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一、目前的實際管理狀況分析

1.1   循環(huán)水場設計參數(shù)

尿素系統(tǒng)設計循環(huán)水量31000m3/h,保有水量11000m3,補充水量為160m3/h。

氣化系統(tǒng)設計循環(huán)水量13000m3/h,保有水量5000m3,補充水量為80m3/h。

空凈合系統(tǒng)設計循環(huán)水量34000m3/h,保有水量18000m3,補充水量為200m3/h。

1.2   現(xiàn)場水質(zhì)情況

1.3  循環(huán)水水質(zhì)情況判斷：

表：三種補充水源在不同濃縮倍率下的水質(zhì)狀態(tài)

綠色標注為該種水樣在該濃縮倍率情況下是腐蝕狀態(tài)，紅色標注為該種水樣在相應的濃縮倍率情況下是結(jié)垢狀態(tài)；

生產(chǎn)水在未濃縮前屬腐蝕型水質(zhì)，在濃縮到三倍以后，轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)垢型水質(zhì)；

回用水為強烈腐蝕型水質(zhì)，即使?jié)饪s到5倍，也屬過渡型結(jié)垢和腐蝕兼具型水質(zhì)；

濃鹽水水質(zhì)結(jié)垢傾向明顯；

通過如上對水質(zhì)的分析可知，三種水質(zhì)在不同濃縮倍率條件下，所表現(xiàn)出的腐蝕、結(jié)垢狀態(tài)完全不同。

表：循環(huán)水水質(zhì)情況分析

    根據(jù)三大指數(shù)法判斷，盡管補水來源相同，為生產(chǎn)水、回用水、濃鹽水，但是，因為三種水源在各系統(tǒng)、各時間段循環(huán)水系統(tǒng)中的存在比例不同，所以會導致在特定時間段內(nèi)，水質(zhì)的穩(wěn)定性狀態(tài)不同。同時，可以推斷，對同一個循環(huán)水系統(tǒng)，在不同時段來說，因為補水水源的切換，會導致穩(wěn)定性發(fā)生快速的變化。比如：目前尿素循環(huán)水屬于結(jié)垢傾向水質(zhì)，但如果下一時間段補充了強腐蝕性回用水，會在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)楦g性水質(zhì)，會導致系統(tǒng)內(nèi)鋼材產(chǎn)生一定程度的腐蝕，在另一個階段有可能補充水改變?yōu)闈恹}水，因為濃鹽水的結(jié)垢傾向，會導致水體的穩(wěn)定狀態(tài)快速變化，甚至會在短暫的補水時間內(nèi)由腐蝕型變?yōu)閺娏医Y(jié)垢型水質(zhì)。

    在過去幾十年的循環(huán)水處理過程中，絕大多數(shù)現(xiàn)場均為單一補充水源，對于單一補充水源而言，水質(zhì)在特定的濃縮倍率下，水質(zhì)穩(wěn)定性是可以預測的。水處理服務商根據(jù)預測的濃縮倍率，從而可以計算出水質(zhì)的結(jié)垢或者腐蝕趨勢，阻垢緩蝕劑的配方及添加量就可以確定，所以在以往的循環(huán)水處理過程中，單一的配方是能滿足現(xiàn)場要求的。

    貴廠積極響應各級領(lǐng)導部門號召，循環(huán)水系統(tǒng)采用多種補充水，帶來的管理難度就是如上述水質(zhì)呈現(xiàn)出的腐蝕和結(jié)垢趨勢交替變化，且變化迅速。傳統(tǒng)的單一配方和加藥量方案不能適應新的水質(zhì)條件，急需可變配方。根據(jù)檢測水質(zhì)情況，并根據(jù)水質(zhì)的腐蝕、結(jié)垢傾向智能化的調(diào)整藥劑配方，才能從根本上解決這一新的情況。

1.4  化驗、監(jiān)督情況：

    目前循環(huán)冷卻水中各項能表征水質(zhì)穩(wěn)定程度指標的檢測，采用人工間隔采樣和人工分析。由于目前我廠循環(huán)水檢測項目眾多，分別有鈣離子、總硬度、氯離子、堿度、濁度、電導率、藥劑濃度、COD、pH、濃縮倍率等10項指標,一期工程有三個循環(huán)水系統(tǒng)，分析頻率為一天一次，檢測項目達到30項，加上取樣時間，一個人在8小時內(nèi)做完全部的化驗工作將有較大的壓力，人工間接采樣和人工分析受人員數(shù)量及勞動量的限制明顯。管理工程師根據(jù)每天的化驗結(jié)果下指令調(diào)整藥劑藥量或者調(diào)整各項水質(zhì)指標（主要是通過管理排放和補水來實現(xiàn)）。但由于循環(huán)水水質(zhì)是隨環(huán)境溫度、生產(chǎn)負荷、補水水質(zhì)快速變化的。這種低頻率的分析和調(diào)整水質(zhì)顯然不能滿足生產(chǎn)過程中阻垢、緩蝕、安全生產(chǎn)、節(jié)能減排的目標。

1.5  藥劑濃度將無法檢測

    上世紀90年代開始，國內(nèi)主要用有機磷配方阻垢緩蝕劑，對于有機磷配方藥劑，用戶可以人工檢測總磷來反推循環(huán)水中的阻垢藥劑濃度，但隨著環(huán)保部門對于外排水的政策趨嚴，各廠為了不增加后續(xù)除磷費用，越來越多的用戶提出使用無磷阻垢緩蝕劑的要求，但是無磷藥劑在循環(huán)水中的濃度檢測，成為一個管理難題。近幾年，針對無磷環(huán)保型藥劑，人們已經(jīng)研發(fā)了各種檢測手段，其中比較具有代表性的有：鋅離子檢測法、聚合物比濁法、鉬酸鹽測定法、唑類跟蹤法等，因為各種原因，以上幾種直接檢測法都沒有在大范圍推廣，如鋅離子的活潑性，在循環(huán)水的pH值波動過程中，鋅鹽會沉積或析出；聚合物比濁法又會有非有效成分的干擾等。循環(huán)水中的藥劑濃度的檢測需求，也是迫切需要解決的一大問題。

二、循環(huán)水系統(tǒng)問題解決辦法

2.1 相關(guān)國標的意見

國標GB/T 50050-2017的推薦意見

9.0.1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)監(jiān)測與控制宜符合下列規(guī)定

1、pH值在線監(jiān)測與加酸/加堿量宜連鎖控制

2、電導率在線監(jiān)測與排污水量宜連鎖控制

3、(ORP)氧化還原電位或余氯在線監(jiān)測與氧化性殺生劑投加量，宜連鎖控制

4、阻垢緩蝕劑濃度在線監(jiān)測與阻垢緩蝕劑投加量，以連鎖控制

國標GB/T 50050-2017的解釋條文摘抄如下：

9.0.1 為了保證循環(huán)冷卻水的處理效果降低系統(tǒng)運行管理成本，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，宜采用在線檢測技術(shù)實施監(jiān)控循環(huán)冷卻水的水質(zhì)水量和藥劑變化，通過自動控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)冷卻水的高效穩(wěn)定運行。

9.0.11再生水的水質(zhì)波動非常大，需要增加水質(zhì)全分析項目，盡可能及時了解其變化，并根據(jù)情況調(diào)整循環(huán)冷卻水操作和處理方案。但如果根據(jù)規(guī)范要求每四小時檢測一次，那么加上二期工程，至少得增加6人，專門用于循環(huán)水檢測崗位。這時人員的成本將會增加很多。

2.2市售循環(huán)水熒光自動加藥裝置的功能分析

    通過對市場的調(diào)查，目前，使用范圍最廣的是循環(huán)水熒光自動加藥裝置，智能加藥系統(tǒng)主要由加藥硬件系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、檢測傳感系統(tǒng)、軟件模型系統(tǒng)、無線信號傳輸系統(tǒng)等部分組成。

2.2.1 在線實時檢測功能，系統(tǒng)采用以在線自動檢測設備為核心，利用現(xiàn)代先進的儀器設備，達到對各類循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)實時監(jiān)測的目的。最快可以4秒鐘檢測一次，檢測效率及準確性大大優(yōu)于人工檢測。

    可實現(xiàn)在線檢測的項目主要有鈣離子、氯離子、堿度、濁度、電導率、藥劑濃度、腐蝕速率、pH、ORP、濃縮倍率等10項指標，完全可以滿足我公司實際需求，其中在線的腐蝕速率表檢測可靠，相比于傳統(tǒng)的掛片法沒有滯后性，可有效避免生產(chǎn)設備的因腐蝕帶來的威脅。

2.2.2 控制、調(diào)整功能，設備根據(jù)檢測結(jié)果將信號反饋至加藥泵（可控制阻垢緩蝕劑、殺菌劑、加酸或加堿）。

藥劑濃度的檢測與自動反饋控制原理圖

    安裝循環(huán)水熒光自動加藥裝置后，鑒于貴公司循環(huán)水水質(zhì)的復雜性，我們可以利用檢測結(jié)果，脫離濃縮倍率的指導，創(chuàng)新的利用三大指數(shù)（飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結(jié)垢指數(shù)）來指導生產(chǎn)，變被動為主動，在計算水質(zhì)的腐蝕、結(jié)垢狀態(tài)后，根據(jù)智慧專家數(shù)據(jù)庫的指導，實現(xiàn)自我分析判斷，根據(jù)及時數(shù)據(jù)狀況，確定加藥方案，并實現(xiàn)配方和加藥濃度的調(diào)整，從而在水質(zhì)不斷變化的狀態(tài)下，實現(xiàn)阻垢、緩蝕、安全生產(chǎn)、節(jié)能減排的目標。

2.2.3 數(shù)據(jù)傳輸功能，另外自動加藥設備利用目前4G網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡實時傳輸?shù)焦炯锌刂浦行模赏ㄟ^手機終端對循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)情況一目了然，隨時隨地了解循環(huán)水水質(zhì)的變化情況。

表：安裝水云蹤智能控制平臺前后對比

三、經(jīng)濟性分析

    根據(jù)一些工業(yè)發(fā)達國家的統(tǒng)計，每年由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失，約占國民生產(chǎn)的1.5%~4.2%，美國由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失高達1,260億美元/年，我國尚未進行全國性的腐蝕損失調(diào)查，但根據(jù)國家科委腐蝕科學學科組，對石油、化工、冶金、工業(yè)建材、紡織輕工等部門的腐蝕情況調(diào)查表明，我國部分工業(yè)部門由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為當年生產(chǎn)總值的4%，這個數(shù)字與許多國家調(diào)查結(jié)果大致相同，我國腐蝕損失為2,800億人民幣/年。

    腐蝕、結(jié)垢與化工生產(chǎn)相伴而生，特別是現(xiàn)代化工的發(fā)展，要求生產(chǎn)在高溫高壓連續(xù)不斷操作條件下運行，在這樣苛刻的工況條件下，出現(xiàn)結(jié)垢的后果主要是增加能耗，在停機期間進行清洗等作業(yè)可以恢復原狀，結(jié)果可逆可控。一旦設備出現(xiàn)腐蝕破壞，整個生產(chǎn)裝置就將被停產(chǎn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失，例如30萬噸/年合成氨裝置，因腐蝕停產(chǎn)一天，損失為60萬元人民幣，30萬噸/年乙烯裝置因腐蝕停機一天損失約為750萬元人民幣，因此化工行業(yè)的腐蝕最為嚴重，經(jīng)濟損失最大。

另外，以下幾方面也是循環(huán)冷卻水智能控制系統(tǒng)的優(yōu)勢：

1、人員成本

    目前大多數(shù)工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)藥劑的添加需要人工投加到加藥罐里，再通過加藥泵加到循環(huán)水系統(tǒng)里或者通過人工沖擊式投加；指標的檢測也是化驗室人工操作。這樣的加藥方式無形中增加了人員投入且不方便管理。采用水云蹤自動加藥在線監(jiān)測設備，可以減少企業(yè)人員投入，方便管理循環(huán)水系統(tǒng)，遠程動態(tài)監(jiān)測到藥劑投加及水質(zhì)波動情況。如節(jié)約加藥工一名（5萬元）和化驗人員6名（每人8萬元，按照規(guī)范4小時檢測一次計算），每年節(jié)約人工費用約53萬元。

2、藥劑費用

    常規(guī)循環(huán)水的藥劑添加分兩種方式：一種是沖擊式，一種是24小時不間斷性投加，在上述兩種模式下，循環(huán)水藥劑濃度控制范圍很廣，比如總磷控制4-7mg/L,最低的4 mg/L到最高的7 mg/L增加了75%的含量，到造成藥劑浪費。采用水云蹤自動加藥設備動態(tài)監(jiān)測循環(huán)水中藥劑濃度，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時變化情況，動態(tài)的把藥劑濃度控制到一個合理的范圍內(nèi)，避免造成藥劑的浪費。

    通過我們對目前100多家優(yōu)質(zhì)客戶藥劑用量的分析，加水云蹤后阻垢劑的節(jié)約量約15-20%。按照一個循環(huán)水量為30000M³/H的系統(tǒng)，一年藥劑節(jié)約的費用約3-5萬元，五個循環(huán)冷卻水系統(tǒng)每年約20萬。

3、檢測費用

    目前廠里循環(huán)水指標均為人工檢測，根據(jù)檢測指標的標準，每位檢測人員在檢測過程中經(jīng)驗或手法不盡相同，所以檢測的結(jié)果都會出現(xiàn)不同偏差，那么數(shù)據(jù)的可靠性降低，在為系統(tǒng)運行過程中的指導性也降低。采用水云蹤智能控制設備可以避免以上的問題。同時在檢測試劑方面、耗材方面均有不同程度的節(jié)約，檢測一個水樣全部分析10個項目按照50元計算（每個循環(huán)水系統(tǒng)每天檢測6次），一年節(jié)約費用約54.75萬元。

4、節(jié)水費用

循環(huán)水量為30000m3/H的系統(tǒng)，

濃縮倍率為3倍時，

補水量=30000×1.5%=450T/H

排污水量=150T/H

濃縮倍率為5倍時，

補水量=30000×1.25%=375T/H

排污水量=75T/H

全年節(jié)水約8000×75=60萬噸,同時減少排污60萬噸。

5套循環(huán)水系統(tǒng)保守節(jié)約200-300萬噸/年。