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華聚能源東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)水玻璃污染 在線清洗預(yù)膜實(shí)踐
王國(guó)棟1 李?lèi)?ài)兵2 楊慶軍2
（1.華聚能源股份有限公司東灘電廠，山東濟(jì)寧 272000；2.濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司，山東濟(jì)寧 272000；）
摘要:華聚能源東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)受到水玻璃（俗稱泡花堿）Na2SiO3的嚴(yán)重污染，造成機(jī)組生產(chǎn)頻臨停車(chē)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況調(diào)研、評(píng)估以及小型試驗(yàn)，選擇了針對(duì)水玻璃污染的清洗配方和清洗工藝，并實(shí)施了在線清洗預(yù)膜工作，清洗預(yù)膜達(dá)到了預(yù)期目的，使機(jī)組生產(chǎn)恢復(fù)到理想狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：水玻璃；真空；負(fù)荷；排氣溫度；在線清洗預(yù)膜
Sodium silicate pollution of the reclaimed water system of Huaju Nengyuan Dongtan power generation factoryThe practice of prefilming online cleaning
Guodong Wang1 Aibing Li 2 Qingjun Wang 2
(1. Huaju Nengyuan Dongtan power generation factory, Jining, Shandong 272000; Jining Scientific Green Water Treatment Co., Ltd, Jining, Shandong 272000;)
Abstract: The reclaimed water system of Huaju Nengyuan Dongtan power generation factory was heavily polluted by the sodium silicate- Na2SiO3 (the popular name is Paohuajian), which caused the production units on the edge of stop operation. After research, assessment, and small scale tests on site conditions, cleaning formulation and cleaning processes for the sodium silicate contaminated was selected, and implemented the pre-film cleaning, cleaning pre-film achieved the anticipated results, and the production units back to the ideal state.
Key words: Sodium silicate; vacuum; loading; Air discharge temperature; pre-film online cleaning
兗州礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司東灘煤礦2012年5月13日發(fā)生礦井消防用水玻璃（俗稱泡花堿）Na2SiO3泄漏事故，盡管事故發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)完成了堵漏工作，但還是造成最少50m3水玻璃進(jìn)入了礦井水水源，因?yàn)槿A聚能源東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)采用礦井水水源作為系統(tǒng)補(bǔ)水，因此泄露的水玻璃進(jìn)入了循環(huán)水系統(tǒng)，從而造成循環(huán)冷卻水受到污染，水玻璃在較短時(shí)間內(nèi)與循環(huán)水中的鈣鎂離子反應(yīng)生成了硅酸鈣、硅酸鎂等污垢，污垢附著在循環(huán)水系統(tǒng)管道、換熱設(shè)備、涼水塔、儲(chǔ)水池壁上，導(dǎo)致機(jī)組真空度、負(fù)荷迅速下降，排氣溫度迅速上升，負(fù)荷由40MW左右（1#機(jī)組12MW、2#機(jī)組14MW、3#機(jī)組13MW）降至26MW左右（1#機(jī)組9.6MW、2#機(jī)組9.0MW、3#機(jī)組7.5MW）,真空由-0.086MPa左右降至-0.080MPa左右（1#機(jī)組-0.080MPa、2#機(jī)組-0.079KMa、3#機(jī)組-0.081MPa），排氣溫度由52℃左右上升至58℃左右（1#機(jī)組59℃、2#機(jī)組58℃、3#機(jī)組58℃），嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組頻臨停產(chǎn)，因此必須馬上對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行清洗除垢。
事故發(fā)生后，東灘電廠與濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研、評(píng)估并進(jìn)行了研究、協(xié)商，一是考慮到全廠3月份大修剛剛完畢，機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較短，停機(jī)、起機(jī)費(fèi)用較高；二是目前處于用電高峰季節(jié)，生產(chǎn)任務(wù)繁重，停機(jī)清洗時(shí)間較長(zhǎng)，影響2012年生產(chǎn)目標(biāo)的完成；三是在線清洗既可以保證機(jī)組正常發(fā)電運(yùn)行，又能達(dá)到停車(chē)清洗的效果，性價(jià)比高。因此綜合考慮生產(chǎn)、性價(jià)比等因素，華聚能源東灘電廠確定采用在線清洗預(yù)膜的方案。
濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司承接了華聚能源東灘電廠在線清洗預(yù)膜工程，在方案制定過(guò)程中，濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司不但考慮到系統(tǒng)泄露進(jìn)的水玻璃造成的污染，還充分考慮到華聚能源東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行多年而未進(jìn)行過(guò)在線清洗預(yù)膜工作，循環(huán)水系統(tǒng)常年處于高硬高堿高氯高硫酸根的強(qiáng)結(jié)垢強(qiáng)腐蝕的環(huán)境中運(yùn)行，涼水塔填料、水泥墻、水泥柱上有大量菌藻、灰色污垢附著沉積，影響了循環(huán)水系統(tǒng)的換熱效果，因此，清洗預(yù)膜工藝還必須包含針對(duì)上述問(wèn)題的解決措施。
1、 循環(huán)水系統(tǒng)工藝概況
東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)裝機(jī)容量為42MW（12 MW機(jī)組1臺(tái)、15MW機(jī)組2臺(tái)），保有水量為5000 m3，整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)水量5760m3/h，冷卻塔為3臺(tái)混凝土自然通風(fēng)冷卻塔，換熱設(shè)備主要材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼等。
濟(jì)寧新格瑞水處理有限公司5月15號(hào)在東灘電廠現(xiàn)場(chǎng)取礦井水源補(bǔ)水、系統(tǒng)循環(huán)水進(jìn)行了化驗(yàn)，礦井補(bǔ)水硅酸鹽含量高達(dá)106.95mg/L，循環(huán)水硅酸鹽含量高達(dá)824.16mg/L，也充分證明了循環(huán)水系統(tǒng)頻臨停產(chǎn)是由于水玻璃污染造成的。
2、 清洗預(yù)膜目標(biāo)
2.1清洗指標(biāo)
（1）基本清除循環(huán)水系統(tǒng)尤其關(guān)鍵換熱設(shè)備表面附著沉積的硅酸鹽垢，機(jī)組生產(chǎn)恢復(fù)到水玻璃污染前的理想運(yùn)行狀態(tài)；
（2）金屬清洗平均腐蝕率（新格瑞標(biāo)準(zhǔn)）：碳鋼≤2.0克/（米2.時(shí)）、銅、不銹鋼≤0.5克/（米2.時(shí)）。
2.2預(yù)膜指標(biāo)
監(jiān)測(cè)試片表面可見(jiàn)一層均勻致密成膜色暈，并且監(jiān)測(cè)試片微量增重。
3、 清洗預(yù)膜設(shè)計(jì)路線
根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)工藝參數(shù)和清洗預(yù)膜目標(biāo)，清洗預(yù)膜技術(shù)路線設(shè)計(jì)如下：
殺菌剝離——水置換——滲透浸潤(rùn)——水置換——清除水玻璃——水置換——除垢除銹——水置換一預(yù)膜處理一轉(zhuǎn)入日常運(yùn)行。
4、 在線清洗預(yù)膜工程實(shí)施
4.1清洗前的準(zhǔn)備工作
（1）5月15號(hào)～18號(hào)進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)大量的補(bǔ)水置換工作，將循環(huán)水中污染源水玻璃（俗稱泡花堿）Na2SiO3置換出系統(tǒng)，置換到硅酸鹽含量<100mg/L為止；
（2）將循環(huán)水系統(tǒng)儲(chǔ)水池液位降至安全生產(chǎn)線，關(guān)閉排污閥，以便提高清洗藥劑的濃度，達(dá)到高性價(jià)比清洗效果，轉(zhuǎn)入在線清洗工作；
（3）根據(jù)系統(tǒng)材質(zhì)，掛入標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)試片，監(jiān)測(cè)清洗過(guò)程中系統(tǒng)的腐蝕速率。
4.2殺菌剝離
（1）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月18號(hào)9:00按照投加濃度100 mg/L一次性投加非氧化型殺菌劑（SS312SGR）0.5噸 ，運(yùn)行6h；
（2）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月18號(hào)15:00按照投加濃度300 mg/L一次性投加粘泥剝離劑（QX313SGR）1.5噸 ，運(yùn)行24h；
（3）同時(shí)進(jìn)行PH值、濁度含量的監(jiān)測(cè)，此階段運(yùn)行約36h，至循環(huán)水濁度不再增加，分析數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，停止殺菌滅藻、粘泥剝離，進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水排污工作，待循環(huán)水濁度降至20NTU，轉(zhuǎn)入滲透浸潤(rùn)清洗階段。
4.3滲透浸潤(rùn)
（1）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月20號(hào)8:00按照投加濃度500 mg/L一次性投加滲透浸潤(rùn)劑（QX111SGR）2.5噸 ，運(yùn)行24h；
（2）同時(shí)進(jìn)行PH值、濁度含量的監(jiān)測(cè)，此階段運(yùn)行約24h，至循環(huán)水濁度不再增加，分析數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，停止?jié)B透浸潤(rùn)，待循環(huán)水濁度降至20NTU，轉(zhuǎn)入水玻璃清洗階段。
4.4水玻璃清洗
（1）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月21號(hào)9:00按照投加濃度200 mg/L一次性投加清洗緩蝕劑QX221SGR1.0噸，運(yùn)行2.0h；
（2）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月21號(hào)11:00按照投加濃度1000 mg/L一次性投加水玻璃清洗劑QX611SGR5.0噸，運(yùn)行4.0h；
（3）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月21號(hào)15:00按照投加濃度500 mg/L一次性投加有機(jī)清洗劑QX611SGR2.5噸，運(yùn)行12.0h；
（4）同時(shí)進(jìn)行PH值、濁度、總硬、總鐵含量的監(jiān)測(cè)，此階段運(yùn)行約24h，至循環(huán)水濁度、硬度不再增加，分析數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，停止水玻璃清洗，待循環(huán)水濁度降至20NTU，轉(zhuǎn)入硬垢、銹蝕產(chǎn)物清洗階段。
4.5除垢除銹
（1）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月22號(hào)9:00按照投加濃度200 mg/L一次性投加清洗緩蝕劑QX221SGR1.0噸，運(yùn)行2.0h；
（2）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月22號(hào)11:00按照投加濃度1000 mg/L一次性投加有機(jī)清洗劑QX511SGR5.0噸，運(yùn)行24.0h；
（3）同時(shí)進(jìn)行PH值、濁度、總硬、總鐵含量的監(jiān)測(cè)，此階段運(yùn)行約24h，至循環(huán)水濁度、硬度、總鐵不再增加，分析數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)，停止除垢除銹清洗，待循環(huán)水濁度降至20NTU，轉(zhuǎn)入有機(jī)預(yù)膜階段；
（4）取出清洗監(jiān)測(cè)試片，掛入新的預(yù)膜監(jiān)測(cè)試片，進(jìn)行循環(huán)水系統(tǒng)預(yù)膜效果的監(jiān)測(cè)。
4.6有機(jī)預(yù)膜階段
（1）以循環(huán)水系統(tǒng)保有水量5000m3計(jì)，5月24號(hào)9:00按照投加濃度400 mg/L一次性投加有機(jī)預(yù)膜劑QY511SGR2.0噸，運(yùn)行24.0～36.0h；
（2）同時(shí)進(jìn)行PH值、總磷含量的監(jiān)測(cè)，此階段運(yùn)行約24～36h，循環(huán)水系統(tǒng)有機(jī)預(yù)膜結(jié)束后，直接轉(zhuǎn)入循環(huán)水系統(tǒng)正常運(yùn)行；
（3）取出預(yù)膜試片，觀察試片預(yù)膜效果。
5、 在線清洗預(yù)膜效果
5.1在線清洗效果
5.1.1除垢效果
循環(huán)水在清洗過(guò)程中，濁度濃度由2.0NTU最高上升到16.7NTU，總鐵質(zhì)量濃度由0.15mg/L最高上升到8.47mg/L，總硬度質(zhì)量濃度由2050mg/L最高上升到2850mg/L，根據(jù)系統(tǒng)容積5000 m3計(jì)算，共清洗下來(lái)污垢與菌藻類(lèi)物質(zhì)203.5㎏、碳酸鹽垢10950.0㎏、銹蝕產(chǎn)物 135.95㎏，清洗效果明顯。清洗預(yù)膜過(guò)程中濁度、總鐵、總硬度質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)如下圖：
圖一、清洗預(yù)膜過(guò)程中總鐵、濁度變化趨勢(shì)
圖二、清洗預(yù)膜過(guò)程中總硬度變化趨勢(shì)
5.1.2清洗前后補(bǔ)充水及循環(huán)水水質(zhì)分析結(jié)果
表一、東灘電廠循環(huán)水系統(tǒng)清洗前后水質(zhì)分析對(duì)比
項(xiàng)目 | 5月15號(hào)補(bǔ)水 | 5月15號(hào)循環(huán)水 | 5月26號(hào)補(bǔ)水 | 5月26號(hào)循環(huán)水 |
PH | 8.62 | 8.56 | 8.30 | 7.88 |
電導(dǎo)/(μs·cm-1) | 3520 | 10730 | 3660 | 6310 |
濁度/(mg·L-1) | 7.7 | 6.7 | 8.3 | 6.4 |
總硬度/（mmol·L-1) | 6.2 | 54.9 | 6.2 | 31.0 |
堿度/（mmol·L-1) | 10.0 | 7.8 | 10 | 2.7 |
鈣/(mg·L-1) | 78.16 | 805.6 | 86.17 | 424.8 |
鎂/(mg·L-1) | 27.9 | 178.6 | 23.1 | 119.1 |
氯/(mg·L-1) | 110.2 | 645.4 | 112.8 | 784.4 |
總磷/(mg·L-1) | / | 14.51 | / | 16.87 |
總鐵/(mg·L-1) | 0.467 | 0.267 | 0.32 | 1.72 |
硅酸鹽/(mg·L-1) | 106.95 | 824.16 | 30.12 | 94.65 |
據(jù)清洗前后水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出：
清洗后循環(huán)水中大量水玻璃被清洗劑清除并置換出系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。
5.1.3機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)
經(jīng)過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜工作，1#、2#、3#汽機(jī)在線清洗后負(fù)荷、排氣溫度、真空基本達(dá)到污染前的理想狀態(tài)，生產(chǎn)恢復(fù)正常，參數(shù)變化圖如下：
圖三、1#、2#、3#汽機(jī)清洗前后負(fù)荷變化圖
圖四、1#、2#、3#汽機(jī)清洗前后排氣溫度變化圖
圖五、1#、2#、3#汽機(jī)清洗前后真空變化圖
5.1.4清洗腐蝕速率
碳鋼腐蝕率平均值為0.8694 g/m2h、銅腐蝕率平均值為0.0161 g/m2h、不銹鋼腐蝕率平均值為0.0009 g/m2h。碳鋼、銅、不銹鋼清洗腐蝕速率都達(dá)到了新格瑞清洗標(biāo)準(zhǔn)，大大優(yōu)于國(guó)家清洗標(biāo)準(zhǔn)。
5.2在線預(yù)膜效果
表二、監(jiān)測(cè)試片預(yù)膜增重?cái)?shù)據(jù)匯總表
材質(zhì) | 試片號(hào) | 位置 | 預(yù)膜前重g | 預(yù)膜后重g | 增重 G | 預(yù)膜時(shí)間h | 平均增重g |
碳鋼 | 1020 | 循環(huán) 水池 | 20.1836 | 20.2309 | 0.0473 | 36 | 0.0426 |
1012 | 19.1454 | 19.1833 | 0.0379 | ||||
銅 | 3007 | 21.8790 | 21.9005 | 0.0215 | 0.0212 | ||
3008 | 22.2333 | 22.2542 | 0.0209 |
預(yù)膜結(jié)束時(shí)取出監(jiān)測(cè)試片觀察：
試片表面有一層均勻致密彩色鈍化膜附著。銅、碳鋼試片都有微量的增重,充分說(shuō)明試片上預(yù)上了一層保護(hù)膜。
6、 結(jié)論
（1） 此次在線清洗保證了東灘電廠生產(chǎn)在用電高峰不停產(chǎn)的要求，而且達(dá)到了理想效果，節(jié)省了停產(chǎn)檢修清洗費(fèi)用、人工費(fèi)用、生產(chǎn)損失費(fèi)用等數(shù)十萬(wàn)元；
（2） 此次循環(huán)水系統(tǒng)在線清洗，打破了換熱設(shè)備受到水玻璃污染后清洗必須停車(chē)的慣例，為國(guó)內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)硅酸鹽垢在線清洗提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)；
（3） 此次循環(huán)水系統(tǒng)在線預(yù)膜為了盡可能減少無(wú)機(jī)磷酸鹽的分解與沉積，采用有機(jī)磷酸鹽為主膜劑，既確保系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備及管線表壁形成較為均勻致密的保護(hù)膜，又較好地避免了浮膜的產(chǎn)生，而且預(yù)膜完成后不需要置換，直接轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行，節(jié)約了大量一次水和藥劑。