闭式氮水预冷系统水质恶化的原因分析与处理

　　某套35000 m3/h空分设备是法国液化空气集团成套的产品,氮水预冷系统的水采用相对密闭式循环水系统,即补充水进入水冷塔,水在水冷塔内经污氮冷却后再由泵送入冷水机组,由冷水机组再次冷却降温后进入空冷塔,在空冷塔内对空气进行冷却洗涤,洗涤完空气的水不是进入空分设备的大循环水系统,而是回流至水冷塔再次使用,如此形成一个循环。水冷塔顶部敞开,有蒸发损失,损失掉的水量由水冷塔补水管补进,补水阀根据系统液位高低自动开启和关闭。空冷塔底部设有冷却水的排污管路及阀件(按原设计,正常运行状态时排污管路关闭),故该系统也不是严格意义上的密闭式循环水系统。

　　1 水质恶化情况

　　2008年5月,密闭式循环水系统开始使用反渗透脱盐水作为补充水,当时输送反渗透脱盐水的管路材质为碳钢,长约800 m。2008年11月,氮水预冷系统的循环水出现pH值下降的情况,最低时pH值下降至410左右,同时总铁含量急剧升高,最高时达到13 mg/L左右,水色呈混浊黄色。出现此情况后,将系统补充水改为钠离子交换软水,情况有所改善,循环水pH值不再下降,但水中总铁含量仍然偏高,由空冷塔排污口排出的冷却水呈淡黄色。2009年5月开始,将反渗透脱盐水的输水管路更换为不锈钢管路,再次使用反渗透脱盐水作为该系统补充水,循环水质稳定、良好。但进入2009年11月,循环水pH值再次下降至5.0左右。

　　2 水质恶化的原因分析

　　2.1 pH值下降的原因

　　2.1.1 反渗透脱盐水的不饱和性

　　二级反渗透脱盐水基本处于中性的范围内,由于反渗透脱盐水的水中盐含量极低,属于不饱和水,因此在空冷塔喷淋洗涤空气的同时,空气中的酸性气体(主要是二氧化碳)就会大量溶解到水中,造成pH值下降。同样,由于反渗透脱盐水盐含量极低,几乎没有碱度存在,使得该水没有任何缓冲性能,只要有少量的氢离子或酸性物质存在就可以将pH值降到很低。

　　2.1.2 二氧化碳等气体的溶解度随水温降低而升高

　　绝大部分气体在水中的溶解度是随着水温降低而升高的,二氧化碳也不例外。冬季气温低,补水温度也低,系统内各介质温度值均较夏季有较大降幅,空分设备运行记录显示: 2009年6)9月空冷塔内水温为2317e~3015e,而2009年12月)2010年1月空冷塔内水温仅为1516e~2118e,空冷塔内水温的降低提高了洗涤空气过程中二氧化碳等酸性气体在循环水中的溶解量,导致了水的pH值下降。

　　2.1.3 冬季空气中酸性气体的含量增加

　　每年进入11月以后,北方城市进入供暖期,工厂内工业蒸汽的用量也剧增,导致大气中尤其是工业大气中的二氧化碳、二氧化硫等酸性气体含量增加[分析数据显示,空气中二氧化碳含量冬季较夏季平均高出(40~60)@10-6],每小时进入35000 m3/h空分设备空冷塔中被水洗涤、冷却的空气量约为170000 m3,酸性气体含量冬季较夏季高。另外,空分设备北侧为焦化厂、炼钢厂等工厂,南侧为农田,而冬季多北风,也会造成吸入空气中酸性气体含量较夏季高,加剧该系统循环水的pH值下降。