臭氧发生器循环冷却水系统改造案例

近年来，桐乡市果园桥水厂原水的受污染程度日趋严重，针对日益恶化的原水水质，采用深度处理已成为提高出厂水水质的必要手段，臭氧活性炭工艺就是其中最有效的手段之一。果园桥水厂臭氧活性炭深度处理工程于2003年5月投入运行，是国内较早采用该工艺的水厂之一。臭氧系统采用具有国际领先水平的德国WEDECO和瑞士OZONIA臭氧发生器，以液态氧为气源，通过高压放电制取臭氧。

共设3组臭氧发生器，其中型号为CFL-10的2台，产量为6kg/h，输出功率为76kW，质量分数为7%时单台最大臭氧产量为10kg/h；型号为SMO750的1台，产量为10kg/h，输出功率为124kW，质量分数为7%时单台最大臭氧产量为15kg/h，采用直流冷却水方式对放电管及其电气元件进行冷却。

1　存在的问题

臭氧发生器是深度处理工艺的关键设备，关系到整个水厂能否安全、稳定和经济的运行。运行三年多来，冷却水系统暴露出不少问题，对臭氧发生器产生了严重的影响，主要体现在以下两个方面:

①　压力稍有波动，容易引起设备跳闸系统冷却水采用出厂水，当发生供水压力异常降低(如管网爆管)或送水泵异常停泵时，臭氧发生器经常出现跳闸现象，特别是在夏季，冷却水水温较高，冷却效果较差，轻微或短时的压力波动就能引起设备跳闸。因此，保持稳定、符合要求的冷却水压力显得尤为重要。

②　管道结垢，设备腐蚀

考虑到管道材质对水质的影响，在车间外采用球墨铸铁管、车间内采用PPR管，但在运行期间仍然发现由于微生物的危害，造成设备及管道大量结垢，甚至不锈钢材质被腐蚀。冷却水中常见的微生物主要有藻类、细菌和真菌三大类。由于水温和pH值均适合大多数微生物的生长，随着冷却水不断流过，带来所需的营养基质，促使微生物迅速繁殖，再加上各种无机离子和有机物质的浓缩、灰尘杂质的进入以及设备结构和材料等多种因素的综合作用，会产生严重的沉积物附着、设备腐蚀和微生物大量孳生。微生物在系统内的繁殖生长，不仅使水质变差，而且还会与其他有机或无机杂质形成粘垢附着在系统管道上，增加水流阻力，严重降低系统的传热效率，加速设备及管道的腐蚀，从而威胁和破坏水厂长期、安全、高效的运行。

根据以上情况分析，应该将冷却水系统的安全稳定性放在第一位考虑，必须对系统进行彻底改造，以满足生产的要求。

2　改造方案

根据臭氧发生器的运行特点及要求，特别是考虑到第二种问题的存在，否定了直接在冷却水系统前增加管道泵进行增压的方案，根据设备厂家提供的水压、水量、水质、水温等运行参数重新对整套系统进行了设计。将原直流冷却水改为循环冷却水方式，通过热交换方式对设备进行冷却整个循环冷却水系统包括不锈钢板式换热器、不锈钢管道泵等设备。系统分为外循环与内循环两部分，外循环采用出厂水作为介质，介质由厂内自用水管经板式换热器流回至二次提升泵房吸水井，通过深度处理对介质进行二次处理;内循环采用蒸馏水作为介质，在臭氧发生器、循环水泵及板式换热器之间形成闭路循环。内、外循环通过板式换热器发生热量交换，以温度较低的外循环水冷却温度较高的内循环水。

在板式换热器和循环水泵进口阀门前安装了不锈钢过滤器，主要作用是防止粗颗粒进入冷却水系统。在循环水泵负压侧设置一补水箱，补充冷却水由于蒸发、渗漏及采样造成的损失。考虑到注入冷却水时需排出系统内的气体，在内、外循环管路的最高端均安装了排气阀。在内、外循环管路的最低端还安装了排水阀以便更换冷却水或设备检修时排净系统内积水。仪表的设置以简单、实用为原则，同时也采用了一些先进可靠并已在生产实践中得到成功运用的监测控制仪表。外循环进水管路上安装有压力表、温度计，出水管路上安装有温度计;内循环进水管路(相对于板式换热器而言)上安装有压力表、PT100温度传感器，出水管路上安装有压力表、温度计。整套系统除补水箱上留有一小孔与外界连通以避免箱内形成真空外，全部密闭，以避免灰尘杂质进入系统内部。

系统设置2台管道泵作为循环水泵，1用1备。根据臭氧发生器对冷却水的要求，选定的流量为45m3/h，扬程为300kPa，功率为7.5kW。板式换热器选型时，根据臭氧发生器投入运行至今最不利工况时的测量温度再考虑适当的余地。选择内循环温度T1=37℃，T2=40℃，ΔT=3℃;外循环温度T1=35℃，T2=38℃，ΔT=3℃，根据选定的循环温度，选用板式换热器的板片总数为57片，换热面积为14.85m2，热交换量为565.74MJ/h，板片的传热系数高达19047kJ/(m2·h·℃)，换热器的水头损失为20kPa。

3　运行情况及改造效果

改造于2006年4月初开始，4月底完成。完成后随即进行了整套系统的调试，先用自来水对内、外循环的管道及设备进行冲洗，特别是内循环管路在循环水泵大流量的冲刷下，大量原先积存在臭氧发生器内的沉积物被冲出。第一轮冲洗完成后随即进行第二轮冲洗，将纯净水经补水箱注入内循环管道中，臭氧发生器冷却系统出水经循环水泵、板式换热器重新进入该系统，在循环水泵作用下循环使用。每7～14d将内循环水予以更换，更换时水质情况见表1，第二轮冲洗结束后，内循环水质已达到了设备要求，将内循环水更换为蒸馏水投入运行。

表1　内循环水质

运行期间室外气温最高为39℃，外循环进水水温为29℃，出水水温为29.5℃;内循环热交换前水温为31.5℃，热交换后水温为29.5℃，在最高气温时热交换后的水温也满足设备的要求。外循环进水压力为0.26MPa(出厂水压为0.35MPa)，在循环水泵作用下冷却水进入臭氧发生器时的水压为0.22MPa，满足设备要求冷却水压力>0.2MPa的要求。运行三个多月以后适逢夏季高温，臭氧发生器运行正常，未发生一起因冷却水原因产生的跳闸现象。

运行时由于气温较高，外循环阀门处于全开状态，而在其他季节可根据内循环水温适当减少外循环水量，节省运行成本。

4　结语

三个多月的运行情况表明，新的循环冷却水系统工作稳定，运行安全可靠，降低了臭氧发生器的故障率，因此该循环冷却水系统的改造是成功的。