HG T 20690-2000(条文说明) 化工企业循环冷却水处理设计技术规定.pdf
《HG T 20690-2000(条文说明) 化工企业循环冷却水处理设计技术规定.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《HG T 20690-2000(条文说明) 化工企业循环冷却水处理设计技术规定.pdf(38页珍藏版)》请在麦多课文档分享上搜索。
1、化工企业循环冷却水处理设计技术规定HG/T 20690 - 2000 条文说明1总则1. 0.1 本条阐明了编制本规定的目的及设计中应执行的技术经济原则。在化工生产中,影响换热设备的换热效率和使用寿命的因素来自两个方面,一是工艺物料引起的沉积和腐蚀;二是循环冷却水生成的沉积和腐蚀。后者是本规定所要解决的问题。因循环冷却水未加处理而形成的危害是很严重的,例如某化工厂,原来循环水的补充水是未经处理的探井水,循环量为9560t/h。由于井水硬度大、碱度高,每运行50h后,有50%的碳酸盐在设备、管道内沉积下来,严重影响设备换热效率和增加管道阻力。其中空分透平压缩机冷却器,在运行3个月后,结垢厚达20
2、mm,打气量减少20%,其它一些设备,在运转3个月后,也必须停车酸洗一次,不但影响生产,而且浪费人力、物力。为了防止设备管道内产生结垢,该厂在循环水中直接加人六偏磷酸铀、EDTMP等水质稳定剂之后,机器连续三年运转正常。虽然每年需要增加药剂费用2万元,但综合评价经济效益还是合算的。又如某石油化工厂,常减压车间设备腐蚀与结垢现象十分严重,57x 35 3.5碳钢排管平均使用16-20个月就出现严重泄漏,水浸式列管换热器投入使用后3-5d就开始结垢,3个月后,垢厚达15-40mm。后经投加聚磷酸盐+腾酸盐+聚合物的复合药剂进行处理,对腐蚀、结垢和菌藻的控制取得了良好的效果。每年可节约停车检修费用约
3、60万元,延长生产周期增产的利润约70万元,减少设备更新费用约4.7万元。本规定是根据国内化工行业循环冷却水处理设计和生产实践经验而编制的。规定中的条文都是以成熟经验为基础并体现了国家的技术政策,并且均可通过设计、施工和管理达到。对于一些特殊情况,规定中也给予了适当的灵活性,按照本规定执行可以取得满意的技术、经济效果。1. O. 2 本条阐述了规定的适用范围。本规定只适用于间接换热的循环冷却水系统,对直接换热的循环冷却水系统,由于涉及面较广,目前尚不能作出统一规定,故暂不包括在内,待条件成熟后再总结纳入。1. O. 3 本条提出循环冷却水处理设计的原则和要求。安全生产、保护环境、节约能源、节约
4、用水是循环冷却水处理设计中需要贯彻的国家技术方针政策的几个重要方面。在符合安全生产要求方面:若循环冷却水处理不当,首先会使冷却设备产生不同程度的结垢和腐蚀,导致能耗增加,严重时不仅会损坏设备,而且会引起工厂停车、停产和减产的生产事故,造成极大的经济损失。因此,安全生产首先应保证循环冷却水处理设施连续、稳定运行并能达到预期的处理效果。其次,在循环冷却水处理的各个环节如循环水处理、旁流水处理、补充水处理、排水处理及其辅助生产设施如仓库、加药间等,设计中都应该考虑生产上安全操作的要求。特别是使用的各种药剂如酸、碱、阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂等,常常是有腐蚀性、有毒、对人体有害的。因此,对各种药剂的储
5、存、运输、配制和使用,设诗上都必须有保证工作人员安全36 的设施,并按药剂的特性,满足其防火、防腐、防毒、防尘等安全生产要求。在保护环境方面:要注意避免和消除各种化学处理药剂对周围环境产生的危害,在设计上要采取必要的措施,对循环冷却水各种处理过程中的排水有害成份要严加控制,使其达到环境保护的要求。在节约能源方面:确保水处理效果,满足污垢热阻值的要求是节约能源的主要手段。污垢不仅降低了设备的换热效率,影响产品的产量和质量,而且还造成能源的浪费。lmm的垢厚大约造成8%的能源损失,垢层越厚,换热效率越低,能源消起越大,同时也使水系统管道的阻力增大,直接造成动力的浪费。在冷却水、补充水和旁流水处理系
6、统设计中,各种构筑物或设备及其管线布置等,都要注意节约能洒、动力,应该力求达到水处理单位成本最低、动力消耗最小的技术经济指标。在节约用水方面:工业冷却水占工业用水的70%-80%。要节约用水,首先要做到工业冷却水循环使用,以减少净水消耗和废水排放量。在循环冷却水系统中,提高设计浓缩倍数,有利于节约用水、节约药剂、降低处理成本。现代化的大型工业企业尤其如此。如果循环冷却水的浓缩倍数由3提高到5,可节约补充水量20%左右,减少排污水量50%以上。在循环冷却水处理的各个工艺过程中,还有相当部分的自用水量,同样应该贯彻节约用水的原则,充分利用循环冷却水系统的优越性,进一步发挥其节水潜力。1. 0.4
7、本条提出在设计上采用新技术(包括新工艺、新药剂、新设备、新材料等)的原则要求。我国循环冷却水处理技术的发展,大体上形成了两个阶段:从单纯防止碳酸钙结垢到控制污垢、腐蚀和菌藻的综合处理。到目前为止,虽然积累了一些比较成熟的使用经验,但某些方面也37 还存在差距,特别是在科学管理方面。面对我国水资源紧缺,工业快速发展,循环冷却水处理工艺还面临着开发新技术、使用新药剂、采用新的工艺这样一些重要课题,还需要不断地吸收符合我国国情的国外经验,以适应工业发展的新形势。1. O. S 本条规定了执行本规定与国家标准、规定之间的关系。本规定是从循环冷却水处理的工艺范围提出的,对于循环冷却水处理、旁流水处理、补
8、充水处理、排水处理等方案中的水处理单体构筑物的设计,除因工艺处理过程的需要提出相应要求的条文以外,一般都不作规定,应按有关国家标准、规定执行。同时,在卫生、农业、植业、环境保护等方面对工程设计的要求亦应按有关国家标准、规定执行。2 术语、符号2. 1术语2. 1. 1 本条中换热设备指生产工艺的换热器、冷凝器等。冷却设备指循环冷却水系统中的冷却塔、空气冷却器等。2. 1. 4 循环冷却水处理过程中所使用的药剂包括补充水处理、旁流过滤水处理、排水处理、循环水处理等所使用的药剂,如凝聚剂、阻垢剂、缓蚀剂、杀生剂等。2. 1. 10 系统容积包括冷却塔集水池的有效容积、管道容积、换热设备水侧容积及旁
9、流过滤设备容积等。2. 1. 17 循环冷却水系统在运行过程中所损失的水量包括蒸发、风吹、排污等损失水量。38 3 循环冷却水处理3.1 一般规定3. 1. 1 本条文提出:制订循环冷却水处理设计方案时,应根据生产工艺对阻垢、缓蚀等处理效果的要求,结合本条文提出的若干因素进行综合考虑,并通过技术经济比较后确定。1 循环冷却水的水质指标:循环冷却水的水质指标与换热设备的特性及其生产操作条件等有着密切的关系。换热器的结构有列管式、板式、螺旋式、蛇管式、夹套式、套管式、喷淋排管式等不同类型,水流通道尺寸差别很大,检修难易程度不同,反映到水质要求上会有差异。壳程式换热器(水侧)流速一般较低,对水质要求
10、就高些。在换热器材质方面,常用的有碳钢、铜、铜合金、铝合金、不锈钢,以及这些材质的组合,材质不同对于水质有不同的要求。换热器的工况条件,如循环冷却水侧水温、流速、管壁热流密度等,对水质要求、水处理方式及其适应性等均有重要影响。换热器污垢热阻值和容许腐蚀率反映了工艺和设备设计上的要求,同时也是对循环冷却水水质及其处理效果上的要求。根据以上因素,对循环冷却水水质的一般和特殊要求有一个总括的分析、研究,为选用药剂、确定浓缩倍数、考虑补充水和旁流过滤水的处理方案奠定基础。2 循环冷却水处理设计,应对建厂地区可供补充水的水源、水量及其水质进行分析研究,包括:对可供的水量耍了解清楚,尤其在缺水地区,对确定
11、设计的浓缩倍数、处理方法至关重要。对原水水质情况要尽量掌握不同季节,以及枯水、丰水期间水质变化的资料,以便正确选择处理方案。39 结合补充水水源、水质、水量及循环冷却水污染(包括大气及工艺物料)情况,根据浓缩倍数、生产特点、设备材质情况所要求的循环冷却水水质指标,确定是否需要进行补充水处理、旁流过滤水处理及其具体处理的内容和深度,而在投加阻垢剂、缓蚀剂处理的系统中,药剂配方要求控制的指标(如pH、碱度、硬度、含盐量等),又与浓缩倍数、补充水处理和旁流水处理内容及循环冷却水水质允许指标之间有着互相制约的关系。3 循环冷却水水质除因工艺生产和换热器设计要求不同而有差别以外(如对浊度、CI-等指标限
12、制),也与循环冷却水是否采取阻垢剂、缓蚀剂处理有很大关系。在技加阻垢剂、缓蚀剂处理时,水质的各种成份如碳酸盐硬度、硬度、钙离子、硫酸根离子等限值以及pH的控制范围,与使用药剂的品种、配方及剂量均有一定关系。同时,对悬浮物、油污等也常有一定限制,以避免降低药效或增加药耗。零排污或近于零排污的循环冷却水系统,是排污水的最大回用,有利于保护环境,实质上是将循环冷却水系统排水处理与旁流过滤水处理相结合的设计。对于这种系统,应根据其浓缩倍数(仅由风吹损失水量或加上极少量的排污水量所决定)与循环冷却水容许的水质极限值等因素,考虑其处理流程和排污水量。4 药剂对环境的影响:一般投加的化学药剂都具有某种程度的
13、毒性,除了已禁用的如铅酸盐缓蚀剂、五氯酣铀杀生剂等以外,常用的聚磷酸盐超过一定量时,也会对环境造成危害。总之,在循环冷却水处理方案中选用药剂时,除考虑其对水质处理的效果之外,还要考虑减少对环境的污染问题。综合上述各个方面、各个环节之间的相互依存关系,通过全面地权衡、比较,才能够确定出技术可靠、经济合理的循环冷却水处理方案。3. 1. 2 循环冷却水的设计参数取决于工艺流程、设备型式、工况40 条件等因素,故其用水量应根据工艺生产需要确定。3. 1. 3 对补充水水质资料的收集及其处理方法,是设计的基础工作。3. 1. 5 本条所指有害气体种类随工厂产品和生产过程不同而异,常见有NH3、H2S,
14、S02等,这些气体随空气进入冷却塔后,对循环冷却水水质有不利影响,循环冷却水系统设计咐应考虑消除或减少有害气体的影响。3. 1. 6 本条是根据目前国内广泛采用的药剂种类(包括聚磷酸盐、麟酸盐、丙烯酸共聚物、聚马来酸等)及其复合配方的性能,参照国外经验,并结合国内一些工厂在生产运行中易出现故障的换热器的工况条件而提出的。1 间壁式换热器水侧设计流速一般在0.3-3m/s,个别可能超过这一范围。但从保证处理效果、减少污垢和腐蚀(包括冲刷侵蚀)来说,一般以1-2m/s流速为佳。对国内一些工厂的换热器调查表明,流速低于O.3m/s的换热器,普遍存在污垢和垢下腐蚀问题,流速越低问题就越突出。根据目前药
15、剂处理的效能与壳程换热器设计流速选用的常规范围,规定流速不应低于O.3m/s,以保证处理效果。对于管程换热器,虽然从传热效果上看,大于O.5m/s已可满足要求,但并非最适宜的流速,根据有关资料统计,一般选用大于O.9m/s的流速效果较好,因此将O.9m/s作为规定流速的下限。水侧流速上限的要求则需结合不同材质考虑防止冲刷侵蚀,这方面一般在设备设计中已有考虑,这里未作规定。2 当换热器水侧流速低于O.3m/s时,不仅导致各种杂质的沉积,降低了传热效果,而且还将导致垢下腐蚀。由于儿何形状的限制,在壳程换热器的结构上,要做到各个部位具有均一的流速是不可能的。即使设计计算时的流速(认为是均一的)为O.
16、3m/s,实际上个别部位,尤其是靠近管艇、折流板41 的死角区流速远低于此值,因此发生的问题就更为严重。这一点已为很多工厂的生产实践所证实。在这种不利的工况下,药剂处理难以发挥其应有的效果。国外报道的经验也表明,在这种情况下,即使投加如铅酸盐这种效果很好的强缓蚀剂,其保护作用也变差,换热器仍过早地损坏。为此,条文规定对这种换热器可采用涂层防腐作为附加的保护措施。国内已有一些工厂在碳钢壳程换热器的涂层防腐方面作了试验研究,证实这一措施是有效的,可供设计采用。此外,涂层防腐也可推广到碳钢材质的管程换热器的封头、端保护方面,作为附加的措施也是有益的。防腐涂层应有导热系数的测定值,并不得低于换热管本体
17、金属的导热系数,否则,应考虑增加换热设备的换热面积。关于反向冲洗,常通入压缩气体(如氮气)增强冲刷、搅拌作用,对减少污垢、改善清洗效果,都为国内外运行经验所证实,设计中可参照选用。3 热流密度的规定(5.82X 104W 1m2),实际上反映了对冷却水侧管壁壁温的要求,主要来自国外经验数据。定性地说,随管壁壁温增高,水中碳酸钙结垢趋势增强。但国内尚缺少这方面的数据,一般换热器的工况条件大多低于此值。热流密度的法定计算单位为WI时,lkcall (m2 h) = 1. 163W I盯。3. 1. 7 本条规定污垢热阻、腐蚀率等允许值应结合工艺的具体要求确定。当没有具体规定时,可按本条所列各值选用
18、。1 在换热器设计时,对污垢热阻、腐蚀率都有相应的要求。这两项指标实际上是对循环冷却水处理的要求,或者说是对阻垢、缓蚀效果的检验标准,也是设计阶段作为筛选阻垢、缓蚀剂配方的依据。设计时应该从工艺及设备设计方面的合理性、水质处理的合理性、适宜的运行周期、折旧年限等多方面因素进行综42 合权衡确定。年污垢热阻值标准:原条文规定敞开式系统的年污垢热阻值为l.72 X 10-4 -5.16 x 10 4m2 K/W,现修订为1.72xlO-4-3.44 x 10-4m2 K/W,因为近二十年来循环冷却水处理水平不断提高,现场监测的污垢速率均在25mg/(cm2 30d) (相当于污垢热阻值3.27x
19、104m2 K/W)以下,因此这一修改是合适的,同时也接近目前国际上常用的水平。污垢热阻值的法定计量单位为时.KIW,时.h Clkcal = O. 86m2 K/W。2 对于密闭式系统:由于工况条件较为苛刻(如温度较高,对传热效率要求比较严格),一般考虑采用软化水或除盐水(或冷凝水)作为循环冷却水,在腐蚀控制效果良好的情况下,一般年污垢热阻值均可做到小于0.86X 10-4m2 K/W 0 3 年腐蚀率标准:碳钢换热设备的年腐蚀率根据国内运行水平及参照国际上公认的允许值,般可以达到小于或等于0.10mm/a这一标准。对铜、不锈钢的设备,在条文中规定为宜小于O.005mm/ a ,主要是这些材
20、质本身已具有定的耐蚀性能(如果牌号选择适当),从实际运行效果检验,在采取有效的阻垢、缓蚀处理的情况下,可以做到低于O.5mm/a。在条文中选用了宜,这是因为此项标准较严,为了给设计留有一定的灵活性,并考虑到需结合我国的国情而定,因而没有严格控制。条文中没有给出参考性的点蚀深度标准。形成点蚀的因素是多方面的,如换热器的材质、结构、工况条件(温度、流速)等,都有很大关系。尤其是不锈钢、铜合金材料本身的构造及其应力状况等,更起着重要作用。另外,目前国内还缺乏控制点蚀方面的具体经验,因此条文还只限于提供均匀腐蚀率(条文中简称为腐蚀率)的标准值。3. 1. 8 本条所给出的计算公式,主要是通过监测换热器
21、所测得43 的数据计算循环水系统运行时的年污垢热阻值,并验证是否符合设计污垢热阻值的要求9其中(3.1. 8 -2)式是根据工厂运行管理中常用的(m c m)数据进行计算,1.67 - 2. 0系数来自国外数据。3. 1. 9 设计中循环冷却水的水质指标宜结合生产特点和处理方法的要求,吸收生产运行中成熟的经验数据,通过科学试验确定。考虑到目前在设计时通常缺少必要的数据,因此提供一个可供使用的许用值,如表3.1.9所列。该表中的水质指标是根据国内目前的药剂水平所能适用的水质范围确定的。1 浑浊度:循环冷却水的浑浊度对换热设备的污垢热阻值和腐蚀速度影响很大,所以越低越好。工厂运行的实践证明,循环冷
22、却水系统设有旁滤池时,补充水的挥浊度能控制在5mg/L以内,因此循环冷却水的浑浊度可以控制在lOmg/L以下。表3.1.9规定,对板式、螺旋板式和翅片管式换热设备,浑浊度不宜大于10mg/L,其它不宜大于20mg/L是恰当的,也是可以做到的。2 pH值:循环冷却水的pH值是根据药剂配方来确定的,加酸调节的药剂配方,pH值低限不宜低于6.5;不加酸的碱性运行药剂配方,pH值上限一般为9.5。3 Ca2+ +碱度:国内一些配方可允许至1100mg/L(以CaC03计),当然,随着药剂性能的提高,这一限值也可随着提高。4 总Fe:据资料介绍,水中有2mg/L的Fe2存在时,会使碳钢换热器年腐蚀率增加
23、6-7倍,且加剧局部腐蚀。铁离子含量高还会给铁细菌的繁殖创造有利条件。此外,当采用聚磷酸盐作为缓蚀剂时,铁离子会干扰聚磷酸盐的缓蚀作用,同时还可能导致坚硬的磷酸铁垢。本条指标是根据国内外运行经验确定的。5 铝离子:此项指标主要是控制水中AP形成的浊度和沉淀,防止引起垢下腐蚀。同时避免对配方中聚磷酸盐的不利影响。44 6 铜离子:防止铜离子沉积,引起碳钢的缝隙腐蚀和点蚀。7 氯离子:国内有关循环冷却水处理试验表明,氯离子对不锈钢的腐蚀有影响,但不是唯一因素。不锈钢设备在冷却水中的腐蚀与设备的结构形式、应力情况、使用温度等有密切关系,氯离子只是在一定条件下起催化作用。不锈钢设备的腐蚀损坏首先是由于
24、设备本身存在一些缺陷,冷却水中的氯离子在缺陷部位富集,导致设备的损坏。我国70年代引进的大化肥循环冷却水系统,曾有过循环冷却水中只有每升十几毫克氯离子时,而发生不锈钢设备损坏的事例。也有循环冷却水中的氯离子达到1000mg/L时,系统中的不锈钢换热器,未出现腐蚀穿孔情况。长期以来,由于循环冷却水中氯离子的限制,制约了黄河流域、长江人海口附近等些水域的循环冷却水浓缩倍数的提高。我国是一个水资源极为匮乏的国家,放宽循环冷却水中氯离子的限制对节约我国宝贵的水资源有着重要意义。氯离子放宽到多少合适?根据掌握的资料,我国某些大型化工厂采用磷系复合配方,循环冷却水中氯离子浓度控制在500- 1 OOOmg
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
5000 积分 0人已下载
下载 | 加入VIP,交流精品资源 |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- HG 20690 2000 条文 说明 化工企业 循环 冷却 水处理 设计 技术 规定
