工业循环冷却水处理设计规范1

《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007说明1．新版国标《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007规范修订的背景、意义及其特点1.1我国《标准化法实施条例》规定：“标准实施后，制定标准的部门应按科学技术的发展和经济建设的需要适时进行复审，标准复审周期一般不超过五年”。我们这本《工业循环冷却水处理规范》第一版是GBJ80-83，第二版，也就是现行版GB50050-95，发布至今已达12年之久，远远超过了标准化的规定，所以要进行修订。1.2循环冷却水处理技术的发展我国循环冷却水处理药剂及技术虽然起步较晚，但紧跟国外的发展趋势，并结合国情进行研究开发和推广应用，具有起点高、发展快的特点。在消化吸收的基础上，先后开发出HEDP、ATMP、EDTMP、PAA、DDM（G4）、聚马、马丙、聚季铵盐。瞄准具有70年代水平的聚磷酸盐/膦酸盐/聚合物/杂环化合物的循环冷却水处理“磷系复合配方”，进行研究开发，填补了国内空白，满足了大化肥循环冷却水处理药剂国产化的要求。80年代，随着石油装置和大型冶金装置的引进，对栗田、NalcoDrew、片山等国外著名公司的循环水处理剂及冷却水处理技术进行消化吸收。一大批新的循环水处理剂配方相继开发成功，使我国的循环冷却水处理技术又取得了重要进展，在磷系复合配方的基础上，开发出“磷系碱性水处理配方”、“全有机水处理配方”、“钼系水处理配方”和“硅系水处理配方”。实现了循环冷却水在自然平衡pH条件下的碱性条件下运行，这类水处理配方除具有“磷系复合配方”的优点外，还避免了加酸操作带来的失误，深受用户的欢迎。90年代以来，随着水处理技术的进一步提高，国内水处理剂及技术开始出口。同时新型膦酸盐、新型水处理杀生剂的不断开发成功，水处理药剂的前沿研究与国外水平基本接近。“全有机水处理剂配方”应用比重不断提高，与此同时，低磷、无磷、无金属水处理配方不断推向市场。我国的循环冷却水处理是20世纪70年代后期从国外引进磷系配方开始的，至今已取得了巨大的进步，说明我国的水处理药剂应用水平不低，表1为我国循环冷却水处理配方发展过程。表1我国循环冷却水处理配方发展年代配方1975~1979聚磷酸盐/膦酸盐/聚丙烯酸(用酸调pH)聚磷酸盐/膦酸盐/锌/聚丙烯酸(用酸调pH)1980~1985多元醇磷酸酯/锌/磺化木质素(用酸调pH)1980～1985膦酸盐/聚合物或共聚物(碱性处理)硅酸盐或钼酸盐配方1986~1992磷酸盐/二元、三元共聚物全有机配方,系统可连续运行1～2年1993新型膦酸盐及新型共聚物开始进入市场,碱性处理比重在提高!--[if!supportLists]--1998!--[endif]--开始开发无磷无金属配方目前循环冷却水处理已经在我国各个行业的循环水系统中得到应用。不论是国产装置还是引进装置，其使用的循环冷却水药剂绝大部分已经国产化，我们已经有能力解决各种条件苛刻的冷却水系统中所遇到的腐蚀、结垢、生物粘泥等问题。从90年代开始，我国在循环冷却水处理监控技术开发方面也开展了一些工作，如示踪和远程控制技术已取得初步成果，冷却水系统成垢过程专家系统已开发成功。但在这些方面我们也有较大差距，循环冷却水系统的计算机控制、自动化管理等方面没有投入很大的开发力量，影响了水处理应用技术水平的提高。我国循环冷却水处理技术在某些方面具有较高水平，如我国的膦酸盐类水处理剂的质量已明显提高，接近或达到了国际先进水平，因此已开始大量出口。然而就总体而言，与国际先进水平的差距仍很明显：重点是水处理管理水平和控制水平。现行《工业循环冷却水处理规范》GB50050-95，其中一些数据均是以聚磷、聚合物水处理配方为基础制定的，实际上至2000年水处理配方已发展至全有机配方：新型膦酸盐及新型共聚物，无磷，无金属水处理配方也开始出现，这些新型水处理配方与管理的科学化，控制的自动化相结合，使得水处理效果明显提高，水质适用范围更加宽泛，所有这一些水处理技术上进步在现有规范中没有得到反映，因此循环水处理技术发展的形势也要求对现有《工业循环冷却水处理规范》进行修订。1.3我国供水现状也要求对现行《工业循环冷却水处理规范》进行修订a我国用水现状我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源占有量约为2200m3，不足世界平均水平的四分之一，随着我国经济建设的迅速发展，水资源短缺的问题日益显现，我国正常年份缺水量约400亿m3，已经严重制约了我国经济建设的发展。缺水不仅影响经济建设，而且还威胁到人们的生活甚至生命安全，比如四川、内蒙古等地，均出现过因干旱而发生人、畜饮水危机。面对这样的严重局面，节水不仅是水处理工作者的任务，而且也是全社会紧迫的任务。水资源的欠缺和用水效率不高是导致目前供水不足的主要原因，自然条件无法改变，但是在用水效率方面，我国和发达国家还有很大差距，我国万元GDP用水量是世界平均水平的4倍左右，工业万元增加值取水量是发达国家的5~10倍，我国灌溉水利用率仅为43％，为世界先进水平的二分之一，由此可见，无论是工业还是农业节水潜力还是很大的。b全民节水节水是全民的义务，哪个人不用水，哪个行业不需要水，因此，节水不只是水行业的任务，而且是所有行业和全体公民的共同任务。至2003年，我国总用水量约5300亿m3，其中农业3430亿m3，（约占64.5％），工业1170亿m3（约占22％），生活630亿m3（约占12％）。农业节水：喷灌、滴灌；生活节水：节水龙头，厕所水箱。工业节水：首先是生产工艺的改革，充分利用生产过程中产生的废热，采用不用水的工艺（空冷）等。请看这一现象，钢铁、石化、电力、石油、纺织、化工等行业的生产厂，无不冷却塔林立，大量的热量通过冷却塔散发到大气之中，这不仅是能量的浪费，也是水资源的极大浪费。对于冷却塔所蕴藏的巨大能量，很值得进行研究、挖潜。以全国循环水量4亿m3/h，冷却降温Δt=10℃计算，损失的热量为4×1012千卡/h，折合标准煤为0.57×106吨煤/h，天然气0.47×106米3/h，这仅是一小时的热量损失。按年8000h计算，折合为45.6亿吨煤，约40亿m3天然气，是我国煤的年产量2.4亿吨的19倍，多么巨大的能源浪费。可见节能、节水是有巨大潜力。其次是水行业的节水，在工业用水中的70～80％是循环水的补充水，可见循环水在工业节水中的重要作用。目前生产工艺还做不到热能的全部利用，也就是说冷却塔还需继续存在，循环水还得继续使用，那么循环水节水效益到底有多大呢？循环冷却水的节水作用，对比直流冷却水而言是非常巨大的。上个世纪五十~六十年代，国家工业建设刚刚起步，工业用水量很少，相对来说水资源是丰富的，因此很多工厂企业都采用直流冷却水，既简便又省钱。但是随着工业建设的发展，水资源逐渐紧张，迫使工厂企业不得不采用循环冷却水。采用这一措施到底能节省多少水呢？以10000m3/h的直流冷却水为例，改用循环冷却水，温降10℃，浓缩倍数N为3，只需240m3/h，若N=5，则需200m3/h，可见节水的巨大成果。同时从上面的数据也可以得出这样一个结论，循环冷却水系统本身的节水取决于浓缩倍数的高低产。因此在工业用水中节水的最有效措施，就是采用循环水，高浓缩倍数。最初人们的想法比较简单，以为把水循环起来，温升降下来即可，但是问题远非这么简单，循环水在运行过程中产生一系列问题，如果不能很好的解决，则循环水根本无法运行。例子很多，如北京化工厂（结垢），栖霞山化肥厂（生物泛滥）。归结起来，循环水运行过程中所产生的主要问题如下：a水垢由于循环冷却水在冷却过程中不断地蒸发，使水中含盐浓度不断增高，超过某些盐类的溶解度而沉淀。常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质地比较致密，可以防止对金属面的腐蚀，但是却大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了17.9％。b污垢污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀。c腐蚀循环冷却水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间即使设备报废。d微生物的孳生因为循环冷却水中有充足的氧气、合适的温度及丰富的营养，很适合微生物的生长繁殖，如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑，大量黏垢沉积，设备腐蚀加剧。因此循环冷却水处理的关键即是控制微生物的繁殖。面对上述这些问题，人们在生产实践中，不断的总结、探索和研究，掌握了治理这些危害的方法和技术，从而保证了循环冷却水系统的稳定运行，也保证了企业生产活动的安全、高效、持久的运行。“工业循环冷却水处理设计规范”就是把人们长期积累的实践经约和科研成果，经过高度概括与浓缩，以规范形式呈现出来，其目的是为生产、建设、科研、设计和施工服务，为它们提供依据。1.4《工业循环冷却水处理规范》GB50050-2007版的特点规范修订版以及前两版，其主要特点就是以节水为目的，随着国家经济建设的发展，修订版的节水措施突破了原有的框框，增加以再生水（处理后的污水）为补充水的内容，为节水减排，保护环境创造了新的条件，同时修订版还增加了直冷开式循环冷却水的内容，即通常称谓的浊环水系统，扩大了规范的覆盖面。涵盖了以淡水为补充水的全部循环冷却水系统。海水作补充水的循环水系统，限于技术成熟程度，此次未曾纳入，随着技术的不断完善，也将陆续收入到规范中。此次《工业循环冷却水处理规范》修订是一次全面修订，修订内容很多，将在后面详细介绍。2.当前工业循环冷却水处理设计现状、存在问题以及解决措施2.1循环冷却水处理设计现状过去循环冷却水是以设计为主体，从收集循环冷却水系统资料起至水系统设计，设备订货，现场施工，调试开车，设计单位全部参与，但是随着改革开放社会主义市场经济的建立，以设计负全责的模式发生了很大的改变。现在是业主——设计——水处理公司三位一体的建设模式，即由业主通过招标的方式选择水处理公司，而后设计单位再根据水处理公司提供的水处理方案进行设计。因为水处理公司是专业公司，掌握循环冷却水处理技术和积累了丰富的经验，因此，更能有效的保证水处理效果。2.2存在问题由于循环冷却水处理设计是三方参与，必然会因为三方的立场、观点不同而对问题的处理产生分歧，因此常常发生设计条件的反复修改，出现问题屡议不决，严重影响了工程进度和工程设计质量。下面我把《工业循环冷却水处理规范》修订过程中牵涉到的一些技术问题，简要介绍如下：a循环水补充水水质条件通常，设计单位对业主提供的水质资料，以阴阳离子的毫克当量平衡来校核其准确性，当分析误差≤2％则合格。而当前国际单位中没有毫克当量这个单位，而是制定了以摩尔为单位。什么是摩尔？摩尔（mol）表示一个系统的物质的量，该系统所包含的基本单元数与0.012kg碳-12（12C）的原子数相等。在使用摩尔时，必须指明基本单元，它可以是分子，原子、离子以及其它基本单位，或这些单位的特定组合。已知1个C原子的质量是1.993×10-26kg，所以1mol12C所含的碳原子数目为：因为任何一个克原子、分子、离子、电子基本单元都包含6.02×1023个基本单位，这个数即称为阿佛加德罗常数。换句话说，某物质所含有的基本单元数为阿佛加德罗常数的多少倍，即是多少摩尔n，n可由下式计算：对这一问题，所以要详细的介绍，原因是在这个单位上有许多错误观点。a业主提供的水质分析资料，有一些是以物质（离子）的摩尔量来平衡，这是错的，应当以物质（阴阳离子）所携带的电荷量来平衡。b含磷排水的处理由于目前循环冷却水处理配方中，绝大多数均含有一定数量的磷组分，因此循环冷却水系统排污水的磷含量超标，导致江河湖海富营养化，赤潮、蓝藻大量孽生，严重破坏了生态环境，后果是非常可怕的。虽然现行《工业循环冷却水处理规范》中对排水水质指标作出了严格规定，但是现实的循环冷却水系统无一进行处理，其中主要问题是经济问题，技术上不存在问题。那么如何来算经济帐，这就要求