纺织企业循环水处理对空压站的影响及对策
时间：2023-03-27 17:05:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
代 兵，郭 杰，史华刚，曹军政，代爱明，唐建东
(新型环保复合面料湖北省重点实验室，湖北 襄阳 441002)
压缩空气的应用遍及石油、化工、冶金、电力、机械、轻工、纺织、汽车制造、电子、食品、医药、生化、国防、科研等多个领域。一般而言，用于生产压缩空气的设备统称为“空压机”。为了便于管理，空压机及后处理设备通常集中装设于空压站房内。空压机集中运行噪声较大，需采用封闭式防噪声设计。但这种封闭式站房运行室温高于敞开式站房运行室温，不宜装设风冷型空压机，宜集中装设水冷型空压机，即利用循环水强制性带走空压机的压缩热，提升压缩效率，保证空压机稳定运行，避免高温停机[1]。
笔者公司目前拥有16台水冷式空压机组，其中14台螺杆式空压机、2台离心式空压机，集中装设且共用1个循环水系统，可实现24 h不间断运行。空压站循环水处理不好易造成水质恶化，导致循环水系统故障，影响系统的散热、传热甚至是设备性能，严重时可能会损坏设备。
空压站的循环水在使用时必须经过细致的处理，才能满足正常使用需求，否则就会带来很多不良影响。
1.1腐蚀。腐蚀会缩短空压机及配套设备的使用寿命，增加维护费用及生产成本，甚至造成空压机报废。同时，还会造成资源和能源浪费，引发灾难性事故，甚至造成环境污染。
1.2结垢。结垢会增加管线输送压力差及电力消耗，降低冷却器传热效率或传热不均，造成空压机普遍高温，增大工厂非计划性停车概率，甚至会造成冷却器或空压机直接报废。同时，还会导致垢下腐蚀，降低缓蚀剂性能。
1.3微生物粘泥。微生物粘泥形成污垢沉积物，降低冷却水的冷却效果，增加能耗并影响正常生产。粘泥聚积在冷却塔填料的表面或填料间，少量粘泥会减少冷却水通道截面积，降低冷却水流量和冷却效果，增加泵压；
大量粘泥将堵塞换热器(冷却器)中冷却水通道，从而使冷却水无法工作。粘泥覆盖在换热器内的金属表面，阻止缓蚀剂与阻垢剂到达金属表面，阻止杀生剂杀灭粘泥中和粘泥下的微生物，使其功效降低，加剧垢下腐蚀。此外，粘泥覆盖在金属表面，形成差异腐蚀电池，加速金属设备腐蚀。
1.4水温变化快。冷却水走管程水温变化快，会增加冷却器管材的热应力，造成管子穿孔或出现裂缝，缩短冷却器使用寿命，严重的会出现冷却水进入气管路或油管路，造成设备故障。
1.5水压不稳定，过小或偏大。循环水压力过小，会造成冷却器进出水温差升高，冷却效果下降，机组高温甚至停机；
循环水压力偏大，会造成电能浪费，冷却器进水压力偏大，进而使冷却器水管破裂，缩短冷却器使用寿命或引发机器故障。
2.1 封闭式防噪声设计
因国家环保对工业企业厂界环境噪声排放有明确规定[2]，而空压机运行噪声较大，故站房采用封闭式防噪声设计，以满足环保需求。
2.2 合理设定站内温度
空压机是以吸入空气后进行压缩而产生压缩空气的设备。空气经压缩后体积变小、压力升高，压缩过程产生的压缩热，大部分被冷却器中的冷却循环水带走，以保证后一级压缩效率或后处理设备的运行需求，少部分压缩热使机器设备温度不断升高，继而热量辐射到周围环境中去，使周围环境温度不断升高。对于封闭式空压站房而言，更是如此。
空压机周边环境温度不断升高，会造成诸多不良影响。如：空压机进气温度不断升高、出口压力和流量均降低、压缩效率不断下降等，进而使循环水温度逐渐上升，导致循环水管及冷却器的腐蚀及结垢倾向加剧，周而复始、恶性循环，最终导致空压机高温停机。
因此，封闭式空压站房应充分满足通风换气需求，保证空压站内温度在合理范围内，一般不超过40 °C。
2.3 合理布局保证通风换气
为实现站内通风换气顺畅，应遵循“站房构建合理、机器布局恰当”的原则。一般而言，封闭式站房高度不低于空压机高度的2倍，机器之间、机器与墙体之间保持不小于2 m的距离，以保证空气流动及合理的维修空间；
在靠近空压机散热风扇排风口高处一侧安装排风扇或通风球将热空气排出，在其对面低处一侧安装冷风机将站外空气冷却后引入空压站内，使站内空气形成低进高出的良性循环，空压站的通风布置见图1。
1—空压机；
2—排风扇；
3—通风球；
4—冷风机。图1 空压站的通风布置
按照上述原则，对公司1号封闭式离心空压站房进行改造，效果对比见表1。
表1 1号封闭式离心空压站房通风改造效果对比 单位：℃
由表1可以看出，空压机封闭式站房经通风换气改造后，站房环境温度、机组排气温度及循环水温度均有明显下降，既能改善机组运行环境，又有利于改善水质。
2.4 优化进气系统
进气系统依次通过自洁式空滤(集中过滤空压机进气)、翅片冷却器(冷却)、导风筒(外敷保温层)连接空压机空滤进气口(见图2)，可以很大程度上降低空压机的进气温度，大幅提升压缩效率，降低机组发热量，进而有效降低循环水温度。
1—空压机；
2—排风扇；
3—通风球；
4—导风筒；
5—翅片冷却器；
6—自洁式空滤；
7—冷风机。图2 空压站进气系统布置
山东德州某棉纺厂采用上述优化空压机进气系统改造后，空压机排气温度下降10 °C～20 °C，电流和循环水温度也有不同程度下降。
综上所述，合理布置和构建空压站房，改善空压站房通风设施、优化空压机进气系统，可以改善空压机运行环境，提升空压机运行效率，降低循环水温度，减少冷却塔负荷及水分蒸发，有利于稳定循环水水质。
3.1 采用软化水处理设备
软化水设备，即降低水硬度的设备，其主要作用是去除水中的钙镁离子，活化水质、杀菌灭藻、防垢除垢等。一般软化水设备(软水器)采用阳离子交换树脂，将水中的Ca2+，Mg2+置换出来，具体过程为：树脂吸收一定量的钙镁离子后，用盐箱中的食盐水冲洗树脂层，当树脂上的硬度离子被置换出来并随再生废液排出罐外，树脂便恢复软化交换功能，此过程周期性循环使水得到软化。这种软化水处理技术发展较快，水处理设备需根据实际情况成套购置，初期投资较大，只需遵循设备使用规程即可稳定控制水质，但循环水仍需定期抽检，以保证水质合规。
冷却循环水采用软化水，可有效减少或防止循环水管路和空压机冷却器结垢、传热不均及垢下腐蚀，保证空压机冷却器换热效率及缓蚀剂性能，有利于稳定水质。
目前，一般工业软化水处理成本约为1.5元/t，具体随设备差异、水质差异等因素而定。
3.2 采用水处理剂
水处理剂是指用于水处理的化学药剂，广泛用于纺织、印染、石油、化工等行业。通过向循环水中添加一定比例的水处理剂，可有效防止水源污染，阻止水垢及微生物粘体形成，控制结垢、减缓腐蚀，达到降低能耗、延长设备使用寿命的目的。
这种加入水处理剂以防止循环水结垢、腐蚀、微生物滋生的水处理技术，属于化学水处理技术的一种，它包括酸洗、清洗、预处理、覆膜、正常投加、杀菌灭藻、循环水定期抽样检验、排垢、根据检验结果调整投药比例、冷却器定期检查腐蚀程度等程序，是当前公认的有效手段。
采用水处理剂控制循环水水质的技术设备，投资少、占用空间小，但需要结合实际情况，专案制定循环水处理方案，采用专业的复合水处理剂和完善的技术服务，持续调整和优化水处理剂用量配比，并定期抽检水样以保证循环水控制合规。
笔者公司空压站一直采用水处理剂控制循环水水质，迄今已有20余年。通过持续调整和优化水处 理剂用量配比，循环水水质主要指标稳定：pH值为7.58～8.37，总硬度(以CaCO3计)的质量分数为158.23 mg/L～254.60 mg/L，即1.59 mmol/L～2.56 mmol/L(以CaO计，8.89 °dH～14.30 °dH)，满足空压机使用需求，且空压机运行参数常年也比较稳定。
3.3 采用循环水控制系统
无论采取哪种方法控制水质，结合自身实际情况，设计并使用空压站循环水控制系统都必不可少，它能够与空压站值班人员的巡检工作形成有效互补，更利于水质的监测与调控。
笔者公司自行研发的“一种空压站循环水监控系统”实用新型专利[3]，通过小型计量泵(简称“药泵”)自动按量投加循环水处理剂(如阻垢缓蚀剂等)；
通过浮球阀控制水池水位；
通过水位传感器+测控仪表监测水池水位；
通过pH值传感器、水硬度传感器+测控仪表监测循环水pH值和循环水硬度；
通过压力传感器+测控仪表监测循环水水压；
通过在循环水管路关键部位安装水位传感器+测控仪表监测水温；
通过在外排水管路上安装电磁排水阀，由循环水温测控仪表、循环水硬度测控仪表发出控制信号控制电磁排水阀开关，从而控制外排水量、循环水处理剂的投放量、冷却塔的开停数量，以此控制冷却循环水的水温和水质，使其达到使用要求。应用该系统，使空压机循环水系统的关键信息能够得到直观、有效、及时的监控，便于值班人员及时做出调整，保证水质稳定。
结合空压站自身特点，除进行有利于循环水良性控制的各项改进外，还要利用这些改进措施管控循环水系统的各项要素，从而使循环水系统持续有效运行。建立切合实际的空压站循环水管理规程，其内容必须涵盖循环水系统的各项要素，且要易于理解、尽可能指标化，保证可操作性强等。笔者公司根据自身特点制订循环水管理规程并不断完善，在实际使用过程中取得了良好效果。该规程涵盖循环水要素如下。
a) 循环水水压保持为0.25 MPa～0.40 MPa。水压低时依次检查水泵运行情况、水泵出水单向阀、水泵出水闸阀、备机进水阀门、外排水阀门、冷却塔阀门以及循环水管路有无破损、压力表及传感器是否工作正常；
水压高时依次检查空压机进水滤网、空压机冷却器、冷却塔阀门、压力表及传感器是否工作正常。
b) 循环水温度，5～9月份为32 ℃～33 ℃，其余时间为28 ℃～30 ℃。水温低时依次检查水池补水阀、冷却塔、外排水阀、温度计及水温传感器运行状况；
水温高时依次检查水池补水阀、冷却塔、外排水阀、室外湿球温度、温度计、水温传感器及机组运行状况。
c) 循环水pH值保持为6.5～8.5。pH值低是投药量增加导致，依次检查投药量(投药记录)、药泵运行情况、pH计(和精密pH试纸测量结果进行比对)；
pH值高是排水量少导致，依次检查排水闸阀、排水电磁阀。
d) 循环水硬度，以CaCO3计，6～9月份保持在1.79mmol/L(10°dH)以下，其余月份保持在2.51 mmol/L(14 °dH)以下。硬度高一般是由排水量少导致，依次检查排水闸阀、排水电磁阀、硬度计(与送检结果比对)运行状况。
e) 当pH值及硬度偏离控制指标且无回好迹象，需立即汇报，由管理人员统筹处理并及时送检补水及循环水水样，并与合作水处理剂厂家共同寻求解决办法，使循环水质尽快合规。
f) 根据上述各项要素制定《空压站循环水抄表记录》，或将上述各项要素整合进《空压机巡检记录》。定时记录循环水各项要素数据，便于值班人员及时掌握循环水各项数据，及时做出检查和调控；
同时也便于管理人员追溯和分析空压机循环水各要素数据变化趋势及关联，从而逐步细化各种调控措施，掌握最佳投药量。
对水冷型空压机站而言，循环水水质处理对空压机的正常运行、正常供气及生产车间用气设备生产效率的稳定至关重要。改善循环水水质可从几方面入手：合理构建和布置空压站房循环水系统；
改善空压站房通风设施、优化空压机进气系统和循环水系统；
采用软化水处理设备和水处理剂；
设计并使用循环水自控系统；
制定规范的循环水管理规程并使之持续有效运行，将循环水处理控制在一个较为理想的状态，使循环水处理有效保障空压机稳定运行。
