3D-TRASAR技术在造纸企业的应用
3D-TRASAR技术在广东理文电站强腐蚀性水质中的应用
邹大勇，陈学堆
(广东理文造纸有限公司热电站，广东东莞523160
纳尔科工业服务（苏州）有限公司，广东广州510240)
摘要：对3D-TRASAR自动控制系统的特点及水处理方案作了详细介绍。冬/春季由于海水倒灌的原因，河水电导率达10000us/cm，河水需经反渗透膜淡化后才能使用，其水资源极其紧张，因此通过提高循环冷却水系统浓缩倍数来达到节水目的；另外，河水经淡化后的钙硬度与碱度很低，腐蚀性很强，通过应用
3D-TRASAR自动控制系统及选用PSO缓蚀剂成功控制冷却水系统的腐蚀问题。通过分析广东理文造纸有限公司热电站使用3D-TRASAR技术后的运行效果发现，循环冷却水系统无论在使用RO水，还是直接使用河水作补充水，冷却水系统的浓缩倍数及腐蚀率均能控制在良好的水平。最后，对其进行了经济效益分析，结果表明，使用3D-TRASAR技术可以减少排污量，全年可节省水费56.5万元，可节省RO设备投资105万元。因此，具有一定的使用价值。
关键词：3D-TRASAR自动控制系统；循环冷却水；节水；高浓缩倍数；强腐蚀性水质Application of 3D-TRASAR Technology for High Corrosive Water in
Guangdong Lee and Man Power Station
Zou Dayong，Chen Xuedui
(Guangdong Lee & Man Paper Mfg.Co.Ltd，Guangdong Dongguan 523160，China
Nalco Industrial Services（Su Zhou）Co.Ltd，Guangdong Guangzhou 510240，China) Abstract:Water resource is scare at the Power Station of Guangdong Lee and Man Paper Manufacturing Company. Because of seawater inwelling, conductivity of the river water collected at the company reaches 10,000 us/cm, and has to reject salt by reverse osmosis. To save water consumption, thus reduce the burden of water resources scarcity, we increase the concentration ratio of the cooling water system. Moreover, treatment by reverse osmosis makes the calcium hardness and alkalinity of the treated water low, and the corrosion high. By using 3D-TRASAR automatic control system and addition of PSO corrosion inhibiting agent, we successfully control the corrosion in the cooling water system.This thesis describes in detail the characteristic of the 3D-TRASAR automatic control system and the water treatment program.
Key words:3D-TRASAR automatic control system; Circulating cooling water; Water-saving; High cycles of concentration; high corrosive water
1 前言
广东理文电站循环冷却水处理系统主要供汽轮机冷凝器、冷油器、空冷器等设备作冷却使用，系统主要技术参数如下：冷却水系统循环水量9000m3/h；蒸发水量75m3/h；供水压力0.30~0.40MPa；回水压力0.20～0.25MPa；温差5~7℃；系统保有水量2600m3。电站位于东莞市洪梅镇，每年10月份至下年的3月份，由于海水倒灌的原因，河水电导率达10000us/cm 左右，无法作为循环冷却水的补充水，河水需经过反渗透膜淡化后（RO水）才能作为冷却水系统的补充水，所以其水资源非常紧张。因此提高冷却水系统的浓缩倍数、减少排污量成为当前非常重要的工作。使用RO水作为冷却水补充水的特点是：补充水中硬度低，碱度低，属低硬度低碱度强腐蚀型水质，使用RO水作补充水的循环冷却水系统，经过自然循环浓缩后，其pH值最低可降至5.5左右，腐蚀性极强。因此，如何很好地控制冷却水对换热器及碳钢管道等的腐蚀也是对当前冷却水处理的一个严峻的挑战。补充水水质具体数据见表1（2006年2月~2007年1月）。应用3D-TRASAR自动控制系统[1，2]的目标为：（1)节水。
通过3D-TRASAR自动控制系统，提高冷却水系统的浓缩倍数至8~10倍以上达到公司节水目标。（2)解决低硬度低碱度强腐蚀性水质的腐蚀问题。
表1 补充水的钙硬度、碱度等指标
注：2006年2月至3月，06年10月至07年1月为河水经RO系统淡化后的水质数据；
2006年4月至9月，为河水经絮凝沉淀后直接作冷却水系统补充水的数据；
2水处理方案应用
广东理文电站冷却水系统装置的设计中采用了美国Nalco公司最先进的3D-TRASAR自动控制和监测系统，该系统主要包括：TRASAR监测与控制技术、Tag-Polymer监测与控制技术、在线微生物监测和控制系统、在线腐蚀率监测系统、在线pH值计和电导仪、TRENDCHECK数据统计软件。其核心技术是TRASAR技术和微生物监测和控制技术。
冷却水系统主要需解决如下几个问题：提高浓缩倍数、腐蚀控制、结垢控制。广东理文电站冷却水系统通过如下三个方面的控制来实现：
(1)节水控制。节约用水是通过提高冷却水系统的浓缩倍数，减少排污量来实现。Nalco 公司3D-TRASAR设备内含电导率自动监控仪，通过检测补充水电导率，并在3D-TRASAR上将排污点设定在高浓缩倍数的电导率范围（如2500us/cm),3D-TRASAR就能自动控制冷却水系统排污，控制冷却水系统在高浓缩倍数下运行。
(2)3D-Trasar对腐蚀的控制。3D-Trasar采用了先进的多功能磷缓蚀剂-PSO．它是一种有机磷衍生物(专利技术)，提供双功能保护，既能有效的抑制阴极腐蚀，又能很好的抑制碳酸钙垢。它可以代替锌盐和钼酸盐，降低重金属，而且含磷量又低，是环保型产品。将标记荧光物附于含PSO产品的缓蚀剂中并加入冷却水，3D-Trasar会每6秒检测其浓度，当系统应力出现波动，或有腐蚀倾向时，缓蚀剂的消耗就会增加，若水中缓蚀剂低于设定浓度，则自动启动加药泵及时补充，确保腐蚀受控。
(3)3D-Trasar对结垢沉积的控制。3D-Trasar 使用新型“标记”型高应力分散剂聚合物(HSP)进行垢、沉积物的控制。荧光标记物附在聚合物分子上，类似商品的条形码。3D-Trasar 控制器每6秒进行扫描。报告聚合物的浓度情况，当系统条件改变，应力出现波动时，对聚合物的消耗也会出现波动。这时控制器件调节聚合物投加量以适应系统的变化，从而确保结垢沉积问题受控。
(4)3D-Trasar对微生物的控制。3D-Trasar是以监测微生物的活性，据此来控制杀生剂的加入。在冷却水中加入生物荧光示踪剂，示踪剂与微生物发生酶化反应，此反应使示踪剂荧光信号发生变化，3D-Trasar对示踪剂变化差值进行测量，以此判断系统中微生物活性，从而调节杀生剂的投加量。
3D-TRASAR自动控制系统同时还具有自动报警及通过互联网远程控制功能，在此不作详细介绍。冷却水系统及控制加药设备如图1所示。
图1 冷却水系统及控制加药设备示意图
3应用效果
从2006年2月份正式使用NALCO公司的3D-TRASAR自动控制系统监控循环冷却水系统的运行，循环冷却水系统无论在使用RO水，还是直接使用河水作补充水，冷却水系统的浓缩倍数及腐蚀率均能控制在良好的水平。
3.1 浓缩倍数控制情况
从实际的运行数据来看，在冬季使用RO水作补充水期间，冷却水系统的平均浓缩倍数能控制在10倍以上，在夏季直接使用河水作补充水期间，冷却水系统平均浓缩倍数能控制在8倍以上，与理文集团内其他工厂对比，效果非常显著（集团内其他工厂浓缩倍数平均控制在3倍左右）。
图2冷却水浓缩倍数图
3.2防腐蚀效果
可通过如下三种方法监测冷却水系统的腐蚀率情况:
(1)采用腐蚀率监测仪能直接地反映冷却水系统中的腐蚀情况。在挂片架中分别放入碳钢、不锈钢挂片来监测冷却水系统中的腐蚀情况，30~90天后取出挂片，发现挂片表面没有结垢现象，挂片表面没有明显的腐蚀现象，使用重量法测定其腐蚀率，碳钢腐蚀率均小于1.5MPY (0.0375mm/year),远低于国标5MPY(0.125mm/year)的要求。
图3碳钢腐蚀率
(2)3D-TRASAR中带有在线腐蚀率检测仪，能自动检测碳钢、铜的腐蚀率，并将腐蚀率直接显示出来。当碳钢或铜腐蚀率异常上升，超过设定的报警值时，3D-TRASAR系统能自动发出报警信号，并自动加大缓蚀剂的投加量，降低腐蚀率。
(3)循环水中总的含铁量是反映系统腐蚀情况的一个重要标志，从运行数据来看，全年监测的总含铁量均在1.0mg/L以下，对比补充水的总含铁量，冷却水系统含铁量保持在这样小的范围内波动，说明冷却水系统的腐蚀率控制良好。具体数据见表2。
表2 循环水中总铁量
3.3 水处理运行效果总结
纳尔科水处理方案及3D-TRASAR自动控制设备从2006年2月至2007年1月在广东理文电站一期冷却水系统使用，经过一年的连续运行，目前各项水质指标得到良好的控制，特别是碳钢腐蚀率控制良好，汽轮机的冷凝器的换热效率得到有效的保障，真空始终维持在良好的水平（-91.5KPa至-95Kpa).先进的3D-TRASAR自动控制设备，避免了补充水水质波动对系统造成的影响，提高了系统运行的稳定性与可靠性。特别是使用RO水期间，冷却水系统的PH值自然下降，通过3D-TRASAR设备自动控制碱液的投加，保持冷却水系统的PH值控制在7.5-7.8之间，防止PH值降低导致的酸性腐蚀。通过3D-TRASAR自动控制设备，大大提高了系统的浓缩倍数，减少了排污量和补水量。通过一年的运行结果表明：
(1)通过使用有机磷酸盐PSO并结合低含量的锌盐（1.0ppm)，取代传统的高含量无机磷酸盐或钼酸盐方案，成功应用于低硬度、低碱度强腐蚀性水质条件，使得水系统碳钢的腐蚀率控制良好。
(2)通过3D-TRASAR的自动控制，大大提高冷却水系统的浓缩倍数，冬/春季浓缩倍数达10倍以上，夏/秋季浓缩倍数达8倍以上，减少了排污量，节约了补充水量，降低了总体运行成本。
(3)通过3D-TRASAR自动控制设备，能自动监测冷却水系统中药剂浓度并自动控制药剂的投加，系统运行稳定，同时大大减少人工的测试工作及水处理药剂投加的工作量，减少操作人员，节省人力。
4经济效益分析
4.1 减少排污量，水费节省情况
不同浓缩倍数下，排污量数据如表3：
表3 同浓缩倍数下排污量数据
处理成本：0.8元/ m3；夏秋季时（4月至9月）河水经过净化处理后成本为：0.35元/ m3, 污水处理成本：0.8元/ m3。减少排污量，可节约补充水的水费及排污费，因此，每减少1 m3的排污，在冬/春季可节约3.3元，在夏/秋季可节约1.15元。
冬/春季可节省的水费：
(37.6 m3/h-7.7 m3/h)× 24小时/天×180天×3.3元/ m3=42.6万元
夏秋季可节省的水费：
(37.6 m3/h-9.5 m3/h)× 24小时/天×180天×1.15元/ m3=13.9万元
因此，全年可节省水费56.5万元。
4.2设备投资节省情况
由于冬/春季的河水电导率很高，河水需经过反渗透膜（RO)淡化后才能作为冷却水的补充水，因此需要安装反渗透系统才能满足补充水要求。通过提高冷却水系统浓缩倍数，冷却水系统的补充水量每小时可减少约30m3，因此，可减少安装一个30m3/h的反渗透系统，从而节省了设备的投资费用。RO设备投资一般可按3.5万元/吨RO产水量来进行计算，则
30m3/h的RO设备费用为：30×3.5万＝105万元，因此，通过提高浓缩倍数，减少排污量，可节省RO设备投资105万元。
5结论
（1）应用3D-TRASAR自动控制系统及选用PSO缓蚀剂成功控制冷却水系统的腐蚀问题。
（2）循环冷却水系统无论在使用RO水，还是直接使用河水作补充水，冷却水系统的浓缩倍数及腐蚀率均能控制在良好的水平。
（3）使用3D-TRASAR技术可以减少排污量，全年可节省水费56.5万元，可节省RO设备投资105万元。
参考文献
[1]赵芳.3D-TRASAR冷却水监测和控制系统[J].工业水处理,2006,26(2),89~91
[2]赵海.TRASAR技术在宝钢1420冷轧净循环水处理中的应用[J].工业水处理,2000,20(3),39~41