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借助智能制造之力,解决环保新问题,省钱省力省时!

文章出处:本站浏览次数:632发表时间:2021-02-22

一、目前的实际管理状况分析

1.1   循环水场设计参数

尿素系统设计循环水量31000m³/h,保有水量11000m³,补充水量为160m³/h。

气化系统设计循环水量13000m³/h,保有水量5000m³,补充水量为80m³/h。

空净合系统设计循环水量34000m³/h,保有水量18000m³,补充水量为200m³/h。


1.2   现场水质情况

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1.3  循环水水质情况判断:

表:三种补充水源在不同浓缩倍率下的水质状态

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绿色标注为该种水样在该浓缩倍率情况下是腐蚀状态,红色标注为该种水样在相应的浓缩倍率情况下是结垢状态;

生产水在未浓缩前属腐蚀型水质,在浓缩到三倍以后,转变为结垢型水质;

回用水为强烈腐蚀型水质,即使浓缩到5倍,也属过渡型结垢和腐蚀兼具型水质;

浓盐水水质结垢倾向明显;

通过如上对水质的分析可知,三种水质在不同浓缩倍率条件下,所表现出的腐蚀、结垢状态完全不同。

表:循环水水质情况分析

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    根据三大指数法判断,尽管补水来源相同,为生产水、回用水、浓盐水,但是,因为三种水源在各系统、各时间段循环水系统中的存在比例不同,所以会导致在特定时间段内,水质的稳定性状态不同。同时,可以推断,对同一个循环水系统,在不同时段来说,因为补水水源的切换,会导致稳定性发生快速的变化。比如:目前尿素循环水属于结垢倾向水质,但如果下一时间段补充了强腐蚀性回用水,会在短时间内转变为腐蚀性水质,会导致系统内钢材产生一定程度的腐蚀,在另一个阶段有可能补充水改变为浓盐水,因为浓盐水的结垢倾向,会导致水体的稳定状态快速变化,甚至会在短暂的补水时间内由腐蚀型变为强烈结垢型水质。


    在过去几十年的循环水处理过程中,绝大多数现场均为单一补充水源,对于单一补充水源而言,水质在特定的浓缩倍率下,水质稳定性是可以预测的。水处理服务商根据预测的浓缩倍率,从而可以计算出水质的结垢或者腐蚀趋势,阻垢缓蚀剂的配方及添加量就可以确定,所以在以往的循环水处理过程中,单一的配方是能满足现场要求的。


    贵厂积极响应各级领导部门号召,循环水系统采用多种补充水,带来的管理难度就是如上述水质呈现出的腐蚀和结垢趋势交替变化,且变化迅速。传统的单一配方和加药量方案不能适应新的水质条件,急需可变配方。根据检测水质情况,并根据水质的腐蚀、结垢倾向智能化的调整药剂配方,才能从根本上解决这一新的情况。


1.4  化验、监督情况:

    目前循环冷却水中各项能表征水质稳定程度指标的检测,采用人工间隔采样和人工分析。由于目前我厂循环水检测项目众多,分别有钙离子、总硬度、氯离子、碱度、浊度、电导率、药剂浓度、COD、pH、浓缩倍率等10项指标,一期工程有三个循环水系统,分析频率为一天一次,检测项目达到30项,加上取样时间,一个人在8小时内做完全部的化验工作将有较大的压力,人工间接采样和人工分析受人员数量及劳动量的限制明显。管理工程师根据每天的化验结果下指令调整药剂药量或者调整各项水质指标(主要是通过管理排放和补水来实现)。但由于循环水水质是随环境温度、生产负荷、补水水质快速变化的。这种低频率的分析和调整水质显然不能满足生产过程中阻垢、缓蚀、安全生产、节能减排的目标。


1.5  药剂浓度将无法检测

    上世纪90年代开始,国内主要用有机磷配方阻垢缓蚀剂,对于有机磷配方药剂,用户可以人工检测总磷来反推循环水中的阻垢药剂浓度,但随着环保部门对于外排水的政策趋严,各厂为了不增加后续除磷费用,越来越多的用户提出使用无磷阻垢缓蚀剂的要求,但是无磷药剂在循环水中的浓度检测,成为一个管理难题。近几年,针对无磷环保型药剂,人们已经研发了各种检测手段,其中比较具有代表性的有:锌离子检测法、聚合物比浊法、钼酸盐测定法、唑类跟踪法等,因为各种原因,以上几种直接检测法都没有在大范围推广,如锌离子的活泼性,在循环水的pH值波动过程中,锌盐会沉积或析出;聚合物比浊法又会有非有效成分的干扰等。循环水中的药剂浓度的检测需求,也是迫切需要解决的一大问题。


二、循环水系统问题解决办法

2.1 相关国标的意见

国标GB/T 50050-2017的推荐意见

9.0.1循环冷却水系统监测与控制宜符合下列规定

1、pH值在线监测与加酸/加碱量宜连锁控制

2、电导率在线监测与排污水量宜连锁控制

3、(ORP)氧化还原电位或余氯在线监测与氧化性杀生剂投加量,宜连锁控制

4、阻垢缓蚀剂浓度在线监测与阻垢缓蚀剂投加量,以连锁控制


国标GB/T 50050-2017的解释条文摘抄如下:

9.0.1 为了保证循环冷却水的处理效果降低系统运行管理成本,确保系统安全稳定运行,宜采用在线检测技术实施监控循环冷却水的水质水量和药剂变化,通过自动控制系统能够实现循环冷却水的高效稳定运行。


9.0.11再生水的水质波动非常大,需要增加水质全分析项目,尽可能及时了解其变化,并根据情况调整循环冷却水操作和处理方案。但如果根据规范要求每四小时检测一次,那么加上二期工程,至少得增加6人,专门用于循环水检测岗位。这时人员的成本将会增加很多。


2.2市售循环水荧光自动加药装置的功能分析

    通过对市场的调查,目前,使用范围最广的是循环水荧光自动加药装置,智能加药系统主要由加药硬件系统、计算机控制系统、检测传感系统、软件模型系统、无线信号传输系统等部分组成。


2.2.1 在线实时检测功能,系统采用以在线自动检测设备为核心,利用现代先进的仪器设备,达到对各类循环水系统水质实时监测的目的。最快可以4秒钟检测一次,检测效率及准确性大大优于人工检测。

    可实现在线检测的项目主要有钙离子、氯离子、碱度、浊度、电导率、药剂浓度、腐蚀速率、pH、ORP、浓缩倍率等10项指标,完全可以满足我公司实际需求,其中在线的腐蚀速率表检测可靠,相比于传统的挂片法没有滞后性,可有效避免生产设备的因腐蚀带来的威胁


2.2.2 控制、调整功能,设备根据检测结果将信号反馈至加药泵(可控制阻垢缓蚀剂、杀菌剂、加酸或加碱)。

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药剂浓度的检测与自动反馈控制原理图

    安装循环水荧光自动加药装置后,鉴于贵公司循环水水质的复杂性,我们可以利用检测结果,脱离浓缩倍率的指导,创新的利用三大指数(饱和指数、稳定指数、结垢指数)来指导生产,变被动为主动,在计算水质的腐蚀、结垢状态后,根据智慧专家数据库的指导,实现自我分析判断,根据及时数据状况,确定加药方案,并实现配方和加药浓度的调整,从而在水质不断变化的状态下,实现阻垢、缓蚀、安全生产、节能减排的目标。

2.2.3 数据传输功能,另外自动加药设备利用目前4G网络,将数据通过网络实时传输到公司集中控制中心,可通过手机终端对循环水系统的水质情况一目了然,随时随地了解循环水水质的变化情况。

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表:安装水云踪智能控制平台前后对比


三、经济性分析

    根据一些工业发达国家的统计,每年由于腐蚀造成的经济损失,约占国民生产的1.5%~4.2%,美国由于腐蚀造成的经济损失高达1,260亿美元/年,我国尚未进行全国性的腐蚀损失调查,但根据国家科委腐蚀科学学科组,对石油、化工、冶金、工业建材、纺织轻工等部门的腐蚀情况调查表明,我国部分工业部门由于腐蚀造成的经济损失约为当年生产总值的4%,这个数字与许多国家调查结果大致相同,我国腐蚀损失为2,800亿人民币/年。


    腐蚀、结垢与化工生产相伴而生,特别是现代化工的发展,要求生产在高温高压连续不断操作条件下运行,在这样苛刻的工况条件下,出现结垢的后果主要是增加能耗,在停机期间进行清洗等作业可以恢复原状,结果可逆可控。一旦设备出现腐蚀破坏,整个生产装置就将被停产,造成严重的经济损失,例如30万吨/年合成氨装置,因腐蚀停产一天,损失为60万元人民币,30万吨/年乙烯装置因腐蚀停机一天损失约为750万元人民币,因此化工行业的腐蚀最为严重,经济损失最大。


另外,以下几方面也是循环冷却水智能控制系统的优势:

1、人员成本

    目前大多数工业循环水系统药剂的添加需要人工投加到加药罐里,再通过加药泵加到循环水系统里或者通过人工冲击式投加;指标的检测也是化验室人工操作。这样的加药方式无形中增加了人员投入且不方便管理。采用水云踪自动加药在线监测设备,可以减少企业人员投入,方便管理循环水系统,远程动态监测到药剂投加及水质波动情况。如节约加药工一名(5万元)和化验人员6名(每人8万元,按照规范4小时检测一次计算),每年节约人工费用约53万元。


2、药剂费用

    常规循环水的药剂添加分两种方式:一种是冲击式,一种是24小时不间断性投加,在上述两种模式下,循环水药剂浓度控制范围很广,比如总磷控制4-7mg/L,最低的4 mg/L到最高的7 mg/L增加了75%的含量,到造成药剂浪费。采用水云踪自动加药设备动态监测循环水中药剂浓度,通过监测数据的实时变化情况,动态的把药剂浓度控制到一个合理的范围内,避免造成药剂的浪费。


    通过我们对目前100多家优质客户药剂用量的分析,加水云踪后阻垢剂的节约量约15-20%。按照一个循环水量为30000M3/H的系统,一年药剂节约的费用约3-5万元,五个循环冷却水系统每年约20万。


3、检测费用

    目前厂里循环水指标均为人工检测,根据检测指标的标准,每位检测人员在检测过程中经验或手法不尽相同,所以检测的结果都会出现不同偏差,那么数据的可靠性降低,在为系统运行过程中的指导性也降低。采用水云踪智能控制设备可以避免以上的问题。同时在检测试剂方面、耗材方面均有不同程度的节约,检测一个水样全部分析10个项目按照50元计算(每个循环水系统每天检测6次),一年节约费用约54.75万元。


4、节水费用

循环水量为30000m³/H的系统,

浓缩倍率为3倍时,

补水量=30000×1.5%=450T/H

排污水量=150T/H

浓缩倍率为5倍时,

补水量=30000×1.25%=375T/H

排污水量=75T/H

全年节水约8000×75=60万吨,同时减少排污60万吨。

5套循环水系统保守节约200-300万吨/年。


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