【壓縮機網】前言
我公司某工廠有4臺某外資品牌離心式空壓機，配套4臺循環水泵，6個開式冷卻塔。空氣壓縮機24h運行，擔負著工廠生產所需壓縮空氣的供應任務。4臺離心式空壓機運行已有10年時間，在運行過程當中，多次出現因循環冷卻水對空壓機冷卻器產生影響，造成機組聯鎖停機，對安全生產造成嚴重威脅。
水是大自然賦予人類最為寶貴的財富，是生命的源泉，是人類及一切生物賴以生存和發展的不可缺少的最重要的物質資源之一，但水資源缺乏已成為世界性的問題。水同時也是現代工業的血液，工業用水占城市供水量的80%左右，循環冷卻水又占工業用水的60%～80%。因此，要節約用水，著眼點應放在合理使用冷卻水這一關鍵環節上。最主要的措施是提高循環水的利用率，提高濃縮倍數，減少補充水量，降低排污量，節約水處理藥劑的消耗量，降低循環水處理的成本。
本文通過分析，簡述制造企業如何對空壓機冷卻循環水進行軟化處理，降低冷卻系統換熱器的結垢傾向，提高循環水系統的濃縮倍數。這既節約了大量的新鮮水和原材料，減少大量的排污水，又簡化了工藝操作，收到了明顯的經濟效益和社會效益。
1、空壓機循環冷卻水系統和設備基本情況
1.1空壓機循環冷卻水系統
循環冷卻水系統工藝流程見圖1.1，為獨立間冷開式系統，由冷卻塔、水池、風機/水輪機、循環水泵、加藥系統、給回水管路等組成。水池循環水經循環水泵加壓到0.4MPa后送到空壓機冷卻系統進行換熱冷卻，換熱后回到總回水管，通過上塔管回到冷卻塔頂部，水從塔體的上部通過配水管均勻灑在填料層自上而下垂直落下，在填料層形成水滴或水膜，與風機抽取的自下而上冷空氣逆流接觸進行換熱降溫，降溫后的水匯集到冷卻塔下方的水池。
循環水系統在運行過程中，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水系統中的水分越來越少，而水中各種礦物質和金屬離子含量越來越多，為使循環水含鹽量維持在一定的濃度，必須不斷排出濃縮水、補充新鮮水，補水使用的是市政自來水，PH值7.5左右，總硬度<120mg/L，屬于低硬低堿度水質，水質較為穩定。
1.2 離心式空壓機
該型空壓機是一種速度型離心式壓縮機。每臺壓縮機為整體組裝，安裝在一個鋼制底板上。其工作原理如圖1.2所示，空氣通過安裝在機組上的進氣調節閥進入壓縮機并流進第一級壓縮，葉輪將速度加給氣體，然后氣體進入靜止的擴壓器部分，在此處將速度轉化成壓力。內置于機組中的中間冷卻器換熱帶走氣體壓縮過程中所產生的熱量，從而提高壓縮效率。然后氣體在流動的低速區通過不銹鋼水氣分離器除去冷凝水。這樣的過程在每一個接續的階段重復，直到壓縮機達到了所要求的工作壓力。
該空壓機為3級壓縮，在每一壓縮級之后有一個筒狀管翅式中間冷卻器，水走殼程，氣走管程。管內有翅片，空氣通過管道，冷卻水在管外同時反向流動，這樣的結構具有非常高的換熱效率。冷卻水流過冷卻器后會有8℃左右的溫升，排氣溫度一般<47℃，達到49℃報警，達到52℃會自動停機。
2、循環水系統對空壓機運行的影響及對策
2.1空壓機級間冷卻器換熱器結垢
從歷次空壓機異常和檢修情況分析，循環水對空壓機級間冷卻器的影響主要是結垢。2021年2月和4月，先后有兩臺空壓機級間冷卻器溫度逐漸升高，由正常的47℃以下，升高至51℃，接近52℃的停車值，被迫停機檢修。冷卻器拆解抽芯后，發現換熱器水路管壁表面結垢嚴重，輕敲垢皮脫落，垢樣厚度1～2mm。
對垢樣成分委托第三方檢測，檢測結果見圖2.2。從檢測報告中可以看出，垢物從成分上看，主要成分組織是氧化鈣、碳酸根離子及氧化鎂，占總含量的97.95%，說明循環水系統中鈣、鎂離子過多，在換熱器管壁160℃左右高溫狀態下容易形成結垢，影響換熱效果。
2.2換熱器結垢成因分析
冷卻水經換熱器換熱，產生如下反應：
Ca2++2HCO3-→CaCO3+CO2+H2O
Mg2++2HCO3--→Mg(OH)2+2CO2
冷卻塔噴淋，水中溶解CO2逸出pH值升高，水呈堿性發生如下反應：
Ca(HCO3)2+2OH-→CaCO3C+2H2O+CO32-
碳酸鈣從水中析出的過程，是微溶性鹽從溶液中沉淀的過程，碳酸鈣是鹽類，有離子晶格，以帶正電荷Ca2+部分向帶有負電荷的CO32-碰撞，彼此結合，形成較大晶體，進而形成覆蓋在傳熱面的結垢層。
現有循環水采用加藥阻垢，這在一定程度上減緩了管路和換熱器的結垢，但循環水加入阻垢劑不能降低水的硬度，而是改變形成水垢的鈣、鎂離子與碳酸根離子結合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。從圖2.3 2001年2～4月循環水水質控制圖看出，2～4月的水質總硬度在400mg/L 左右，優于控制標準（總硬度＜500），但還是出現了結垢的現象。
實際應用中，對城市自來水為補水水源時，通常采用朗格利爾（Langelier）飽和指數（L.S.I）來判斷碳酸鈣沉淀趨勢。根據碳酸鈣的溶解平衡，朗格利爾推算L.S.I的簡化計算公式如下：
L.S.I＝PH-PHs＝PH-{9.3+A+B-(C+D)}
式中，Ph為水樣實測的pH值；
pHs為飽和pH值，碳酸鈣在水中呈飽和狀態時，重碳酸鈣既不分解為碳酸鈣，碳酸鈣也不會繼續溶解，此時的pH值稱為飽和的pH值。
A為總溶解固體系數，A=（lg[TDS]-1）/10，[TDS]單位為mg/L；
B為溫度系數，B=-13.2lg(t+273)+34.55，溫度單位為℃；
C為鈣硬度系數，C=lg[Ca2+（以CaCO3計）] -0.4，[Ca2+]單位為mol/L；
D為M堿度系數，D=lg[堿度（以CaCO3計）]，堿度單位為mol/L。
A、B、C、D系數換算可查表1。
根據循環水的LSI可判斷CaCO3沉淀的可能性如下：
LSI<0，即pH<pHs，說明水中的碳酸鈣處于未飽和狀態，仍能繼續溶解，水具有產生腐蝕的趨勢；
LSI>0，碳酸鈣處于過飽和狀態，水具有產生碳酸鈣沉積的趨勢；
LSI=0，水質處于穩定狀態，既不結垢，也無產生腐蝕的趨勢。
我公司采用的緩釋阻垢劑能控制LSI<2.6 的循環水的結垢趨勢。
以6月3日的水質分析數據為例，補水電導率237μS/cm，循環水電導率1171μs/cm，水側表面溫度按照LSI參數最高的80℃計算（實際在160℃左右）鈣硬度約為382mg/L，總堿度440mg/L，pH值8.83。計算后的LSI為3.04，超出藥劑的控制閾值2.6，這也說明了為何加了阻垢劑還是出現結垢的現象。
2.3應對設備結垢對策
根據系統的補水情況及阻垢劑所能對應的極限LSI，我公司循環水極限濃縮倍數控制在4倍以下，實際按3.5倍進行管控。
2.3.1循環水系統濃縮倍數現狀
濃縮倍數(N)表示循環水中的鹽類濃度與補充水中鹽類濃度之比：
N=CR÷CM=P÷(P2+P3+P4)
P=P1+P2+P3+P4
式中：CR一一循環水中的鹽類濃度，ppm
CM——補充水中的鹽類濃類，ppm
P一一補充水量，m3/h
P1一一蒸發損失，m3/h
P2一一風吹損失，m3/h
P3一一泄漏損失，m3/h
P4一一排污量，m3/h
以6月3日的水質分析數據為例，濃縮倍數N=1171/237=4.94倍，高于4倍的極限濃縮倍數。
2.3.2對策后存在的問題
補水量及排污量計算
①蒸發損失P1
P1=K×Δt×Q=750×0.0015×8=9m3/h
K：系數（在環境溫度為24℃時，K=0.0015，2021年廣州市年平均氣溫24.0℃）
Δt：進出水溫差系統設計為Δt=8℃
Q：系統設計循環水量750m3/h
②風吹損失P2
P2=750×0.1%=0.75m3/h
對于機械通風涼水塔，在有收水器的情況下，風吹損失率為0.1%。
③泄漏損失P3
P3=0m3/h
由于系統是密閉循環，機泵的泄漏可忽略不計。
④補水量P
∵N=P÷(P-P1)
∴P=N×P1÷（N-1）=3.5×9÷2.5=12.6m3/h
每天補水量：12.6×24=302.4m3/天
⑤理論排污量P4
P4=12.6-9-0.75-0=2.85m3/h
每天排污量：2.85×24=68.4m3/天
綜上所述，須每天排污68.4m3左右，才能將濃縮倍數降到3.5倍。
存在問題：
循環水系統每天需補水量302.4m3，補水后同時需補充相應數量藥劑控制水質，加入藥劑后須每天化驗、定時加藥，但受補水量、補水水質、水溫和環境氣候變化、檢測手段及其精度等外界因素影響，水質指標難以精準控制，設備結垢問題難以完全杜絕。
3、循環水軟化處理
3.1軟化方案選擇
軟化方法有藥劑軟化法或沉淀軟化法、離子交換軟化法、電滲析法、反滲透與超濾、蒸餾法等，由于水的硬度主要由鈣、鎂離子形成及表示，基于經濟適用的原則，采用目前最常用的、效果穩定準確、工藝成熟的離子交換法。
離子交換法的工作原理是：離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應的功能基團。鈉離子交換樹脂中帶有大量的Na+，Na+與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+相交換，從而將水中的Ca2+、Mg2+吸附出來，使水的硬度下降。隨著樹脂內Ca2+、Mg2+的增加，樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低。當樹脂吸收的Ca2+、Mg2+飽和之后，就必須進行再生。再生過程就是從鹽箱中吸入鹽水沖洗樹脂層，鹽水中的Na+再和樹脂上的Ca2+、Mg2+進行交換，交換出來的Ca2+、Mg2+隨再生廢液排出罐外，樹脂即可恢復軟化交換功能。
如以RNa代表鈉型樹脂，其交換過程如下：
2RNa+Ca2+=2RCa+2Na+
2RNa+Mg2+=2RMg+2Na+
即水通過鈉離子交換器后，水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+。由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。
3.2軟化系統設計
基于簡單實用的原則，在循環水系統中增加一套20m3/h軟化水處理設備。如圖3.1所示，從冷卻塔的回水管道中取出循環水，循環水回水壓力是0.35MPa，滿足軟水設備的進水使用壓力要求，循環水直接進入軟化水設備，設備運行基本上不需要電力，只靠進水壓力，采用虹吸原理吸鹽，自動注水化鹽、配比濃度，無須鹽泵、溶鹽等附屬設備，通過控制器即可實現程序控制自動運行、自動再生；軟化后的循環水返回冷卻塔重復使用。
3.3軟化設備調試及軟化性能保證
軟化處理能力：
樹脂的體積全交換容量：≥1900mmol/L，樹脂的工作交換容量：≥1200mmol/L（浙江爭光001*7強酸性陽樹脂ZGC107MB，按1500mmol/L）計算。
軟化樹脂罐容量900L；
空壓機冷卻系統采用軟化系統后，完全可以不用排污，實現0排放，每天補水量302.4m3下降到302.4-68.4=234m3，補水硬度120mg/L，約為3mmol/L（1mmolCa2+的質量是40mg），出水0.03mmol/L。
每立方水中需要去除的硬度量為：
1000L×(3-0.03)mmol/L=2970mmol/m3
每天需要去除的硬度量為：
2970mmol/m3×234m3/天=694980mmol/天
軟化水設備所填樹脂的總工作交換容量是：
1500mmol/L×900L=1350000mmol。
所以，設備理論再生周期為：
1350000mmol÷694980mmol/天=1.9天
4、軟化處理實施效果
4.1水質指標情況：
經3個月的運行時間驗證，循環水電導率1500μs/cm左右，鈣硬度約為99mg/L左右，總堿度433mg/L左右，pH值8.79左右。計算后的LSI也低于藥劑的控制閾值2.6，可有效控制循環水結垢傾向，濃縮倍數在6倍左右。在此高濃縮倍數下，水質各項指標仍能滿足冷卻系統的使用需求，達成了軟化設計的預期效果。
4.2經濟效益：
①降低水費及污水處理費：使用軟化水后，污水排放由68.4m3降到11.1m3左右，每天補水量由302.4m3下降到245.1m3左右，每年可以節省自來水費8萬元、污水處理費26萬余元。
②日常運行費用：基本上是樹脂和工業鹽的消耗，但和減少投入的藥劑成本相抵，基本上不會增加運行費用。
③維修費用：技改前，每年須對4臺空壓機冷卻器拆洗除垢一次，費用約為8萬余元。
綜上所述，每年可產生42萬余元的經濟效益。當年投資，當年收益，經濟效益和社會效益非常明顯，值得推廣實施。
5、結束語
空壓機冷卻循環水軟化處理的實施，不僅滿足了生產的要求，簡化了操作，延長了設備的使用周期，提高了生產的安全可靠性，更重要的是還提高了循環水的濃縮倍數，減少用水量及排污量，節約了大量的新鮮水及污水處理費用，節約了阻垢劑、鹽酸和燒堿等藥劑，減少了環境污染，開創了公司設備冷卻系統循環水軟化處理應用的成功實例，取得明顯的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] 李統富，劉祥宇，循環水處理在空壓機冷卻系統中的應用，工業水處理，2008(12):12
[2] 陳世通 循環水系統結垢的原因分析及處理措施 氮肥技術 2015:36.3
[3] 任秀珍，劉偉 循環冷卻水系統濃縮倍數的管理 貴州化工 2009(6):34.3
作者簡介
林義鋒，男，就職于東風日產乘用車公司，機械工程師。1998年畢業于吉林工業大學，先后在東風汽車公司、東風日產乘用車公司，從事過工藝技術、生產管理、生產過程控制系統規劃設計、動力技術等工作。
來源：本站原創
【壓縮機網】前言
我公司某工廠有4臺某外資品牌離心式空壓機，配套4臺循環水泵，6個開式冷卻塔。空氣壓縮機24h運行，擔負著工廠生產所需壓縮空氣的供應任務。4臺離心式空壓機運行已有10年時間，在運行過程當中，多次出現因循環冷卻水對空壓機冷卻器產生影響，造成機組聯鎖停機，對安全生產造成嚴重威脅。
水是大自然賦予人類最為寶貴的財富，是生命的源泉，是人類及一切生物賴以生存和發展的不可缺少的最重要的物質資源之一，但水資源缺乏已成為世界性的問題。水同時也是現代工業的血液，工業用水占城市供水量的80%左右，循環冷卻水又占工業用水的60%～80%。因此，要節約用水，著眼點應放在合理使用冷卻水這一關鍵環節上。最主要的措施是提高循環水的利用率，提高濃縮倍數，減少補充水量，降低排污量，節約水處理藥劑的消耗量，降低循環水處理的成本。
本文通過分析，簡述制造企業如何對空壓機冷卻循環水進行軟化處理，降低冷卻系統換熱器的結垢傾向，提高循環水系統的濃縮倍數。這既節約了大量的新鮮水和原材料，減少大量的排污水，又簡化了工藝操作，收到了明顯的經濟效益和社會效益。
1、空壓機循環冷卻水系統和設備基本情況
1.1空壓機循環冷卻水系統
循環冷卻水系統工藝流程見圖1.1，為獨立間冷開式系統，由冷卻塔、水池、風機/水輪機、循環水泵、加藥系統、給回水管路等組成。水池循環水經循環水泵加壓到0.4MPa后送到空壓機冷卻系統進行換熱冷卻，換熱后回到總回水管，通過上塔管回到冷卻塔頂部，水從塔體的上部通過配水管均勻灑在填料層自上而下垂直落下，在填料層形成水滴或水膜，與風機抽取的自下而上冷空氣逆流接觸進行換熱降溫，降溫后的水匯集到冷卻塔下方的水池。
循環水系統在運行過程中，由于水分蒸發、風吹損失等情況使循環水系統中的水分越來越少，而水中各種礦物質和金屬離子含量越來越多，為使循環水含鹽量維持在一定的濃度，必須不斷排出濃縮水、補充新鮮水，補水使用的是市政自來水，PH值7.5左右，總硬度<120mg/L，屬于低硬低堿度水質，水質較為穩定。
1.2 離心式空壓機
該型空壓機是一種速度型離心式壓縮機。每臺壓縮機為整體組裝，安裝在一個鋼制底板上。其工作原理如圖1.2所示，空氣通過安裝在機組上的進氣調節閥進入壓縮機并流進第一級壓縮，葉輪將速度加給氣體，然后氣體進入靜止的擴壓器部分，在此處將速度轉化成壓力。內置于機組中的中間冷卻器換熱帶走氣體壓縮過程中所產生的熱量，從而提高壓縮效率。然后氣體在流動的低速區通過不銹鋼水氣分離器除去冷凝水。這樣的過程在每一個接續的階段重復，直到壓縮機達到了所要求的工作壓力。
該空壓機為3級壓縮，在每一壓縮級之后有一個筒狀管翅式中間冷卻器，水走殼程，氣走管程。管內有翅片，空氣通過管道，冷卻水在管外同時反向流動，這樣的結構具有非常高的換熱效率。冷卻水流過冷卻器后會有8℃左右的溫升，排氣溫度一般<47℃，達到49℃報警，達到52℃會自動停機。
2、循環水系統對空壓機運行的影響及對策
2.1空壓機級間冷卻器換熱器結垢
從歷次空壓機異常和檢修情況分析，循環水對空壓機級間冷卻器的影響主要是結垢。2021年2月和4月，先后有兩臺空壓機級間冷卻器溫度逐漸升高，由正常的47℃以下，升高至51℃，接近52℃的停車值，被迫停機檢修。冷卻器拆解抽芯后，發現換熱器水路管壁表面結垢嚴重，輕敲垢皮脫落，垢樣厚度1～2mm。
對垢樣成分委托第三方檢測，檢測結果見圖2.2。從檢測報告中可以看出，垢物從成分上看，主要成分組織是氧化鈣、碳酸根離子及氧化鎂，占總含量的97.95%，說明循環水系統中鈣、鎂離子過多，在換熱器管壁160℃左右高溫狀態下容易形成結垢，影響換熱效果。
2.2換熱器結垢成因分析
冷卻水經換熱器換熱，產生如下反應：
Ca2++2HCO3-→CaCO3+CO2+H2O
Mg2++2HCO3--→Mg(OH)2+2CO2
冷卻塔噴淋，水中溶解CO2逸出pH值升高，水呈堿性發生如下反應：
Ca(HCO3)2+2OH-→CaCO3C+2H2O+CO32-
碳酸鈣從水中析出的過程，是微溶性鹽從溶液中沉淀的過程，碳酸鈣是鹽類，有離子晶格，以帶正電荷Ca2+部分向帶有負電荷的CO32-碰撞，彼此結合，形成較大晶體，進而形成覆蓋在傳熱面的結垢層。
現有循環水采用加藥阻垢，這在一定程度上減緩了管路和換熱器的結垢，但循環水加入阻垢劑不能降低水的硬度，而是改變形成水垢的鈣、鎂離子與碳酸根離子結合的特性，從而使水垢不能析出、沉積。從圖2.3 2001年2～4月循環水水質控制圖看出，2～4月的水質總硬度在400mg/L 左右，優于控制標準（總硬度＜500），但還是出現了結垢的現象。
實際應用中，對城市自來水為補水水源時，通常采用朗格利爾（Langelier）飽和指數（L.S.I）來判斷碳酸鈣沉淀趨勢。根據碳酸鈣的溶解平衡，朗格利爾推算L.S.I的簡化計算公式如下：
L.S.I＝PH-PHs＝PH-{9.3+A+B-(C+D)}
式中，Ph為水樣實測的pH值；
pHs為飽和pH值，碳酸鈣在水中呈飽和狀態時，重碳酸鈣既不分解為碳酸鈣，碳酸鈣也不會繼續溶解，此時的pH值稱為飽和的pH值。
A為總溶解固體系數，A=（lg[TDS]-1）/10，[TDS]單位為mg/L；
B為溫度系數，B=-13.2lg(t+273)+34.55，溫度單位為℃；
C為鈣硬度系數，C=lg[Ca2+（以CaCO3計）] -0.4，[Ca2+]單位為mol/L；
D為M堿度系數，D=lg[堿度（以CaCO3計）]，堿度單位為mol/L。
A、B、C、D系數換算可查表1。
根據循環水的LSI可判斷CaCO3沉淀的可能性如下：
LSI<0，即pH<pHs，說明水中的碳酸鈣處于未飽和狀態，仍能繼續溶解，水具有產生腐蝕的趨勢；
LSI>0，碳酸鈣處于過飽和狀態，水具有產生碳酸鈣沉積的趨勢；
LSI=0，水質處于穩定狀態，既不結垢，也無產生腐蝕的趨勢。
我公司采用的緩釋阻垢劑能控制LSI<2.6 的循環水的結垢趨勢。
以6月3日的水質分析數據為例，補水電導率237μS/cm，循環水電導率1171μs/cm，水側表面溫度按照LSI參數最高的80℃計算（實際在160℃左右）鈣硬度約為382mg/L，總堿度440mg/L，pH值8.83。計算后的LSI為3.04，超出藥劑的控制閾值2.6，這也說明了為何加了阻垢劑還是出現結垢的現象。
2.3應對設備結垢對策
根據系統的補水情況及阻垢劑所能對應的極限LSI，我公司循環水極限濃縮倍數控制在4倍以下，實際按3.5倍進行管控。
2.3.1循環水系統濃縮倍數現狀
濃縮倍數(N)表示循環水中的鹽類濃度與補充水中鹽類濃度之比：
N=CR÷CM=P÷(P2+P3+P4)
P=P1+P2+P3+P4
式中：CR一一循環水中的鹽類濃度，ppm
CM——補充水中的鹽類濃類，ppm
P一一補充水量，m3/h
P1一一蒸發損失，m3/h
P2一一風吹損失，m3/h
P3一一泄漏損失，m3/h
P4一一排污量，m3/h
以6月3日的水質分析數據為例，濃縮倍數N=1171/237=4.94倍，高于4倍的極限濃縮倍數。
2.3.2對策后存在的問題
補水量及排污量計算
①蒸發損失P1
P1=K×Δt×Q=750×0.0015×8=9m3/h
K：系數（在環境溫度為24℃時，K=0.0015，2021年廣州市年平均氣溫24.0℃）
Δt：進出水溫差系統設計為Δt=8℃
Q：系統設計循環水量750m3/h
②風吹損失P2
P2=750×0.1%=0.75m3/h
對于機械通風涼水塔，在有收水器的情況下，風吹損失率為0.1%。
③泄漏損失P3
P3=0m3/h
由于系統是密閉循環，機泵的泄漏可忽略不計。
④補水量P
∵N=P÷(P-P1)
∴P=N×P1÷（N-1）=3.5×9÷2.5=12.6m3/h
每天補水量：12.6×24=302.4m3/天
⑤理論排污量P4
P4=12.6-9-0.75-0=2.85m3/h
每天排污量：2.85×24=68.4m3/天
綜上所述，須每天排污68.4m3左右，才能將濃縮倍數降到3.5倍。
存在問題：
循環水系統每天需補水量302.4m3，補水后同時需補充相應數量藥劑控制水質，加入藥劑后須每天化驗、定時加藥，但受補水量、補水水質、水溫和環境氣候變化、檢測手段及其精度等外界因素影響，水質指標難以精準控制，設備結垢問題難以完全杜絕。
3、循環水軟化處理
3.1軟化方案選擇
軟化方法有藥劑軟化法或沉淀軟化法、離子交換軟化法、電滲析法、反滲透與超濾、蒸餾法等，由于水的硬度主要由鈣、鎂離子形成及表示，基于經濟適用的原則，采用目前最常用的、效果穩定準確、工藝成熟的離子交換法。
離子交換法的工作原理是：離子交換樹脂是一種聚合物，帶有相應的功能基團。鈉離子交換樹脂中帶有大量的Na+，Na+與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+相交換，從而將水中的Ca2+、Mg2+吸附出來，使水的硬度下降。隨著樹脂內Ca2+、Mg2+的增加，樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低。當樹脂吸收的Ca2+、Mg2+飽和之后，就必須進行再生。再生過程就是從鹽箱中吸入鹽水沖洗樹脂層，鹽水中的Na+再和樹脂上的Ca2+、Mg2+進行交換，交換出來的Ca2+、Mg2+隨再生廢液排出罐外，樹脂即可恢復軟化交換功能。
如以RNa代表鈉型樹脂，其交換過程如下：
2RNa+Ca2+=2RCa+2Na+
2RNa+Mg2+=2RMg+2Na+
即水通過鈉離子交換器后，水中的Ca2+、Mg2+被置換成Na+。由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。
3.2軟化系統設計
基于簡單實用的原則，在循環水系統中增加一套20m3/h軟化水處理設備。如圖3.1所示，從冷卻塔的回水管道中取出循環水，循環水回水壓力是0.35MPa，滿足軟水設備的進水使用壓力要求，循環水直接進入軟化水設備，設備運行基本上不需要電力，只靠進水壓力，采用虹吸原理吸鹽，自動注水化鹽、配比濃度，無須鹽泵、溶鹽等附屬設備，通過控制器即可實現程序控制自動運行、自動再生；軟化后的循環水返回冷卻塔重復使用。
3.3軟化設備調試及軟化性能保證
軟化處理能力：
樹脂的體積全交換容量：≥1900mmol/L，樹脂的工作交換容量：≥1200mmol/L（浙江爭光001*7強酸性陽樹脂ZGC107MB，按1500mmol/L）計算。
軟化樹脂罐容量900L；
空壓機冷卻系統采用軟化系統后，完全可以不用排污，實現0排放，每天補水量302.4m3下降到302.4-68.4=234m3，補水硬度120mg/L，約為3mmol/L（1mmolCa2+的質量是40mg），出水0.03mmol/L。
每立方水中需要去除的硬度量為：
1000L×(3-0.03)mmol/L=2970mmol/m3
每天需要去除的硬度量為：
2970mmol/m3×234m3/天=694980mmol/天
軟化水設備所填樹脂的總工作交換容量是：
1500mmol/L×900L=1350000mmol。
所以，設備理論再生周期為：
1350000mmol÷694980mmol/天=1.9天
4、軟化處理實施效果
4.1水質指標情況：
經3個月的運行時間驗證，循環水電導率1500μs/cm左右，鈣硬度約為99mg/L左右，總堿度433mg/L左右，pH值8.79左右。計算后的LSI也低于藥劑的控制閾值2.6，可有效控制循環水結垢傾向，濃縮倍數在6倍左右。在此高濃縮倍數下，水質各項指標仍能滿足冷卻系統的使用需求，達成了軟化設計的預期效果。
4.2經濟效益：
①降低水費及污水處理費：使用軟化水后，污水排放由68.4m3降到11.1m3左右，每天補水量由302.4m3下降到245.1m3左右，每年可以節省自來水費8萬元、污水處理費26萬余元。
②日常運行費用：基本上是樹脂和工業鹽的消耗，但和減少投入的藥劑成本相抵，基本上不會增加運行費用。
③維修費用：技改前，每年須對4臺空壓機冷卻器拆洗除垢一次，費用約為8萬余元。
綜上所述，每年可產生42萬余元的經濟效益。當年投資，當年收益，經濟效益和社會效益非常明顯，值得推廣實施。
5、結束語
空壓機冷卻循環水軟化處理的實施，不僅滿足了生產的要求，簡化了操作，延長了設備的使用周期，提高了生產的安全可靠性，更重要的是還提高了循環水的濃縮倍數，減少用水量及排污量，節約了大量的新鮮水及污水處理費用，節約了阻垢劑、鹽酸和燒堿等藥劑，減少了環境污染，開創了公司設備冷卻系統循環水軟化處理應用的成功實例，取得明顯的經濟效益和社會效益。
參考文獻
[1] 李統富，劉祥宇，循環水處理在空壓機冷卻系統中的應用，工業水處理，2008(12):12
[2] 陳世通 循環水系統結垢的原因分析及處理措施 氮肥技術 2015:36.3
[3] 任秀珍，劉偉 循環冷卻水系統濃縮倍數的管理 貴州化工 2009(6):34.3
作者簡介
林義鋒，男，就職于東風日產乘用車公司，機械工程師。1998年畢業于吉林工業大學，先后在東風汽車公司、東風日產乘用車公司，從事過工藝技術、生產管理、生產過程控制系統規劃設計、動力技術等工作。
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