凯蒂·佩里曼，埃德·西尔维斯特，布拉德·布克，ChemTreat公司万搏manbext手机版
高纯水通常是发电蒸汽发生器的必需品，因为高温/压力条件要求将杂质控制在十亿分之一(ppb)的低浓度，以防止严重的腐蚀和污垢。为了成千上万的低压锅炉然而，在全国各地的工业工厂，对水纯度的要求通常没有那么严格。然而，由于补液水处理系统设计不当或故障导致严重结垢和腐蚀的事件已经记录了几十年，并且还在继续发生。这可能导致生产损失和昂贵的设备维修或更换。本文介绍了低压锅炉补水处理的重要性，并概述了以合理的成本生产优质补水的现代技术。
低压蒸汽发生器
低压蒸汽(压力一般低于900磅/平方英寸压力表[psig]，通常在50到600 psig之间)用于全国各地的许多工业工厂。例如，蒸汽通常在炼油厂，包括在常压蒸馏、裂解和重整过程中作为整体热源。一体化高炉空气生产的蒸汽供给涡轮钢厂;消化器和浓缩器造纸厂;蒸发器，结晶器和反应容器化工厂;和2018世界杯狗万滚球app 到处都有供暖系统。这样的例子不胜枚举。
这篇文章的灵感来自作者的直接经验和我们同事过于频繁的报告，他们在第一次进入工厂时发现蒸汽发生器存在严重的结垢、腐蚀或蒸汽纯度问题，这些问题可以直接追溯到设计不良或对补水系统注意不足(通常冷凝水会产生化学物质)。这似乎经常发生的结果，工厂管理，操作人员，或技术人员专注于过程化学和工程，与蒸汽的产生(和冷却水系统)看起来是相当模糊的实体，不需要太多关注。
大型工业厂房的锅炉大多是水管式的，通常是包装式的，尽管大型锅炉也可能是现场安装的。蒸汽速率(磅/小时[lb/h])通常在五到六位数之间。通常，这些锅炉包括过热器，以提高蒸汽温度超过饱和点，并确保蒸汽有适当的能量和/或保持干燥，直到使用点。对于为涡轮机供电的锅炉，过热是必须的，以防止涡轮机内的过度凝结，从而损坏叶片。
化妆治疗问题
可能从人类第一次开始为个人需要加热水开始，我们的物种就观察到加热容器中的沉积。随着18世纪和19世纪工业革命期间蒸汽机的发明和广泛使用，这些问题变得更加尖锐。主要的罪魁祸首是(现在仍然经常是)碳酸钙沉积。
这个方程描述了钙离子(Ca2 +)和碳酸氢盐碱度(HCO3.- - - - - -)，可发生在热水系统和锅炉。需要注意的关键点是碳酸钙3.是一种逆可溶性盐，其沉积潜力随温度升高而增加。如图1所示，它并不是一种被降级为过去的机制。
随着蒸汽发生器在上个世纪压力和功率的增加，尽量减少和控制碳酸钙的方法3.扩展成为必要。从20世纪30年代开始，一个常见的解决方案是化妆水钠沸石软化，随着合成离子交换树脂的发展，这项技术变得实用(图2)。
每一颗珠子都含有数十亿个活性位点，对于钠软化来说，这些活性位点通常是带有钠的磺酸基团(SO3.- - - - - -Na+）.的基本配置软化血管。
当化妆水流经血管时，钙(Ca2+)和镁(Mg2+)会转化为钠。对钙的亲和力最强，其次是镁，因此随着使用过程的进行，树脂会形成分层层。
软化后的水，除去了硬度，仍然含有其他溶解的离子，包括碱度、氯化物(Cl- - - - - -)，硫酸盐(SO42 -)和二氧化硅(SiO2）.当床耗尽时，用盐水溶液将硬度离子排出到废液中进行再生，废液被丢弃。
在这一点上，钠软化的几个特征需要一些额外的讨论。许多低压蒸汽发生系统的设计以钠软化为核心锅炉补处理方法，无需进一步处理。事实上，这对于许多蒸汽发生器来说已经足够了。表A概述了一些一般准则，摘自著名的美国机械工程师学会(ASME)来源，关于低至中压水管工业锅炉的杂质限制。
数据表明，在低压锅炉中可以容忍大量的碱性，对于许多应用，一些碱性可能是可取的，因为它有助于保护金属表面免受腐蚀，这一点我们将在后面讨论。然而,HCO3.进入锅炉后，大部分转化为CO2通过方程2到4中的反应。
转化为二氧化碳(CO2)可达到90%。有限公司2随着蒸汽闪过，当CO2在凝析液中重新溶解，可增加凝析液回流的酸度。
尽管该反应产生的pH值有一个相对温和的下限，但其酸度足以在冷凝液返回系统中引起严重的碳钢腐蚀。例如，百万分之三(ppm)的CO2在纯蒸汽冷凝液中，pH值将降低至5.26。如果系统中存在溶解氧，腐蚀会大大放大。
一种能使CO产量最小化的单元操作2蒸汽发生器的基本原理图如下所示。
注意包括一个强制通风脱碳与酸注射饲料。酸的作用使方程4移到左边，设计良好的脱碳器可以降低CO2浓度低到百万分之一(ppm)水平。然后，脱碳器下游的腐蚀性饲料提高了水的pH值，使其在通往锅炉的道路上腐蚀性较小。注:如果蒸汽减温是通过直接从除氧器注入给水来提供的，则不能使用苛性剂来提高ph值。需要使用不挥发性化合物(如氨、胺)。
上面简要提到的另一个问题现在需要讨论一下。由于过于频繁的规律性，当技术代表第一次参观工厂时，他们发现锅炉有水垢沉积，腐蚀，或两者兼而有之。在许多情况下，工厂工作人员将揭示导致硬度突破的软化剂问题。公式1和图2说明了这些困难的潜在影响。但即使是一个正常运行的软化/脱碳器，仍然允许许多离子，如氯化物和硫酸盐，进入锅炉。如果不密切关注锅炉水化学和锅炉排污控制，这些离子的积累会导致腐蚀和其他问题，包括在锅炉汽包中形成泡沫。这反过来又会导致蒸汽污染和下游问题。再强调一下，蒸汽发生器补给系统和锅炉水化学控制与工艺操作同样需要重视。
有比软化更好的方法吗?
对于现代化妆系统，反渗透提供了一种可靠的软化替代品，即使是基本的系统也可以从水中去除99%以上的离子。渗透过程已经为人所知很多年了。当两种不manx手机版同浓度的溶液被只允许水通过的半透膜隔开时，稀释溶液中的水会通过膜移动到另一种溶液中以平衡浓度。这种现象在膜上引起渗透压力，直到溶液达到平衡。manx手机版正如反渗透的名字所暗示的那样，反应是反向进行的，压力从更浓缩的水流中产生纯净水。
反渗透技术作为化妆水处理方法的潜在应用在上个世纪就已广为人知，并随着螺旋缠绕膜技术的发展和改进而流行起来。
一个扁平的膜片有几层作为骨干，这些骨干都包裹在一个中央的穿孔塑料核心周围。当压力推动水通过膜时，进料进入每个元件的前端并沿着给水载体流动。被称为渗透水的纯化水流向中央堆芯，越来越浓缩的给水(废液)排出元素。
每个反渗透压力容器通常有几个元件排列在一个系列中。
o形环沿着压力容器的壁面密封每个元件，使给水不会使任何元件短路。一个典型的反渗透压力容器将有5或6个元件。
该配置被设计为通过被称为横流过滤的机制处理水。
进料与反渗透膜平行流动，压力迫使纯水通过膜，而杂质则随废液一起被带走。只有少数较小的单价离子(Na+， Cl-，二氧化硅，HCO3)通过膜。然而，虽然横流过滤的设计是为了保持杂质悬浮在废液中，但不可避免的是，即使是非常干净的化妆品，化合物也会逐渐积聚在膜表面。通常，残留的悬浮固体不能被捕获预处理会积聚在反渗透系统的铅膜上。相反，由于溶解离子在水从一个膜到下一个膜的过程中会集中，因此下游元素的结垢问题越来越严重。
基本的反渗透系统是一个两级，单通道类型，如图9所示。
这张图说明了反渗透的一个关键特征。对于“正常”进料水，大约50%的进料水转化为渗透到每个一级压力容器中。这意味着如果不进行进一步处理，50%的给水将被浪费。在上面所示的两级设计中，原水在第一级流经六个平行的压力容器，来自这些容器的废液在第二级通过三个额外的压力容器。总水回收率提高到75%。
对于一些应用，特别是那些超高纯水生产，两道反渗透是常见的。在这种配置中，从第一次通过的渗透液在一套单独的膜中处理。由于给水已经得到了显著的净化，因此第二道工序的回收率可达85%至90%。废渣回收回一通进水口，二通进水口无水排放。
近年来，反渗透在一些应用中已经变得非常流行，特别是在蒸汽发电机组中。RO加抛光混合床离子交换器或电去离子化可以生产出蒸汽产生所需的高纯度水
反渗透结垢控制
反渗透膜，特别是铅元素，容易受到颗粒污染。淤泥密度指数(SDI)是确定这种污染潜力的一个重要指标。通常，5微米(μ m)深度过滤器放置在RO之前，以最大限度地减少颗粒污染的可能性。应对这些过滤器排出的污水进行SDI测试。SDI测试很简单。在滤筒过滤器下游的反渗透给水的流动样品在30 psig压力下通过0.45- m过滤器。测量测试开始时(ti)和15分钟后(tf) 500毫升(mL)水通过过滤器的时间。SDI的计算如式5所示:
一般的经验法则是，SDI应该至少低于5，最好低于3。然而，SDI不应是决定RO应用是否适合的唯一标准。水的类型和/或污染物的性质也应予以考虑。例如，在一个应用程序中，反渗透进料的SDI读数总是在1到3之间。然而，膜被异常细的氧化铁颗粒污染了。
水垢形成是另一个需要注意的问题。当水流经反渗透压力容器时，浓缩物不断积累溶解的固体，这增加了结垢的潜力。碳酸钙和硫酸钙可以积聚到一个开始发生降水的点。其他可能的沉积物包括二氧化硅和碱性金属硅酸盐、硫酸锶、硫酸钡和氟化钙。虽然预处理可以降低许多形成水垢的化合物的浓度，但剩余的仍可能引起问题。钡和硫酸锶垢尤其难以清除。信誉良好的膜制造商已经开发了计算这些盐的溶解度极限的程序。如果超过任何溶解度限制，程序将警告用户。这些程序还提供反渗透系统的“归一化”计算，如后面所述。
反渗透进料是反渗透系统的典型特点。常见的抗垢剂包括聚丙烯酸酯和磷酸盐。正确的抗垢剂或共混剂可将硫酸钙控制在饱和极限以上7倍，硫酸锶控制在饱和极限以上800%，硫酸钡控制在饱和极限以上6000%。
预处理化学品会影响膜的性能。凝固剂的阳离子品种，最显著的是铝化合物和一些有机混凝/絮凝剂，对反渗透膜尤其麻烦。如果存在这些因素，应考虑去除它们的方法。氯，通常作为漂白剂，注入到主要的植物化妆品中以控制微生物污染，会与反渗透膜中的氮原子发生反应，并对材料造成不可逆的破坏。氯应该在反渗透器的上游被去除，但没有任何杀菌剂会使膜处于微生物攻击的危险中。图10显示了生物污垢如何破坏膜元件。
生物污染会对膜造成不可逆的损害，因为标准的清洗方法不能完全清除沉积物。必须尽量减少可能导致微生物沉积的条件。可以使用氯的替代技术来减少膜内的微生物沉积。一种是使用非氧化或轻度氧化的生物杀菌剂进行周期性处理(频率取决于污染电位)。一个流行的选择是二溴腈丙酰胺(DBNPA)。DBNPA化学图如图11所示。
DBNPA是一种速效杀菌剂，可以通过将pH值提高到9左右，或者通常用亚硫酸氢钠处理，轻易地从任何排放物中去除。另一种可能是二氧化氯(ClO)的专门版本2）.一个这样的产品听起来可能令人惊讶，因为二氧化氯在冷却水应用中可以作为强氧化剂。然而，在这种情况下，氯是不自由的，因此不与膜中的氮原子反应。
反渗透清洗
即使预处理和防垢化学控制良好，反渗透膜仍然会收集沉积物。铅元素聚集剩余的胶体和悬浮固体，而下游元素，特别是那些在第二阶段的元素，看到更高浓度的溶解离子可能沉淀。使问题更加复杂的是，推动水通过膜所需的压力可以将一些颗粒固定在适当的位置。如果杂质不加控制地积累，最终的结果是不可逆的膜污染。
因此，归一化程序是决定反渗透清洗需要和调度的关键。温度对渗透通量和压力有显著影响，温度变化可以掩盖由悬浮固体或结垢引起的流量和压力变化。标准化程序使用温度、压力和流量测量来提供所有温度条件的修正值。一个常见的经验法则是，当规范化值从基线下降10%到15%时，安排一次清理。正常化程序还可以帮助检测由膜失效或降解引起的盐通道增加，否则可能归因于温度效应。
通常采用两步清洗过程来去除可能积聚在反渗透膜上的各种各样的潜在污染物。通常，在第一步中，高ph值(在95°F时为12)溶液在膜中循环。碱性溶液可以去除积聚的有机化合物、微生物和其他物质。这个阶段之后是冲洗，通常是低ph值阶段，柠檬酸是关键成分。低pH值有助于去除可溶性矿物盐，如碳酸钙，而柠檬酸会螯合金属，尤其是铁。在清洗回路中加入加热器可以显著加快清洗过程。
一个重要的概念是分别清洁每个阶段。否则，从一个阶段提取的杂质可能会污染另一个阶段，反之亦然。此外，清洗系统通常在清洗回路中设计有滤芯，以收集过程中的固体。这些过滤器应在清洗的每一步后更换。
以上只是一般性的指导。请向RO制造商咨询具体指导。
RO废物流问题
如前所述，典型的两级单道反渗透系统回收大约75%的进料，并产生剩余25%的废液流(废液)。这个流必须被放置在某个地方。对于有冷却塔的工厂，其中一个塔的盆通常是废物的理想位置。另外，许多植物也有废水处理设施在将水排放到环境之前对排放进行调节。反渗透废渣基本上是由四倍的植物补料浓缩而成，因此不宜超载废水处理设备。
与锅炉水处理有关的补水处理问题
低压锅炉有多种处理方案，其中可能包括磷酸盐、有机聚合物，有时还包括螯合剂。这些应根据从补给源和冷凝水回流进入锅炉的水的化学性质进行调整。从软化水到反渗透水的变化会对锅炉水处理甚至给水处理产生重大影响。高纯度的水通常被称为“饥饿”水，因为缺乏溶解的离子导致金属向水中释放离子。碳酸氢盐离子虽然能与钙反应形成水垢，但在许多情况下会在金属表面形成一层松散的保护层。对于考虑从软化水改为反渗透水的工厂人员，在进行转换之前应考虑这些和其他因素。而且，考虑到锅炉应该看到一个较低的硬度流入，处理程序可能需要修改，以解释这种变化的化学。在许多工厂，一个重要的因素是补充水与凝结水回流的比例。如果后者远高于补给流量，冷凝水回流化学可以主导选择最佳的锅炉水处理方案。
