循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行分析及處理措施

竇宏劍

（靈石中煤化工有限責(zé)任公司，山西靈石031300）

我公司在靈石中煤焦化循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園利用中煤九鑫焦化公司生產(chǎn)焦炭的剩余焦?fàn)t煤氣建設(shè)年產(chǎn)180 kt合成氨、300 kt尿素項目。循環(huán)水系統(tǒng)主要供壓縮、聯(lián)合凈化、氨合成、空分等裝置的設(shè)備使用。循環(huán)水水質(zhì)一旦出現(xiàn)異常波動且無法在線處理，會導(dǎo)致全廠停工檢修的嚴(yán)重后果。通過近年來的實踐和摸索，我們總結(jié)了一些控制措施，循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好。

1 循環(huán)水運(yùn)行現(xiàn)狀及存在問題

由于冷卻水不斷循環(huán)使用，水溫升高、蒸發(fā)、流速變化、各種無機(jī)離子（如Ca2+、Cl-等）和有機(jī)物質(zhì)的濃縮，使得循環(huán)水中懸浮物和溶解固體相應(yīng)增加。空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及換熱設(shè)備物料（氨、MEDA溶液等）泄漏，均進(jìn)入循環(huán)冷卻水，使換熱設(shè)備結(jié)垢、腐蝕，降低了傳熱效率，甚至使多臺設(shè)備管道腐蝕穿孔，造成生產(chǎn)系統(tǒng)被迫停工檢修。

1.1 揚(yáng)塵大環(huán)境惡劣

我公司循環(huán)水系統(tǒng)（敞開式）距離中煤九鑫公司的煤場不足50m，冷卻塔北邊不足15m處為中煤九鑫公司的主運(yùn)輸煤道，空氣中含有大量粉塵。循環(huán)冷卻水反復(fù)與大量工業(yè)空氣接觸，洗滌下大量工業(yè)粉塵最后被帶入循環(huán)水中，使水中懸浮物含量增高，這些懸浮物會因流速改變而沉積在換熱設(shè)備和管道中，影響熱交換效果。

1.2 微生物的滋生與污垢

微生物既能促進(jìn)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中污垢沉淀，又能引起腐蝕，導(dǎo)致水冷器腐蝕穿孔。我公司起初使用的是無磷緩蝕阻垢劑，菌藻粘泥導(dǎo)致大量繁殖。這些物質(zhì)沉積在換熱設(shè)備和管道的表面，降低了換熱效率，同時微生物腐蝕也給系統(tǒng)帶來嚴(yán)重危害；另外，菌藻粘泥附著于設(shè)備表面后，影響了緩蝕阻垢劑在設(shè)備表面形成保護(hù)膜。大量滋生的細(xì)菌和藻類會大大增加殺菌滅藻劑的使用量和水處理費(fèi)用。

在循環(huán)水系統(tǒng)中，鹽類的濃度隨蒸發(fā)濃縮而增加。當(dāng)其濃度呈過飽和狀態(tài)時，會以水垢形態(tài)析出沉積在水冷器表面，其導(dǎo)熱性能降低至≤1.24W/（m.K）（鋼材一般為45W/（m.K））。嚴(yán)重時換熱設(shè)備阻力使堵塞增加，水泵和冷卻塔效率下降、能耗增加、局部腐蝕，甚至導(dǎo)致被迫停產(chǎn)。

1.3 管線堵塞

由于循環(huán)水冷卻塔填料老化，碎片進(jìn)入水體中，使換熱器、管道堵塞，從而降低了換熱器的冷卻效果。

1.4 旁濾處理效率低，水質(zhì)波動大

1.5 工藝設(shè)備泄漏，水質(zhì)污染嚴(yán)重

由于冷卻系統(tǒng)中各換熱器等設(shè)備長周期運(yùn)行，已導(dǎo)致多次工藝介質(zhì)（氨、MEDA溶液等）外泄。當(dāng)有氨氮泄漏時，由于NH4+的存在，會發(fā)生硝化和反硝化反應(yīng)。亞硝酸菌將水中的NH3-N轉(zhuǎn)化為NO2-，而硝酸菌將NO2-轉(zhuǎn)化為 NO3-。將1mg的NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-需4.57mg氧，同時消耗約7.14mg重碳酸鹽堿度(以CaCO3計)。因此，硝化反應(yīng)會導(dǎo)致水中堿度迅速降低，當(dāng)堿度不足會導(dǎo)致pH下降，進(jìn)而腐蝕管道、設(shè)備。氨的進(jìn)入使得硝化菌、亞硝化菌等迅速繁殖，從而帶來一系列的危害，如濁度升高、粘泥量增加、堵塞噴頭和填料、設(shè)備局部腐蝕，影響生產(chǎn)安全，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。循環(huán)水水質(zhì)分析結(jié)果見表1。

2 循環(huán)水系統(tǒng)技改措施

2.1 水處理設(shè)施改造

（1）消除管道堵塞源。在循環(huán)水池內(nèi)出水管道口處安裝不銹鋼篩網(wǎng)；另外，在日常管理上及時清除池面塑料袋、昆蟲尸體等雜物，從而降低雜物堵管的可能。

（2）更換部分冷卻塔填料及噴頭。為增強(qiáng)冷卻效果，2014年全廠檢修時，對冷卻塔內(nèi)部分破損、變形的填料（PVC折板波紋型）進(jìn)行更換，同時更換冷卻塔內(nèi)堵塞噴頭，改造塔內(nèi)配水渠的噴淋管線，使冷卻塔水流分布均勻、阻力降低。

表1 2013年泄漏前后循環(huán)水分析數(shù)據(jù)（mg/L）

表2 2014年合成循環(huán)水分析數(shù)據(jù)

（3）粘泥清理。循環(huán)水系統(tǒng)長周期運(yùn)行，冷卻塔水池底部積累了大量的淤泥。2014年全廠檢修時，徹底清理了池底淤泥，對循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備、管線進(jìn)行清洗，微生物生長得到了有效控制。

（4）加強(qiáng)旁濾裝置處理效果。為保證循環(huán)水中懸浮物濃度小于20mg/L，系統(tǒng)增置旁濾裝置，將循環(huán)水總量的3%～5%進(jìn)行過濾。由循環(huán)水出口給水管道至過濾器接一根管道進(jìn)行旁濾，過濾后的旁濾水直接進(jìn)入循環(huán)水水池，保證系統(tǒng)循環(huán)水質(zhì)的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 清洗預(yù)膜

針對循環(huán)水系統(tǒng)垢下腐蝕嚴(yán)重及粘泥生長過快的情況，2014年元月對系統(tǒng)進(jìn)行了不停車化學(xué)清洗，采取大量排污置換，清洗后進(jìn)行36 h預(yù)膜。2014年底循環(huán)水掛片檢測腐蝕結(jié)果：2007號碳鋼掛片腐蝕率0.005mm/a，國標(biāo)0.075mm/a；2001號不銹鋼掛片腐蝕率0mm/a，國標(biāo)0.005mm/a。

2.3 選擇優(yōu)質(zhì)藥劑，及時調(diào)整配方

循環(huán)水系統(tǒng)試用全有機(jī)膦復(fù)合配方，生物粘泥、冷卻設(shè)備結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象得到明顯改善。同時，為防止水中異養(yǎng)菌升高，先后對殺菌劑配方多次調(diào)整更換，季胺鹽類非氧化性殺生劑與氧化性殺生劑交替使用，達(dá)到了很好的殺菌效果，異養(yǎng)菌數(shù)量最高為1.0×105個／mL，最低為0.3×105個／mL。

2.4 消除泄漏，杜絕污染

由于泄漏，聯(lián)合凈化、壓縮、氨合成的工藝介質(zhì)（NH3、H2S、CO2、H2）及油污進(jìn)入循環(huán)冷卻水，為細(xì)菌生長提供大量生物粘泥，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。為防止工藝介質(zhì)泄漏，我們定時對循環(huán)冷卻水總堿度、pH、氨氮等項目進(jìn)行分析，及時了解各換熱設(shè)備是否有泄漏情況，確保工藝介質(zhì)不進(jìn)入循環(huán)冷卻水中。

2.5 漏氨情況下的循環(huán)水控制措施

（1）循環(huán)水系統(tǒng)漏氨時，首先應(yīng)根據(jù)具體情況，盡可能切斷氨源或減少進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)的氨量，以減少氨對系統(tǒng)造成的危害。

（2）加強(qiáng)微生物的日常監(jiān)測，注意系統(tǒng)中NH4+、堿度、NO2-、NO3-的變化情況，發(fā)現(xiàn)異常時及時調(diào)整藥劑配方，防止水質(zhì)惡化造成水處理費(fèi)用大幅增加。

（3）氨漏入時，為更好控制循環(huán)水中微生物繁殖，應(yīng)交替使用氧化性和非氧化性殺菌劑。漏氨時建議采用非氧化性殺菌劑，其殺菌效果明顯優(yōu)于氧化性殺菌劑。

（4）漏氨后水質(zhì)嚴(yán)重惡化，為減少粘泥在循環(huán)水中的濃度，應(yīng)增加排污、補(bǔ)充水量置換循環(huán)水系統(tǒng)，從而降低對水冷設(shè)備的危害，維持低濃縮倍數(shù)（2.3～2.8）下操作。加大旁濾器處理量，增加旁濾器反沖洗頻次。

（5）開備用泵，循環(huán)水加大流速,降低溫度，可減少微生物的生長和沉積。添加剝離劑控制微生物沉積,促使粘泥變得疏松,失去粘性,使其難以在循環(huán)水中沉積。

3 結(jié)論

經(jīng)過一系列整改，循環(huán)冷卻水水質(zhì)明顯改善（見表2）。目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，水質(zhì)達(dá)到國家腐蝕率標(biāo)準(zhǔn)（碳鋼≤0.075mm/a）及Ⅱ級水濁度要求（≤20mg/L）。濃縮倍數(shù)控制在2～4，很大程度降低了設(shè)備、管道的腐蝕率和藥劑消耗，提高了生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行周期和能力，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果?！?/p>