，当pH 值低于4.3 时，在碳钢表面会产生氢的去极化作用， 会加速腐蚀。另外当偏酸性，碳钢表面不易形成有保护性的致密的 碳酸钙垢层，其腐蚀速度比偏碱性时要高些。同时当pH 值大于10 以上，金属表明产生的氢氧化亚铁覆盖膜的溶解度进一步减小，有 利于极化作用，因此腐蚀速度会变小。 溶解气体的影响（氧、二氧化碳、氨、硫化氢、二氧化硫、氯） 天然水中溶解的气体是二氧化碳和氧气。但由于环境的污染，当冷 却水在冷却塔向下喷淋与逆流鼓入的空气相遇时，混入空气中的硫 化氢、氨、氯等气体就会溶入水中。这些溶解的气体对水的腐蚀性 影响很大。 水温的影响 往往取决于氧的扩散速率，正常的情况下，温度上 升10℃，则腐蚀速率约增加30%。 水流速度的影响 一般水流速度在0.6～1m/s时，腐蚀速度最 小，过大过小腐蚀速度都会增大。 另外微生物滋生也会加剧腐蚀。  冷却水系统中换热器管子的腐蚀隐患 主要有：变动材质、酸洗、装运或水压试验、残余应力、高温沾污、 热处理、杂质金属、择优取向、表面状态、凹陷、分层、管头打磨 等。 循环冷却水系统金属腐蚀的操控方法很多，常用的有：添加缓蚀剂、提高 冷却水的pH值、选用耐蚀材料制造的换热器和用防腐阻垢涂料涂覆。工程上 对敞开式主要靠投加缓蚀剂的办法来防止腐蚀。目前开发出来的新产品也比 较多，性能各异。在循环冷却水试运行阶段，须由中标单位做专门的调试 决定投加缓蚀剂的药剂量并在运行中进行严格的控制。另外在冷却塔与空气 的换热过程中，通过充分的曝气，析出二氧化碳，也可以维持较高的pH值。  冷却水系统中沉积物及其控制  沉积物的分类 循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的 传热管表面，这些物质统称为沉积物。它们主要是由水垢、淤泥、腐 蚀产物和生物沉积物构成。通常人们把淤泥、腐蚀产物和生物沉积三 者统称为污垢。 水垢 天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、碳酸盐、硫酸盐、 氯化物、硅酸盐等，其中以溶解的重碳酸盐最多。这些盐类在循环水 中会反应生成碳酸钙和磷酸钙，它们均属微溶性盐，且与一般的盐类 不同，不是随着温度的升高溶解度升高，而是随着温度的升高而降低。 因此在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱合状态， 而从水中结晶析出。当水流速度比较小或传热表面比较粗糙时，这些 结晶常常物就容易沉积在传热表面上。此外，水中溶解的硫酸钙、硅 酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子浓度的乘积超过其本身浓度积时， 也会生成沉淀，沉积在传热表面上。这类沉积物通常称为水垢，因为 这些水垢系由无机盐组成，故又称为无机垢，又因为这一些水垢结晶致 密，比较坚硬，故又称为硬垢。 污垢 污垢一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状 物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体 及其黍性分泌物等组成。  沉积物的控制 控制水垢的析出方法大致有：对补充水进行软化；加酸降低pH 值； 投加阻垢剂。我们因为水质比较好，所以不采用软化的方法。 加酸通常是加硫酸，因为加盐酸会带入氯根，增加水的腐蚀性；加 硝酸则会带入硝酸根，有利硝化细菌的繁殖。由于重碳酸盐在水中常呈 下列平衡 Ca(HCO ) Ca2 2HCO  3 2 3 HCO  H  CO2 3 3 所以加酸带入的氢离子，可促使反应向左进行，使重碳酸盐稳定。 控制污垢的方法主要有：降低补充水的浊度、加入相应的药剂及分 散剂、增加旁滤设备。我们现在仅采用加入相应的药剂来控制污垢的产 生。 另外，从循环冷却水系统中污垢的来源分析，污垢的控制应该从源 头着手，如冷却塔周围要有洁净的空气，不能存在燃料煤等固体粉尘露 天堆场、荒芜的大片空地、车间尾气废料残液排放口、三废处置处理场 等，杜绝工艺介质向冷却水系统的泄漏。  冷却水中的微生物滋生及控制  微生物黏泥对冷却水系统的危害 （1） 黏泥附着在换热（冷却）部位的金属表面上，降低冷却水的冷却 效果； （2 ） 大量的黏泥将堵塞换热器中冷却水的通道，从而使冷却水无法工 作；少量的黏泥则减少冷却水通道的截面积，以此来降低冷却水的 流量和冷却效果，增加泵压； （3 ） 黏泥集积在冷却塔填料的表面或填料间，堵塞了冷却水的通过， 降低冷却塔的冷却效果； （4 ） 黏泥覆盖在换热器的金属表面，阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表 面发挥其缓蚀与阻垢作用，阻止杀生剂杀灭黏泥中和黏泥下的微 生物，降低这些药剂的功效； （5 ） 黏泥覆盖在换热器的金属表面，形成一个腐蚀电池，引起这些金 属设备的腐蚀； （6 ） 大量的黏泥，优其是藻类，存在于冷却水系统的设备上，影响了 冷却水系统的外观。  影响微生物和黏泥的外因 （1） 微生物的营养源 微生物需要维持其生长、繁殖的各种营养源， 其中最重要的元素是碳、氮、磷。营养源进入冷却水系统的途径 主要有三种：补充水、大气和设备泄漏。判定这些营养源进入程 度的一个指标是化学耗氧量（COD ）。一般认为，循环水中的COD 值如在10mg/L 以上就易发生由黏泥引起的故障。 （2 ） 水温 影响微生物生长和繁殖的水温，因微生物种类而异。在各 种各样的微生物中都有一个最佳的增殖温度。 （3 ） pH 值 细菌群最佳繁殖的pH 值是在6～9之间。通常冷却水的 pH值在 7.0～9.2的范围，该范围正处在微生物增殖的最佳 pH 值范围。 （4 ） 溶解氧 好氧性细菌和丝状菌 （莓菌类）利用溶解氧，氧化分解 有机物，吸收细菌繁殖所需的能量。在敞开式系统中，水在冷却 塔里的喷淋曝气过程为微生物的生长提供了充分的溶解氧，具备 了微生物繁殖的最佳条件。 （5 ） 光 在冷却水系统中所生成的微生物中，藻类需要光能，而其他 微生物的繁殖则不需要光能。 （6 ） 细菌数 有数据表明，细菌数在103个/mL以下时，故障发生很 少；反之，则黏泥故障易发生。 （7 ） 悬浮物 黏泥的生成与冷却水中的悬浮物紧密关联。设计规范要 求循环冷却水中的悬浮物浓度不宜大于 20mg/L，当换热器为板 式、翅片或螺旋板式时，悬浮物浓度不宜大于10mg/L。 （8 ） 另外，黏泥量、黏泥附着度和流速均对微生物的繁殖有影响。  冷却水中微生物的控制和操控方法  控制指标： 5 黏液异养菌：10 个/mL ； 2～3次/周 线 个/mL ； 1 次/ 月 铁细菌：103 个/mL ； 1 次/ 月 黏泥量： 4mL/m3 （生物过滤网法）1 次/天 1mL/m3 （碘化钾法） 1 次/天  操控方法： 控制冷却水系统中微生物生长最有效和最常用的方法是向 冷却水系统中添加杀生剂。杀生剂（Biocide ）又称杀菌来藻剂、 杀微生物剂或杀菌剂等。冷却水系统中常用的氧化性杀生剂有： 氯、次氯酸盐、氯化异氰尿酸、二氧化氯、臭氧、溴及溴化物 等。氯是人们最熟悉和有效的工业杀生剂。由于氯具有杀菌力 强、价格低、来源方便等一系列优点，所以氯至今仍是应用 最广泛的一种杀生剂。 循环冷却水系统来进行微生物的生长控制时，水中游离活生 氯的浓度一般可控制在0.5～1.0mg/L的范围内，这时水中的大 多数微生物的生长将得到控制，当与非氧化性杀生剂联合使用 时，水中游离活生氯的浓度一般可控制在0.2～0.5mg/L的范围 内。 参阅P ＆ID 图 3 ．化学水处理系统 3.1 锅炉给水为什么一定要经过处理 化学水处理系统也叫锅炉补给水处理系统。锅炉给水要求一定的纯净的 水质，以确保锅炉的安全经济运行所以要经除盐处理，这是因为：未经除盐 2+ 2+ + 2- 处理的水中除似有少量悬浮杂质外，还存在Ca 、Mg 、Na 等阳离子和SO4 、 - - - Cl 、HCO 、HSiO 等阴离子组成的溶解盐类及 0 、CO 等气体杂质。这些 3 3 2 2 杂质随水进入锅炉中，会在锅炉及蒸汽系统中产生以下危害：  O2、CO2 等气体会在给水管路和热力设备中造成腐蚀。  含有溶解盐类的水进入锅炉受热后，水不断被蒸发，盐类逐渐浓缩、 超过其溶解度而析出产生沉积物，产生水垢和水渣。水垢的热导率只 有金属的几十至几百分之一，因此导致锅炉受热面热阻增加，使受热 面受热不均或局部过热，甚至爆管的危险。  污染蒸汽 盐类及杂质进入锅炉系统后，由于水滴携带或蒸汽的溶 解携带，水中钠盐、硅酸盐的气体杂质会带入蒸汽系统。锅炉的压力 等级越高，携带量越大。这些杂质会造成热力设备的腐蚀。盐类物质 会沉积在蒸汽通过的各个部位，如过热器、汽轮机等，影响机组的安 全经济运行。 3.2 基本概念和原理 水的软化处理仅仅是除掉水中的Ca2+、Mg2+离子，也就是降低水的硬度， 而水的除盐则是除去水中溶解的盐类。目前在国内已经应用的除盐工艺有以 下几中类型：化学除盐 （离子交换法）、膜分离法技术除盐 （电渗析法和反渗 透法）、热力除盐 （蒸馏法）。  阳床离子交换反应 阳床一般都会采用强酸性阳离子交换树脂 R(SO3)2 作为交换剂，它只能与水 中的阳离子发生如下反应： (HCO ) (HCO ) Ca   3 2 Ca  3 2 (HSiO ) (HSiO )     R (SO H )  Mg   3 2 R (SO ) Mg H  3 2 3 2   SO 3 2  2  SO Na 4 Na 4 2   Cl  2  Cl 2 2 从上述反应可知，原水经阳床发生反应之后，出水是酸性水，即水中的 阳离子几乎都等当量地转变为氢离子。此时HCO3 －已分解成二氧化碳，即 H  HCO  CO H O 3 2 2 可由除碳器除掉。 阳床失效后，一般用一定浓度的盐酸进行再生，其反应如下： Ca Ca    R (SO H )  Mg 2HCl R (SO )  Mg Cl   3 2  3 2  2 Na Na   2 2  阴床离子交换反应 阴床一般都会采用强碱阴离子交换树脂 R( NOH)作为交换剂，在除盐工艺  2 中，它与阳床出水中的阴离子发生如下交换反应：  SO  SO  3  3  Cl  Cl R (NOH ) H  2 R (N )  2 2H O 2 2 (HCO ) 2 (HCO ) 2  3 2  3 2 (HSiO ) (HSiO )   3 2 3 2 由此可见，经阳、阴床交换后的水，基本上除掉了全部阳、阴离子，所 以阴床出水是纯度很高的水，这就是化学除盐原理。 阴床运行失效后，一般都会采用5% －8%的氢氧化钠溶液进行再生，其反应综合 式如下：  SO  SO  3  3  Cl  Cl R (N )  2 NaOH R (NOH ) Na  2 2 (HCO )

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