某制藥廠循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)設(shè)計方案
簡介： 根據(jù)抗生素企業(yè)冷卻水系統(tǒng)的特點和工藝條件，結(jié)合XXX市水質(zhì)特點，篩選出適合其運行條件的水處理配方方案，投入運行后收到了很好的效果，各項指標均達到了設(shè)計規(guī)范的要求。
循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定處理技術(shù)的發(fā)展在我國起步較晚，70年代初，我國引進十三套大化肥的同時引進了循環(huán)冷卻水處理技術(shù)，它的優(yōu)越性和帶來的經(jīng)濟效益很快被人們公認，并由化工行業(yè)迅速推廣到石化、醫(yī)藥、熱電等其它行業(yè)。特別是80年代后期，循環(huán)冷卻水處理技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣泛。
我廠生產(chǎn)抗生素，年用水量達3 000萬t以上，是XXX市第一用水大戶。在目前水資源十分緊張的情況下，將占全廠用水量80%以上的冷卻水改為循環(huán)冷卻水是非常必要和勢在必行的，循環(huán)冷卻水處理技術(shù)的發(fā)展，為循環(huán)水的安全穩(wěn)定運行提供了可靠的保證。
1、我廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的特點
1.換熱設(shè)備多、情況復(fù)雜、材質(zhì)多樣。我廠循環(huán)水系統(tǒng)換熱設(shè)備約300多臺，材質(zhì)包括碳鋼、不銹鋼、紫銅和黃銅，而且換熱介質(zhì)溫度差別大，又分布在不同區(qū)域，有的高達200 ℃，有的只有二十幾度，這樣給水處理運行帶來一定的困難。
2.抗生素藥廠本身條件的影響。我廠是利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)抗生素的企業(yè)，生產(chǎn)工藝本身就是對微生物進行培養(yǎng)，由于換熱設(shè)備多，設(shè)備的泄漏是避免不了的。另外，在抗生素生產(chǎn)的某些工藝中使用大量揮發(fā)性有機物，這些有機物彌漫在空氣中，通過涼水塔與循環(huán)水接觸而溶解在水中，為循環(huán)水中微生物的生長提供了豐富的養(yǎng)料。
3.環(huán)境因素的影響。氣候干燥，春秋季風(fēng)沙大，加上離熱電廠很近，空氣中灰塵含量很高，這些灰塵在涼水塔中進行熱交換時，空氣中80%以上的灰塵進入到循環(huán)水中，使水的濁度升高，含泥量增加。
4.補充水的影響。我廠采用地下水作循環(huán)水的補充水，水的硬度和堿度均較大，離子含量高。
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2、循環(huán)冷卻水處理配方的確定
首先，我們對補充水的情況進行了全面的分析，化驗，其結(jié)果為Ca2＋90.18 mg/L，Mg2＋22.89 mg/L，K＋1.31 mg/L，Na＋24.72 mg/L，HCO3－257.60 mg/L，pH 7.96，Cl－41.36 mg/L，SO42－62.02 mg/L，NO3－21.58 mg/L，F(xiàn)－0.41 mg/L，SiO211.73 mg/L，游離CO25.6 mg/L。
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算不同濃縮倍數(shù)和不同溫度下的Langelier飽和指數(shù)的Rgznar穩(wěn)定指數(shù)，結(jié)果見表1。
表1 不同濃縮倍數(shù)、不同溫度下的LangeLier
飽和指數(shù)和Rgznar穩(wěn)定指數(shù)
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通常，穩(wěn)定指數(shù)為5.0～6.0時，水是結(jié)垢型水；穩(wěn)定指數(shù)為3.5～5.0時，水嚴重結(jié)垢。由表1可以看出，冷卻水采用直流供水時為結(jié)垢型水，而當(dāng)濃縮倍數(shù)提高到2.0時，冷卻水嚴重結(jié)垢，而且結(jié)垢的趨勢隨溫度的升高而加重。由此可見，我廠循環(huán)冷卻水處理的重點是結(jié)垢問題。但由于循環(huán)水濃縮后水中離子濃度較大。再加上其它腐蝕性因素，所以腐蝕的問題也不容忽視。補充水的情況摸清后，結(jié)合我廠循環(huán)水的特點，采用正交試驗法設(shè)計出一系列水處理方案，在實驗室內(nèi)進行了阻垢、緩蝕實驗，初步確定出三種效果較好的水處理方案：1＃ HY-962＋HY-931＋BTA、2＃六偏磷酸鈉＋有機膦＋T-325＋苯并三氮唑,3＃鉬酸鈉＋HEDP＋苯并三氮唑，這三個配方方案進行短管動態(tài)模擬實驗，實驗條件：熱介質(zhì)，常壓蒸汽100 ℃；冷卻水溫差Δt＝10 ℃；換熱管直徑19 mm×2 mm；換熱管長度1 000 mm；換熱強度5.64×105 kJ/(m2.h)；流速1 m/s；實驗用水：補充水濃縮2倍的水質(zhì)；實驗時間120 h。實驗結(jié)果見表2。
表2 實驗結(jié)果
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從表2可以看出，1＃配方緩蝕、阻垢效果最好，而三個水處理配方的成本差不多，所以，我們確定1＃配方作為我廠循環(huán)水運行的水處理配方方案。
3、循環(huán)水微生物的控制
微生物控制是循環(huán)冷卻水處理中十分重要的指標，也是較難控制的指標，它在較大程度上決定著循環(huán)冷卻水是否能正常運行。微生物的危害在抗生素生產(chǎn)廠十分嚴重，由于設(shè)備的泄漏和廠區(qū)內(nèi)空氣中大量有機物的存在，為循環(huán)水中微生物提供了大量的營養(yǎng)物質(zhì)，促進了微生物的繁殖。針對上述情況，我們首先對搜集不同的殺菌劑樣品進行室內(nèi)效果評價，控制水樣溫度、pH值及殺菌劑濃度，分別測定殺菌劑作用0、1、2、4、8、16、24 h殺菌率，從十幾種殺菌劑中挑選出三種效果較好的殺菌劑進行現(xiàn)場應(yīng)用實驗，結(jié)果見表3。
表3 現(xiàn)場應(yīng)用實驗結(jié)果
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從現(xiàn)場應(yīng)用的情況看，SDA-1的殺菌效果最好，TS-802在運行24 h后的效果也不錯。這樣通過反復(fù)篩選評價的實驗，確定出我廠殺菌方案為以氯氣殺菌為主，輔助于SDA-1、TS-802殺菌劑。
4、現(xiàn)場應(yīng)用效果
1.從腐蝕速率看，我們采用28 cm2的標準掛片掛入循環(huán)水系統(tǒng)中，經(jīng)過現(xiàn)場一段時間運行，測得的各種金屬材料的腐蝕情況見表4。
各種材料的平均腐蝕率與規(guī)范對照如下：碳鋼平均0.014 16 mm/a，規(guī)范要求0.127 23 mm/a，不銹鋼平均0.001 41 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a，黃銅平均0.002 18 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a，紫銅平均0.002 08 mm/a，規(guī)范要求0.005 09 mm/a。
從上面設(shè)計規(guī)范的要求，充分說明我廠循環(huán)水的腐蝕控制效果十分良好。
表4 各種金屬材料的腐蝕情況
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2.結(jié)垢情況：檢修時打開空氣冷卻器，溴化鋰制冷機上的換熱器看到，換熱管表面光滑，沒有任何結(jié)垢現(xiàn)象，杜絕了在使用循環(huán)水前空氣冷卻器因結(jié)垢而停機清理的事故，也說明了我們的運行配方對結(jié)垢的控制是很成功的。
3.在微生物控制方面，開車初期，由于采用藥劑不太理想，使微生物指標經(jīng)常超標，后來，我們篩選出適合我廠條件的殺菌劑SDA-1和TS-802，并采取以氯氣為主，輔助SDA-1、TS-802的殺菌滅藻方案。取得了良好的效果，細菌指標合格率由原來的70%提高到95%以上。
經(jīng)過幾年的運行實踐證明：我廠采用1＃循環(huán)水處理配方是很成功的。各項指標均優(yōu)于設(shè)計規(guī)范的要求指標，年節(jié)水達標1 400多萬t，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。
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