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气化装置在生产过程中需要用到大量的水，由于工艺原因，水需要与携带大量固体杂质的气体的接触，导致水的硬度非常高，而且灰分含量大，极易出现结垢问题，现有的化学药剂对于系统的结垢问题效果并不明显，结垢问题严重制约着气化装置的长周期运行。 司钙奇电磁水处理系统通过物理方式对水进行处理，不添加化学药剂，在线安装，不破坏管道，功率小，配备防爆箱，满足防爆要求 品牌简介 1988年，Jan P. de Baat Doelman研发了全球第一台工程应用的电磁防垢系统，并成功应用，同年，发明人Jan P. de Baat Doelman在荷兰阿姆斯特丹成立了Scalewatcher公司，并在全球主要国家和重要地区申请了全球专利，如美国、德国、加拿大、欧盟、西班牙、荷兰等。 多年来，Scalewatcher公司对技术进行不断改进和革新，对所有的电流频率和振幅进行了多频段自适应优化，形成了一种高效的用于处理管道或换热设备矿物结垢问题的物理水处理防垢系统。目前可以处理的管径达3米，适用于碳钢、不锈钢、水泥、塑料等材质的管道。 Scalewatcher公司还专门研究了各种管道材质对磁场衰减的影响，并模块化了大量实用处理程序。另外在大流量情况下，Scalewatcher公司的防垢系统也能很好的处理防垢问题。Scalewatcher电磁水处理防垢系统有以下显著优点: →防止管道或换热器产生新的垢层 →在运行一段时间后可以清除系统中已经存在的老垢层 →适用范围广、可以满足阻垢、除垢、灭藻的要求 →安装该系统无需停机、切割管道、预留安装位置等 →系统稳定可靠，20年免维护 →能耗低，运行成本极低 Scalewatcher公司凭借顶级的技术研发和生产，目前在全球范围内服务于80多个国家和地区的广大用户。工业领域用户涵盖钢铁、石油化工、油田、电力、造纸、水泥厂、废水处理厂、纺织厂、塑料加工厂、造船厂锅炉制造厂等领域。商业领域用户涵盖酒店、体育场馆、桑拿水疗场所、洗衣店、面包店、博物馆、美发店、医院、餐厅、写字楼、市政供水等等。经过30年来广大用户的检验，目前Scale-watcher公司的电磁防垢系统在全球范围内嬴得了超过500000用户的广泛赞誉。 工作原理 阻垢原理 当污水穿过变频脉冲电磁场时，成垢离子和粒子同一定频率的磁场发生共震，相互碰撞，加快成核速度，形成微晶颗粒，悬浮在流体水中的微型晶颗粒表面没有电荷，不易吸附到管壁上，因此随流动的污水排出，从而达到防垢的目的。它不受流体介质、流速和水温的限制，可以在各行业不同水质及不同水温的水系统应用。 图1 Scalewatcher司钙奇®电磁阻垢原理 除垢原理 通过交变电磁场的共振作用，水分子团的氢键被破坏，变成大量的自由水分子，随着自由水分子的增加，水的活性增强，溶液的溶解能力显著提高，使管壁上原有的积垢被逐渐溶解，进而变得疏松，被水流冲走，这样就达到了除垢的目的。 图 2 Scalewatcher司钙奇®电磁除垢原理 对腐蚀的影响 当水体接受高频电磁能量的作用后，单个水分子包容了溶解在水中的氧分子，使溶解氧成为了惰性氧，切断了金属锈蚀所需氧的来源。同时，高频电磁波激起的悬垂复合调制频率的电磁场所产生的“集肤效应”在管壁上聚集了过剩的负电荷，而水内部聚集了过剩的正电荷，水中过剩的正电荷强烈排斥带正电的同性铁离子,阻止铁离子从金属管壁分离进入水中，（系统中产生的黄色锈水就是Fe3+在水中呈现的颜色）。同时壁管上过剩的负电子也不断吸引带正电的Fe3+，阻碍Fe3+溶入水中，从而能使原有管壁上的Fe203(红锈）还原成具有较强耐腐蚀力的黑锈外膜Fe304 对细菌、藻类的影响 水分子在变频脉冲电磁场作用下，作为偶极子被不断极化而产生扭曲、变形、反转、振动，且与外加电磁场共振使其它分子运动加强，使原来缔合形成的各种综合链状、团状大分子(H2O)n解离成单个水分子，最后形成比较稳定的双水分子(H2O)2，增强了水的活性，改变了水分子与其它离子的结合状态，从而能更有效地破坏微生物的细胞壁和细胞膜。另一方面，活性氧自由基能够氧化微生物膜，从而杀死水中的微生物，达到抑制菌、藻的效果。 应用案例 灰水外排管线 灰水外排管线是指从低压灰水总管分支到污水预处理这段管线。外排灰水温度在50℃左右，水质较差，容易结垢导致外排管线流通截面变小、泵送压力上升、外排流量减小，如图3所示。该装置气化一7台气化炉共用一条灰水外排管线，平时无法打开管线检修，只能等全厂大检修时才能打开管道进行清洗。灰水外排是确保气化炉水系统水质的重要操作，如果管线结垢导致外排受阻将会影响气化炉水系统的正常运行。为了确保灰水外排管线能长周期的稳定外排，避免运行过程中管线结垢给灰水外排造成困扰，客户在灰水外排管线安装了Scalewatcher司钙奇电磁水处理设备。 图3 灰水外排管线结垢情况 表1 灰水外排管线工艺参数
电磁流体处理方案 电磁流体处理设备于2021年1月22日安装在灰水外排管线出口，2021年2月22日投入使用，设备现场安装情况如图4所示。
图4 电磁流体设备现场安装情况 应用效果 2021年7月13日，该系统已经运行了近5个月，通过DCS中控系统数据反馈，得到的情况如下： 表2 安装情况对比
上表数据显示，电磁流体处理系统投入运行后，两个采样节点相差4个月，开启4台低压灰水泵的情况下，泵送压力和流量均未出现下降，状况较好。
图5 外排流量和外排压力趋势总体平稳 图6 采样点（3月9日）流量和压力情况 图5 采样点（7月13日）流量和压力情况 排黑管线应用 排黑管线是指从激冷室到高压闪蒸这段管线。由于激冷水水质差、温度高、固体杂质含量高的工况特点，会导致排黑管线极易出现结垢而导致流通截面减小，排量减小等问题，严重时影响生产。现场调研了解到，排黑管线一般运行两个烧嘴周期，垢层厚度能达到5mm左右，严重时垢层厚度可达20-30mm，如图6所示，垢质坚硬，十分难清洗。 图6 排黑管线结垢情况 表3 排黑管线工艺参数
电磁流体处理方案 经现场调研确认，电磁流体处理设备于2021年1月22日安装在激冷室排黑管线出口，2021年2月13日气化炉开车时随即投入使用，设备现场安装情况如图2所示。
图7 电磁流体设备现场安装情况 运行情况 2021年7月1日，该气化炉已经运行接近两个烧嘴周期（135天），停炉检修现场打开排黑管线检视该电磁流体处理方案的实际处理效果，收集相关数据与安装前的运行情况进行对比，如表4所示。管道内壁结垢情况前后对比如图8所示，垢片厚度对比如图所示。 表4 安装情况对比
图8 安装前（左图）后（右图）管道内壁对比情况 图9 安装前（左图）后（右图）垢片厚度对比情况 激冷水应用 该装置在一个烧嘴周期(2-3个月)切换后，激冷环压差通常会由 0.1Mpa 左右上升至 0.6Mpa 左右，继续运行至两个烧 嘴周期(5-6个月)，激冷环压差会上升至 0.8Mpa 甚至更高 煤制氢气化炉的激冷环是通过均布在φ1181的环面中36个φ16 小孔，将 约400m3/h 流量的激冷水分布于激冷水环，经由环隙螺旋状流出至水煤气下降 管，形成均匀的水膜，从而冷却高温水煤气，保护下降管并激冷熔渣。因此，激冷环的水膜是气化炉运行的关键控制，一旦环孔堵塞，水膜不均，将严重影响气化炉设备的安全。 由于煤气化激冷工艺的激冷水水质，是高硬度弱碱性水质工况。高浓度的钙 镁离子在温度 230°C，极其容易在管线和设备内部产生坚硬的矿物垢层。在烧嘴 切换的过程期间，激冷水系统的温度由 230°C降至常温，压力由 6.0Mpa 降为负 压。管道内大量垢片冷脆剥落，在第二次开车投炉后，系统的弯头、阀道等多处 部位易发生垢片堵塞问题。严重的情况下甚至造成激冷环堵塞、水膜偏流，水量 下降，以至于无法满足正常的水流量。最为直接的表征就是激冷环压差。按照运 行参数，若激冷环压差超过 1Mpa，激冷水泵将无法满足扬程需求，会造成系统 激冷水量不足，必须停炉检修。 经过考察调研，于 2018 年 9 月 24 日 引进了荷兰 Scalewatcher 公司工业电磁除防垢系统。该系统于 2018.10.5 在 1 系列气化炉第一烧嘴周期的激冷水系统投入试运行。2018.12.29 日进入第二烧 嘴周期，激冷环压差由0.12Mpa 上升至 0.23Mpa。相比原来在无电磁除垢系统 的 3 系列的第二烧嘴周期 0.65Mpa 的激冷环压差状况(见图 10-12)，有了非常显著的差异效果。 原计划于 2019 年 3 月 25 日进行 1 系列检修而第二烧嘴周期实际运行至 2019 年 4 月 14 日，由于该系列装置运行参数良好，经过主管领导批准决定更换第三只烧嘴，进行第三烧嘴周期运行。1 系列于 4 月 15 日进入第 3 烧嘴周期， 此时激冷环压差波动较大，最终稳定在 0.73Mpa左右，各参数满足继续运行要 求(见图13-14)。由于企业计划 5 月中旬进行全厂大修，1 系列气化装置于 5 月 13 日结束第三烧嘴周期运行(运行阶段参见表5)，2 系列和 3 系列也同时停炉检修。 表 5 一系列第一烧嘴周期的激冷水量与激冷环压差
1 系列气化装置自 2018 年 10 月 5 日采用 Scalewatcher 电磁除垢系统以来， 经过近 3 个烧嘴周期共计 230 天的运行，效果良好。无电磁防垢系统的 2 系列 和 3 系列，只能运行 2 个烧嘴周期。相比于 2 系列和 3 系列，我们认为使用 Scalewatcher 电磁防垢系统的 1 系列具有以下优势: (1) 激冷环压差更低 (2)激冷水过滤器压差更低 (3)本次 1 系列显著延长了装置运行周期 30 天以上，减少了系列检修次数1次 (4)水系统内的垢质松软极易清洗，缩短了检修清洗时间
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