高压静电水处理设备在氯碱行业中的应用
摘 要： 氯碱行业目前普遍采用加药的方法进行水处理，本文就新型水处理设备高压静电水处理器在氯碱厂（浙江巨化股份有限公司电化厂）循环水装置中的应用进行了探索，并将应用情况进行了效果验证。
关键词：水处理；高压静电水处理器；氯碱行业
氯碱企业生产中，存在各种各样的化学反应过程以及相变降温过程，放热的化学反应或相变降温过程需要用冷却介质将热量移走，以保证反应进程或相变完成，冷却介质一般选用清洁易得且比热容大的水，故氯碱企业设置了大量的循环水装置。
为降温需要，公用工程中设置有冷冻站，为其配套的循环水装置是氯碱企业最普遍的循环水装置，水循环量从根据制冷规模大小不等。
一、冷冻站循环水装置情况介绍
电化厂某车间冷冻装置为氨制冷系统，循环水装置水循环量为1200m3/h。系统中使用循环水的设备为氨冷凝器，其作用是用循环冷却水将气氨冷凝为液氨。吸收气氨热量的冷却水经凉水塔降温回到水池，通过循环水泵加压，冷却水进入氨冷凝器与气氨进行热交换，如此循环往复。如图所示：
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因氨冷凝器总换热面积是定值，气氨系统的压力及气氨的液化量主要与循环水温及循环水量有关，对运行一定时间后的氨冷凝器，因设备结垢，换热效果变差，在负荷不变或增加的情况下，为保证气氨系统的压力及气氨的液化量，需增加循环水量或降低循环水温度。特别是夏季，气温高，凉水塔降温能力有限，通过增加循环水量仍不能满足生产要求，只能通过直接补充低温新鲜水来降低氨系统压力、保证气氨液化量，保证制冷效率。
07年冷冻新鲜水消耗情况如下表所示：单位：吨
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1 月
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2月
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3月
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4月
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5月
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6月
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7月
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8月
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9月
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10月
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11月
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12月
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10260
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8266
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11584
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11128
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16908
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35424
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103570
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77036
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34838
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37914
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62235
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19216
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从表中可以看出，正常情况下每月的新鲜水量消耗为1万吨左右，主要消耗为冷冻岗位机泵直接消耗以及凉水塔蒸发补水。气温较高时增开机泵，同时凉水塔蒸发量增加，此时水量增加至3.5万左右。高温季节时，直接补充温度较低的新鲜水，并直排高温回水，气温最高的7月份，1个月就消耗了10万多吨新鲜水。
因排水量大，所以在水处理上若进行化学加药会造成大量药剂成份流失，同时排入水体会造成污染。既造成水处理失效又造成环境污染，得不偿失。故需寻求新型有效的水处理方法。经调研了解，与有关厂家进行了接触，将高压静电水处理器作为氨制冷系统循环水装置的水处理方案，于07年9月初完成安装并投入使用。
二、高压静电水处理器的组成及原理
1、组成结构
高压静电水处理器是一种水处理设备，主要由探头和电控箱组成。电控箱将380V的交流电变换为18000V以上的直流电，使插入水中的探头周围产生一个高压静电场，以维持对水的持续处理。
2、阻垢原理
按照水分子具有极性的特性，自然状态下的水分子是无序排列的，但在高压静电场中，水分子发生有规则的排列。利用这一原理和设备，可将水体中的阳离子（Ca2+、Mg2+）、阴离子（ Cl-和SO42-）包围起来，阻止其化学反应的发生，并且在水分子和设备间形成电位差，束缚离子向设备聚集的能力，起到阻止结垢的作用。
3、除垢原理
在高压静电场中水垢分子间的电子结合力被破坏，改变了其晶体结构，促使其疏松，并加大水分子的偶极距，增强与盐类分子的水合能力，使水垢逐渐剥蚀、脱落。
4、防腐蚀原理
在高压静电场的作用下，水体中还能生成一定量的臭氧（O3），臭氧具有很强的氧化能力，能在设备内壁生成Fe3O4致密保护膜，起到保护层作用，延缓设备的腐蚀。
5、高压静电水处理器的杀菌原理
在高压静电场的作用下，水体生成的臭氧还具有很强的杀灭微生物的作用，能迅速杀灭微生物，高压静电场还改变了水中衍生的细菌和藻类的生物场，抑制其代谢，在这些综合作用下，能迅速有效地杀灭水体中的微生物。
三、应用效果
1、在每年大修氨冷凝器拆开检查时，水侧管程结垢严重，特别是实施两年一次大修后，结垢更严重，须请专业清洗公司进行清洗。如类似氨冷凝器的一台换热设备运行5个月不到时管板照片如下图所示：
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而安装了高压静电处理器两个后，07年10月底氨冷凝器检查发现管程无明显结垢，且管板光洁。如下图刚拆下封头时的情况：
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2、氨冷凝器进出水温差：
查历史数据，投用前进出氨冷凝器冷却水温差在4~5℃。投用后温差在5~8℃。
3、水耗比较：
07年7月份消耗水量为103570吨，08年为35859吨，同比下降了67711吨。
四、效益评价
从设备结垢情况来看，高压静电水处理器除垢效果明显，运行数据上也显示提高了设备的换热效率。
1、使用高压静电水处理器后， 氨冷凝器的换热冷却水进出口温差逐渐从4℃左右上升至7℃左右，液氨冷凝温度降低1℃左右，按每下降1℃，冰机耗电量下降3.1﹪计算，氨系统冰机全年用电量为640万kwh，电价按0.45元kwh计，年可节约电费：640×3.1﹪×0.45=8.9（万元/年）
2、使用高压静电水处理器后，在高温季节，氨循环水系统至少可以节约用水10万吨左右，按水价0.75元/吨计，年可节约费用10×0.75=7.5（万元/年）
3、使用高压静电水处理器后，可年节约氨冷凝器的清洗费用，按每台每年1万元计，共3台，可节约清洗费3万元/年。
4、高压静电水处理器运行费用为每小时耗电40W，年运行费用极低，可忽略不计。
五、结论
高压静电水处理器在循环水的装置上安装使用后阻垢、除垢效果明显，有效提高了设备的换热效果，节约了大量水资源，又不产生污染排放物，同时设备属免维护型，不需类似加药装置一样配备加药泵及贮槽等，仅消耗清洁的电能，运行成本管理成本低（单台耗电10瓦，无需专人管理），达到节能减排的目的，相比较加药装置无水体环境污染问题，值得在化工行业特别是氯碱行业中推广使用。
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