臭氧發(fā)生器循環(huán)冷卻水系統改造案例

近年來(lái)，桐鄉市果園橋水廠(chǎng)原水的受污染程度日趨嚴重，針對日益惡化的原水水質(zhì)，采用深度處理已成為提高出廠(chǎng)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(chǎng)臭氧活性炭深度處理工程于2003年5月投入運行，是國內較早采用該工藝的水廠(chǎng)之一。臭氧系統采用具有國際領(lǐng)先水平的德國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3組臭氧發(fā)生器，其中型號為CFL-10的2臺，產(chǎn)量為6kg/h，輸出功率為76kW，質(zhì)量分數為7%時(shí)單臺最大臭氧產(chǎn)量為10kg/h；型號為SMO750的1臺，產(chǎn)量為10kg/h，輸出功率為124kW，質(zhì)量分數為7%時(shí)單臺最大臭氧產(chǎn)量為15kg/h，采用直流冷卻水方式對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)鍵設備，關(guān)系到整個(gè)水廠(chǎng)能否安全、穩定和經(jīng)濟的運行。運行三年多來(lái)，冷卻水系統暴露出不少問(wèn)題，對臭氧發(fā)生器產(chǎn)生了嚴重的影響，主要體現在以下兩個(gè)方面:

①　壓力稍有波動(dòng)，容易引起設備跳閘系統冷卻水采用出廠(chǎng)水，當發(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)常出現跳閘現象，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)就能引起設備跳閘。因此，保持穩定、符合要求的冷卻水壓力顯得尤為重要。

②　管道結垢，設備腐蝕

考慮到管道材質(zhì)對水質(zhì)的影響，在車(chē)間外采用球墨鑄鐵管、車(chē)間內采用PPR管，但在運行期間仍然發(fā)現由于微生物的危害，造成設備及管道大量結垢，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(lèi)、細菌和真菌三大類(lèi)。由于水溫和pH值均適合大多數微生物的生長(cháng)，隨著(zhù)冷卻水不斷流過(guò)，帶來(lái)所需的營(yíng)養基質(zhì)，促使微生物迅速繁殖，再加上各種無(wú)機離子和有機物質(zhì)的濃縮、灰塵雜質(zhì)的進(jìn)入以及設備結構和材料等多種因素的綜合作用，會(huì )產(chǎn)生嚴重的沉積物附著(zhù)、設備腐蝕和微生物大量孳生。微生物在系統內的繁殖生長(cháng)，不僅使水質(zhì)變差，而且還會(huì )與其他有機或無(wú)機雜質(zhì)形成粘垢附著(zhù)在系統管道上，增加水流阻力，嚴重降低系統的傳熱效率，加速設備及管道的腐蝕，從而威脅和破壞水廠(chǎng)長(cháng)期、安全、高效的運行。

根據以上情況分析，應該將冷卻水系統的安全穩定性放在第一位考慮，必須對系統進(jìn)行徹底改造，以滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。

2　改造方案

根據臭氧發(fā)生器的運行特點(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前增加管道泵進(jìn)行增壓的方案，根據設備廠(chǎng)家提供的水壓、水量、水質(zhì)、水溫等運行參數重新對整套系統進(jìn)行了設計。將原直流冷卻水改為循環(huán)冷卻水方式，通過(guò)熱交換方式對設備進(jìn)行冷卻整個(gè)循環(huán)冷卻水系統包括不銹鋼板式換熱器、不銹鋼管道泵等設備。系統分為外循環(huán)與內循環(huán)兩部分，外循環(huán)采用出廠(chǎng)水作為介質(zhì)，介質(zhì)由廠(chǎng)內自用水管經(jīng)板式換熱器流回至二次提升泵房吸水井，通過(guò)深度處理對介質(zhì)進(jìn)行二次處理;內循環(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、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循環(huán)水。

在板式換熱器和循環(huán)水泵進(jìn)口閥門(mén)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。在循環(huán)水泵負壓側設置一補水箱，補充冷卻水由于蒸發(fā)、滲漏及采樣造成的損失�？紤]到注入冷卻水時(shí)需排出系統內的氣體，在內、外循環(huán)管路的最高端均安裝了排氣閥。在內、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備檢修時(shí)排凈系統內積水。儀表的設置以簡(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)踐中得到成功運用的監測控制儀表。外循環(huán)進(jìn)水管路上安裝有壓力表、溫度計，出水管路上安裝有溫度計;內循環(huán)進(jìn)水管路(相對于板式換熱器而言)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。整套系統除補水箱上留有一小孔與外界連通以避免箱內形成真空外，全部密閉，以避免灰塵雜質(zhì)進(jìn)入系統內部。

系統設置2臺管道泵作為循環(huán)水泵，1用1備。根據臭氧發(fā)生器對冷卻水的要求，選定的流量為45m3/h，揚程為300kPa，功率為7.5kW。板式換熱器選型時(shí)，根據臭氧發(fā)生器投入運行至今最不利工況時(shí)的測量溫度再考慮適當的余地。選擇內循環(huán)溫度T1=37℃，T2=40℃，ΔT=3℃;外循環(huán)溫度T1=35℃，T2=38℃，ΔT=3℃，根據選定的循環(huán)溫度，選用板式換熱器的板片總數為57片，換熱面積為14.85m2，熱交換量為565.74MJ/h，板片的傳熱系數高達19047kJ/(m2·h·℃)，換熱器的水頭損失為20kPa。

3　運行情況及改造效果

改造于2006年4月初開(kāi)始，4月底完成。完成后隨即進(jìn)行了整套系統的調試，先用自來(lái)水對內、外循環(huán)的管道及設備進(jìn)行沖洗，特別是內循環(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)補水箱注入內循環(huán)管道中，臭氧發(fā)生器冷卻系統出水經(jīng)循環(huán)水泵、板式換熱器重新進(jìn)入該系統，在循環(huán)水泵作用下循環(huán)使用。每7～14d將內循環(huán)水予以更換，更換時(shí)水質(zhì)情況見(jiàn)表1，第二輪沖洗結束后，內循環(huán)水質(zhì)已達到了設備要求，將內循環(huán)水更換為蒸餾水投入運行。

表1　內循環(huán)水質(zhì)

運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(mǎn)足設備的要求。外循環(huán)進(jìn)水壓力為0.26MPa(出廠(chǎng)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(mǎn)足設備要求冷卻水壓力>0.2MPa的要求。運行三個(gè)多月以后適逢夏季高溫，臭氧發(fā)生器運行正常，未發(fā)生一起因冷卻水原因產(chǎn)生的跳閘現象。

運行時(shí)由于氣溫較高，外循環(huán)閥門(mén)處于全開(kāi)狀態(tài)，而在其他季節可根據內循環(huán)水溫適當減少外循環(huán)水量，節省運行成本。

4　結語(yǔ)

三個(gè)多月的運行情況表明，新的循環(huán)冷卻水系統工作穩定，運行安全可靠，降低了臭氧發(fā)生器的故障率，因此該循環(huán)冷卻水系統的改造是成功的。