海水冷却塔方案介绍

海水冷却塔方案介绍
为节约淡水资源和减少海洋的热污染，早在五十年代中期，世界上第一座海水冷却塔在英国诞生，到二十世纪七十年代自然通风、机力通风等各种海水冷却塔相继在美国等国家取得成功应用。

我们在二十世纪九十年代开始着手该方面研究，制作了100m3/h的海水冷却塔。

据查，目前为止电力行业尚没有大型海水冷却塔塔群投入使用。

海水冷却塔技术上有相当的难度，主要存在的问题有：
1.钢筋混凝土的防腐、抗渗和防止菌藻的附着；
2.配水系统及喷头的防堵；
3.防止淋水填料和收水器的结垢和菌藻的附着；
4.循环水对系统的腐蚀。

要较好的解决上述问题，实现海水冷却塔的安全运行，必须考虑从以下方面综合治理：
1.控制海水循环水的浓缩倍数；
2.搞好水质稳定——添加缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂；
3.冷却塔本体设备部分采取相应的措施。

分述如下：
1.淡水循环水的浓缩倍数一般控制在3~4倍，也有控制在5以上，但海水以1个标准浓度为例，各种离子含量为3.45%，其中NaCl含量占
2.7%，这种海水经循环蒸发后，离子浓度将大幅度增加。

国际上通用的海水浓缩倍数为2.0，过高的浓缩倍数不仅会使海水的热交换性能有较大的降低，而且会迫使过多的离子析出。

试验表明，海水极限浓缩倍数为
3.4，在浓缩倍数为2.0时，海水冷却塔的结垢是可以有效防止的。

2.搞好水质稳定是海水冷却塔能否完全运行的必要条件，因此从海洋抽入
的海水除设置机械格栅外，需设置予处理用海水净化池，池中加聚凝剂，混凝后降低海水的浊度，再加入菌藻杀生剂，经净化处理的海水即可作补充水进入循环水系统。

在循环海水中添加缓蚀剂、阻垢分散剂、菌藻杀生剂，能有效地减缓结垢速度、杀灭菌藻的生长和防止海水对设备的侵蚀，提高设备的使用寿命。

我公司有专业人员专门从事水质稳定的研究和生产，该问题是不难解决的，将另择文介绍。

3.冷却塔本体部分的各项措施是否考虑得当，也是海水冷却塔能否成功的关键中的关键，可以从以下几点考虑：
（1）冷却塔塔体采用全混凝土结构。

冷却塔顶板、围护板、梁柱和填料架采用的砼用抗盐类腐蚀的高标号、高抗渗性的抗海水专用水泥制成，其内表面涂刷防水、防污涂料、实现进一步的抗渗水及防止菌藻和贝壳的附着，这一方案应该说是安全可靠的。

（2）玻璃钢风筒，冷却塔风筒材质采用FRP，风筒采用梯形大端面空腹加强筋，端中两处均设环向实心加强筋，筒壁采用等强度设计，产品抗拉强度不低于147MPa（即1500kg/cm2），抗风载荷大于690Pa。

（3）配水系统采用可拆式管式配水系统，管道材质为UPVC材质并采用特制的喷头——成对布置的切线进水雾化对喷喷头，材质为ABS，喷头喷口压力要求O，喷头出水的速度达7m/s，采用这一措施不仅可防止喷头结垢堵死，而6~8mH
2
且，由于两喷头对喷造成水撞击打碎形成1~2mm小颗粒，它与空气进行热交换而使淋水达到一定程度的温降，为使海水得到进一步冷却，冷却段下部设置抗高浊度水的聚氯乙烯填料完成温降任务。

（4）考虑到设备停机检修时残留在收水器和填料上的海水蒸发离子结晶析出的情况，因此停机时间过长后再开机时，这些附着在填料，收水器上的永久形离子将无法去除，设计中在收水器上部设置小流量的淡水喷淋系统，设备正常运行时此管系不工作，当设备需要停机检修时，打开此配水系统通入淡水进行喷淋，使残留在收水器和填料上的海水被稀释和带走，保证使用。

（5）收水器，收水器采用PVC材质，片材中的进口碳黑使产品具备了优越的
抗紫外线、抗老化和机械性能。

片与片之间采用专用承插连接件连接，承插件材质为PVC，使其具有良好使用强度和整体刚性，安装维修方便
（6）由于有飘滴的存在，冷却塔风机也需要采取一定的防腐措施，如对减速箱箱体及轮毂进行涂刷特殊的聚氨酯防腐涂料，弹性联轴器采用氟掾胶，叶片的前缘包覆聚氨酯涂料，传动轴考虑采用美国进口的碳纤维传动轴。

（7）紧固件和螺接件，所有连接件均采用抗氯离子的海军铜，以确保螺接件不被腐蚀。

两年备品备件
附：海水循环水的水质处理
一、前言：
近年来，我国沿海地区已经有很多工业企业利用海水代替淡水作为工业冷却水，但冷却方式一直是采用直流供水方式。

这样造成排放的大量热水给近海海域造成了极度的热污染。

因此沿海地区大中型工业企业的冷却水采用海水作补充水，选择带冷却塔的循环冷却水系统，不但避免了向海洋大量排放热水，同时还极大的减少了从海洋取水的数量。

这样海水冷却塔、阻垢缓蚀、杀菌灭藻就成了这一技术成功的关键问题。

二、基础参数：
1．进水温度t1=42℃，t2=32℃
2．浓缩倍数K=2.0
3．系统材质：铜，碳钢
三、海水作冷却介质时系统的障碍危害：
海水中至少有五十几种无机离子存在，是属于高硬度、高氯离子、高硫酸根离子及高溶解固体，常温时属于严重结垢、腐蚀型水质，作循环冷却水系统补充水时，经过循环浓缩2.0倍后，可能产生的化学结垢主要有氢氧化镁、碳酸钙、硫酸钙、硅酸镁等，而浓缩过程中氯离子、硫酸根离子也不断浓缩，也会引起氯
离子、硫酸根离子腐蚀，这样结垢、腐蚀问题更为突出。

以海水作冷却介质时，水中的微生物、海藻、虫类及贝壳类等形成的污垢影响冷却塔淋水填料冷却效果、输水管线畅通、换热设备的换热效果，严重时会填平填料使其坠坏、堵塞输水管线及换热设备造成停产。

四、解决问题的方法：
针对海水作循环冷却水系统补充水时产生的以上问题，为维持冷却塔及整体系统正常运行，国外已有文献报道，并实施的解决这类问题的方法，主要是机械的、物理的及化学的控制方法。

化学方法是在系统中投加阻垢缓蚀剂控制系统结垢、腐蚀；投加含氯或氯――活性溴类杀菌灭藻剂控制水中的微生物、海藻、虫类及贝壳类等滋生。

本文主要对化学方法进行阐述。

工艺选择
1．海水软化工艺。

效果好，投资运行费用适中。

1.1．NaOH软化工艺
原理：2NaOH + Mg2- = Mg（OH）2+ 2Na+
此工艺可去除总硬80%以上，处理每吨海水需1.5kg片碱，约3元，形成的副产品Mg（OH）2可回收利用；此工艺可减轻循环处理的阻垢压力。

1.2．CaO，Na2CO3联合软化工艺
原理：CaO+H2O=Ca（OH）2
Ca（OH）2+ Mg2+ = Mg（OH）2+ Ca2+
Na2CO3 + Ca2+ = CaCO3+ 2Na+
此工艺可去除总硬88%以上，每吨海水约需0.75kgCaO，1.8kgNa2CO3，处理成本每吨约3.5元
以上两软化工艺处理后，循环水还需进行水稳处理，成本约1.0元。

2．直接水稳工艺。

效果可行，运行费用低。

成本约1.0元。

以上工艺都必须对来水进行预处理，即海水净化，包括絮凝，杀菌处理，运行药剂成本约每吨海水0.12元。

以下主要介绍直接水稳法
五、直接水稳法
直接水稳法，就是直接对海水经循环后直接投加水稳剂，以控制结垢，腐蚀，菌藻等问题。

1．配方筛选：
1.1．阻垢试验，试验方法，结果如下表
试验方法：中石化《冷却水分析和试验方法》之401
1.2．缓蚀试验，试验方法，试验结果如下表
试验方法：中石化《冷却水分析和试验方法》之404
1.3．杀菌试验，试验方法，试验结果如下表
试验方法：中石化《冷却水分析和试验方法》之207
注：初始总菌数1.65×107个/mL
1.4．结论：通过试验筛选，我们发现CLP－401A 30mg/L阻垢效果达80%
以上，CLP－401B 60 mg/L 缓蚀效果90%以上
2．配方介绍：
2.1．CLP—401阻垢缓蚀剂简介
2.1.1．阻垢缓蚀机理：
本品是集缓蚀、分散、阻垢性能于一体，其缓蚀机理为在活化后的金属表面形成一层致密的沉淀型保护膜或表面络合物，从而阻止了金属的腐蚀，其阻垢分散机理为复合型药剂中的有效基团与循环冷却水中Ca2+、Mg2+发生螯合,在水垢结生过程中,它能吸附在结晶表面,使之不能正常生成,而发生晶格畸变，从而阻止了传热表面水垢的生成，或者是与Ca2+、Mg2+形成稳定的络合物，从而增加CaCO3等的溶解度，同时药剂能对微小晶粒起到有效的分散作用。

2.1.2．组份及应用：
本品为磺酸共聚物、钼酸盐及铜材质特效缓蚀剂组成，能有效抑制碳钢、铜合金腐蚀的缓蚀剂，按照合理配比，充分发挥其协同效应，其能适用于高硬、高碱结垢型水质，并能适应较宽的水质范围。

通过对化学垢的试验的分析，研究人员针对海水冷却塔可能出现的化学垢采取了很多方法的处理试验。

由于海水中总硬含量很高，为了防止水垢析出，对几种低膦和无磷水质稳定剂进行半动态试验筛选，试验表明在浓缩倍数为2.0时，海水冷却塔的化学垢是可以用CLP－401阻垢缓蚀剂进行有效控制的。

2.2．CLB－506固体活性溴杀菌灭藻剂简介
2.2.1．杀菌灭藻、控制贝类污泥机理：
本品在循环水中，溴离子被次氯酸所氧化而形成次溴酸（HBrO）和次溴酸根（BrO－），将杀生剂体系氯转变成比较活泼的溴，其化学反应式如下：
HClO＋Br－→HBrO－＋Cl－
HBrO←→H－＋BrO－
由HClO 和HBrO分解形成新生态氧的氧化作用，以及释放出的自由的活化氯和活化溴与含氮的物质发生反应形成氯胺和溴胺对微生物细胞代谢的干扰作用。

将表面活性剂加到溴化物盐的混合物中通过提供生物分散活性而能进一步改善效果。

溴和溴化物的分解比氯的品种迅速得多，这对环境的影响将进一步减
至最小，对铜和不锈钢的腐蚀率较低。

2.2.2．组份及应用：
本品主要是以氯－活性溴化物及其添加剂组成。

国外文献报道用氯使溴化物和表面活性剂的混合物活化，杀死成年的贝壳类和中年的亚洲蛤蚌的迅率要快得多，致死的速率随溴/氯比的增加而增加。

它广泛应用于工业循环水，油田注水、污水系统杀菌灭藻。

固体活性溴为广谱高效氧化型杀菌剂，对菌藻尤其是粘泥中的细菌，具有极高的杀菌活性，在对于循环冷却水PH＞8.5时及含氨和氮化物时，杀菌效果远远比常用的杀菌剂要好得多，并且用量仅为氯气时的三分之一。

其杀菌速度快，用量低，杀菌效果显著，并且毒性小、加药十分方便。

与缓蚀阻垢剂、非氧化性杀生剂同时使用不影响药剂、配伍性好。

使用中不产生泡沫，高剂量时，对生物粘泥有较好的剥离作用。

2.3．CLB－507异噻唑啉酮杀菌剂
2.3.1．杀菌灭藻机理：
本品是通过断开细菌和藻类蛋白质的键而起杀生作用的。

它在使用浓度低时，仍能有效的抑制水中的细菌、真菌和藻类的生长。

本品是一种高效、广谱非氧化性杀菌剂。

2.3.1．组份及应用：
主要活性成份含有5-氯-2-甲基异噻唑啉-3-酮和2-甲基-异噻唑啉-3-酮二个异噻唑啉酮的有机化合物。

本品在较宽的pH值范围内都有优良的杀生性能。

本品杀生效率高，活性成分降解性好，低毒、不产生残留物、排放后对环境无害。

本品适用于工业循环冷却水、电力系统、油田注水、造纸、石化系统的杀菌剂。

在碱性水质中杀菌效果更佳。

可与缓蚀阻垢剂、非氧化性杀生剂同时使用不影响药剂、配伍性好。

使用中不产生泡沫，高剂量时，对生物粘泥有较好的剥离作用。

3．系统正常运行处理方案
3.1．系统流程工艺（见图）
系统运行量平衡：
进水：Qm补充水量t/h。

Cm补充水离子浓度mg/L。

出水：Qe蒸发水量t/h，Qb排污水量t/h（包括系统泄漏，飞溅损失等），C循环水离子浓度mg/L。

平衡公式：Qm=Qe+Qb
QmCm=QbC（蒸发水离子浓度忽略）
Qe=Qr
K=C/Cm（浓缩倍数）
Qe=Qb/（K–1）
3.2．处理方案
预处理主要投加CLB-601混凝剂5－15 mg/L和氯气0.5－3 mg/L杀菌剂。

循环水主要采取在加酸控制碱度50-100mg/L，pH 7－8 条件下使用CLP-401A 阻垢剂，CLP-401B 缓蚀剂，CLB-506，CLB-507来控制结垢，腐蚀，菌藻，再配合使用旁路过滤器控制悬浮物<10mg/L，旁滤一般按循环水量的3-5%选用。

3.2.1．CLP－401A阻垢剂投加方法：
按系统总的排污量Qb计算，连续投加20－40mg/L。

投加时用水将CLP—401阻垢缓蚀剂按一定比例稀释，调节好加药泵流量，把药剂加入到水池水流急处而带入系统，以保持平稳浓度
3.2.2．CLP－401B缓蚀剂：同CLP－401A投加方法
3.2.3．CLB－506固体活性溴杀菌灭藻剂投加方法：
按系统总的保有水量V计算，间歇式投加15－25 mg/L，投加频率为夏、秋季节每天一次，其它季节里，每周投加2－3次，具体视系统细菌藻繁殖及粘泥生成情况而定。

投加时先把四周带有蜂窝状小孔的塑料框，放入或挂在循环水流动处，将本品放入框中与水直接接触，让活性溴杀菌剂在1~2小时内慢慢溶解，过30~45分钟后测定余溴（氯），0.3~1.0mg/l , 并连续隔1小时测定2~3次。

3.2.4．CLB－507异噻唑啉酮杀菌剂投加方法：直接将药剂投入到水池湍流处或回水总管。

3.3．运行消耗
3.3.1．折合每吨补充水
CLP-601 0.010kg
Cl20.003kg
H2SO40.1kg
CLP-401A 0.015kg
CLP-401B 0.030kg
CLB-506 0.005kg
CLB-507 0.015kg
约合每吨处理药剂成本1.0元。