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冷却塔的再生水:好主意还是不好?

转换为冷却塔的循环水需要适当的计划,并对所涉及的挑战有充分的了解。成功的项目使淡水节省了10-30%的成本,更重要的是,它为与水接触的设备提供了更好的保护。
 
尽管在过去的10年中,无数的设施已将淡水转化为循环水(市政再生水)用于蒸发冷却水系统,但对于任何考虑这种变化的人来说仍然存在一个问题:这值得吗?考虑改变的那些设施包括公用电厂,炼油厂,化工厂,一般制造以及HVAC(空调)。如今,由于干旱和其他压力,这一趋势以不断增加的速度继续下去。
 
通过适当的计划,从淡水转换为用于冷却塔的市政再生废水时,设施可以节省10-30%的水费。
转换有很多成功,但也有一些失败。成功的企业要进行适当的计划,收集到的再生水水质知识以及水处理化学和非化学产品的性能,并要实施良好的水质监测和控制。他们通常比淡水节省了10-30%的成本,更重要的是,他们对与水接触的设备获得了更好的保护。
 
在制定将现有冷却塔水系统转换为循环水的任何计划之前,需要解决以下问题:
 
1再生水与淡水的成本是多少?
 
2再生水是否需要进一步处理才能被接受?如果是这样,涉及哪些费用?
 
3从“栅栏”管线将循环水带入冷却塔水系统的成本是多少?
 
4循环水相对于电流,冷却塔的水处理成本会增加还是减少?多少?
 
5是否需要额外的水监控或供水系统,其成本是多少?
 
6使用循环水时,您能否期望对与冷却水接触的设备提供同等,较差或更好的保护?
 
7使用循环水是否存在诸如致病菌的潜在危险?
 
这些问题通常可以由再生水供应商,您的水处理供应商或独立的水处理顾问来回答。一旦回答,他们肯定会指出是否需要循环水。
 
为了回答上述问题,从众多的再生水候选产品中获得了典型的例子:
 
1循环水成本通常是该市淡水成本的35-55%,并且可能会保持稳定数年。淡水成本每年都在攀升。但是,许多发电厂,炼油厂和化工厂使用的是淡水。来自湖泊,溪流和专有水井的水仅需支付抽水费用,在这种情况下,循环水的成本要高得多,从而降低了转换的动力。一家使用河水的发电厂将河水与循环水混合使用50 /尽管回收水的成本较高,但仍为50,其驱动力是用于作物灌溉的淡水保护。
 
2如果回收水的质量不足以达到您的设施要求,必须进行进一步处理才能被接受,则必须确定此费用。市政当局可以提供额外的治疗,也可以在医疗机构进行。
 
这个问题发生在西海岸的一家炼油厂,该炼油厂确定进一步处理对于接受当地的循环水至关重要。水中的氨含量超过10 ppm,可能会导致炼厂的铜合金Admiralty 70/30铜/锌换热器管破裂。市政当局选择从循环水中去除氨气至1 ppm以下,额外的处理成本确实提高了循环水的价格,但仅提高了10-15%,这仍然非常值得。
 
3对于每个设施,将再生水送入冷却塔系统的成本各不相同。在化工厂或炼油厂中,这可能意味着要从围墙线开始100或1000英尺的新线。在HVAC建筑物中,这意味着从冷却塔的入口到可能在建筑物顶部的冷却塔运行一条新管道。
 
西海岸的一家炼油厂决定放入普通的无衬里低碳钢管,以将再生水从围栏线移出数千英尺。工厂操作人员发现,循环水腐蚀性极强,以至于冷却塔之前的循环水(铁含量为3-5 ppm)中产生的铁含量高得令人无法接受。因此,以5个循环运行的冷却塔可能含有15-25 ppm的铁,这会弄脏热交换器。精炼厂通过用内部衬里的低碳钢管代替管线来消除铁屑。那是没人最初确定的费用。
 
4与再生水相比,使用再生水的水处理成本通常相同或更低。由于在循环水中存在2-4 ppm的磷酸盐(低碳钢缓蚀剂),因此它的含量可能更低。任何基于磷酸盐的冷却水处理都可能获得所需的大部分或全部磷酸盐。同样,循环水中高氯含量(1-2 ppm的游离残留物)通常会减少工厂中的氯或氧化剂。即使将氨在75-150 ppm的浓度下还原为硝酸盐,它们也有助于减少低碳钢腐蚀以及不锈钢腐蚀。通常,大多数设施的水处理成本将降低10-20%,但这是针对特定地点的。
 
5通常,对监控和化学给料系统的需求在增加,主要是为了应对循环水质量的任何变化或水的混合。通常,这取决于对现有淡水和循环水的监控量,可以在热交换器和冷却器中提供更好的腐蚀和沉积物控制。
 
6对冷却水设备的保护通常等于或优于淡水。这意味着与冷却水接触的设备的使用寿命更长,维护更少。这可以节省很多。改善可归因于以下几个因素:也许最重要的是,与淡水相比,再生水可以引起更多的关注和控制。监测和化学进料控制的增加也是显示水处理程序性能提高的主要因素。
 
冷却塔再生水

首先需要掌握的知识是确定所有与水接触的设备的冶金学及其运行特性。这包括塔,管道和所有传热单元。操作人员还必须确定最高和平均温度;平均和最小水速;是否有停滞或多余的设备;以及没有流量发生的持续时间。重要的是确定淡水需要在多大程度上防止腐蚀,沉积和生物。这将为循环水的需求提供指导。
 
不同的行业将具有各种设计和操作参数,这将需要比其他行业更多地解决某些循环水成分。
 
一些示例包括炼油厂,这些炼油厂通常在热交换器中使用低碳钢(1010-1020)管和金钟黄铜管(70%铜/ 30%锌)。低碳钢管需要非常好的腐蚀控制,但易受磷酸盐沉积和镀铜的影响。过量的磷酸盐和铜引起的双金属腐蚀会降低低碳钢管的预期寿命。由于潜在的破裂,金钟管不能看到超过两部分的氨。
 
暖通空调和公用电厂的冷却塔水系统通常在其冷却器和冷凝器中使用铜管和金钟管,并且必须限制循环水中的氨。 HVAC系统通常使用镀锌钢冷却塔,由于镀铜以及冷却塔水的pH值高或低,镀锌钢冷却塔可能会遭受“白锈”。 HVAC冷却水冷凝器通常使用需要改进铜保护的增强型(带槽)铜管。
 
化学工业使用不锈钢传热表面,因此必须限制可能引起点蚀和应力腐蚀开裂的氯化物。
 
每个行业都有独特的设计和操作,需要对其进行识别和评估,以防止各种回收水成分造成意外损坏或预期寿命缩短。
 
对于现有的冷却塔水系统,该工厂可以更换各种与水接触的设备,以处理循环水的质量。但是,这种成本通常是不希望的。对于水供应商而言,处理循环水以满足所需质量可能更具成本效益。
 
实例是通过澄清减少磷酸盐并通过硝化消除氨的附加处理。甚至已经通过诸如反渗透(RO)之类的膜技术降低了部分电导率,以不仅为冷却塔系统而且为锅炉提供更好的水质。
 
第二个重要考虑因素是确定循环水中的关键成分,以确定是否有任何不利因素影响与冷却水接触的设备。每个冷却塔系统都需要检查其循环水和系统,以便更准确地确定任何不利影响或有益影响。
 
处理化学品
在过去几年中,引入的处理化学品和设备的性能已取得重大进步。重要的是要了解这些产品和系统不断增强的功能和局限性。大多数进展都在沉积物和微生物控制方面,但腐蚀抑制剂也得到了改进。例如,由于磷酸盐,铁,二氧化硅和硬度的原因,用于改善沉积物控制的新型聚合物。一些被标识为“四元组”,“ HPS-1”,“琥珀酸盐”。和“ polyaspartate”仅举几例。
 
一家工厂能够在其冷却塔中使用含80 ppm以上磷酸盐的循环水补充剂,而不会产生任何沉积物。另一个是携带超过300 ppm的二氧化硅而没有沉积。
 
钙硬度和其他类似的钙垢正在用增溶和结晶修饰抑制剂的组合进行处理,这些沉积物会导致结垢。除现场生成外,液体和颗粒中的二氧化氯还可以改善杀菌剂的性能。过氧化氢的使用更为频繁,仅举几例。
 
控制腐蚀已发现聚硅酸盐和聚硅酸盐加聚磷酸盐的混合物可提供良好的低碳钢保护,并减少磷酸盐的沉积。当与特定的新型聚合物一起使用时,磷酸盐处理要比早期版本好得多。铜腐蚀抑制剂具有更高的耐卤素性,甚至可以提供低碳钢和铝腐蚀控制。
 
膜被用于还原全部或部分离子。可以通过特定的离子交换或硝化作用或通过携带更高的冷却塔pH值来去除高含量的氨。某些非化学处理系统的使用显示出有望与一些循环水一起用于沉积和生物防治。
 
基本上,可以结合使用更新的水处理化学品和特定的控制设备,在玻璃钢冷却塔系统中处理任何回收的水质,以处理大多数腐蚀,沉积物和微生物问题。
 
循环水故障
为什么将循环水用作冷却塔水系统的补给失败?也许以下几个示例将说明一些原因:
 
一家水供应商与一家炼油厂联系,后者提供了含有8 ppm氨水(以NH3的形式)的循环水。该炼油厂在其热交换器中使用金钟(70%铜/ 30%锌)管,并且知道氨会导致金钟管发生灾难性的开裂,可能导致火灾或爆炸。再生水供应商不知道这一点,因此拒绝去除氨。该设施尚未考虑回收水。
 
另一个具有大的HVAC冷却器吨位的设施无法理解,其增强的铜管需要更高水平的铜腐蚀抑制剂才能提供良好的管保护。不知道这会导致管子故障并终止循环水的使用。运营商和化学品供应商都将“不良”的循环水归咎于此。其他几个HVAC用户进行了研究,并已成功使用类似设备成功地使用了循环水。
 
还有另一家工厂以良好的计划妥善处理了所有事情,建立了有效的监控和控制措施,正确地修改了水处理程序,并发现冷却塔中的循环水含铁量极高(超过5 ppm)。在冷却塔的5个循环中,铁含量为25 ppm,并且会污染热交换器。额外的水处理来控制铁将非常昂贵。他们进行了调查,发现输送到工厂周边的水仅含0.1 ppm铁。但是,循环水已被硝化,pH为6.5,游离氯水平较高(2 ppm)。它对工厂内部的低碳钢管具有非常强的腐蚀性,因此会产生高铁。该设施安装了内部涂层的低碳钢,塔中的铁含量保持在0.1 ppm。管道设计人员应与水处理人员一起工作。
 
循环水使用中最常见的故障可能涉及没有循环水经验的水处理供应商和最终用户-未适当修改水处理程序,而最终用户未实施额外的水监控。他们经常说这是“坏”水。