總堿偏低及總鐵偏高對循環(huán)水的危害和應(yīng)對措施

熊 燁，董永志，閆 巖，王向明

(1.中海石油化學(xué)股份有限公司，北京 100029 ；2.中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江 鶴崗 154100；3.天津正達科技有限責(zé)任公司，天津 300131)

中海石油華鶴煤化有限公司年產(chǎn)30萬t合成氨、52萬t尿素，項目配套循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計最大循環(huán)水量50000 m3/h，系統(tǒng)保有水量20000 m3，采用小鶴立河水庫水作為原水，處理后作為循環(huán)水補充水(即生消水)。循環(huán)水補充水的水質(zhì)見表1。

表1 補充水水質(zhì)分析

該水源屬于典型的低堿、低硬、強腐蝕性水質(zhì)，水體色度較高。

1 總堿度偏低的原因及對循環(huán)水系統(tǒng)的危害

循環(huán)水以5倍濃縮倍數(shù)運行時，總堿度長期處于偏低的狀態(tài)(總堿度≤100 mg/L)，最低時低至70 mg/L左右。造成此種現(xiàn)象的原因主要有以下幾種可能：

(1)補水總堿長期偏低；

(2)尿素企業(yè)由于氨類物質(zhì)的存在，循環(huán)水不可避免的會吸收一定比例的氨氮，在細(xì)菌和溶解氧的作用下會反應(yīng)生成硝酸等酸性物質(zhì)，消耗循環(huán)水的總堿，進而導(dǎo)致pH值降低；

(3)循環(huán)水流經(jīng)區(qū)域內(nèi)可能存在的微小滲漏，同樣也會引入可能消耗總堿的物質(zhì)；

(4)氧化性殺菌劑水解及微生物滋生也會消耗少量總堿。

總之，補水總堿長期偏低，加之以上因素的綜合影響，造成循環(huán)水總堿長期達不到運行方案要求。

循環(huán)水長期總堿度偏低，在很大程度上加大水體的腐蝕傾向，造成換熱器及管道腐蝕加快。目前循環(huán)水處理行業(yè)采用的緩蝕阻垢劑無論有磷還是無磷，均為偏堿性運行條件(8.3～9)的緩蝕阻垢藥劑，在藥劑作用機理上均需要總堿度及鈣硬配合,所以，在系統(tǒng)鈣硬本身較低的條件下，保證循環(huán)水總堿度達到合格水平顯得格外重要。

2 總鐵濃度偏高的原因及對循環(huán)水系統(tǒng)的危害

循環(huán)水系統(tǒng)補充水總鐵偏高呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，每年7月下旬至9月是補充水總鐵濃度最高的時段，其原因是水庫庫區(qū)每年秋冬季積累的腐質(zhì)物隨著春夏季節(jié)溫度的逐步升高，腐爛產(chǎn)生腐殖酸進入水體中，對流經(jīng)礦層及原水管線中的鐵元素產(chǎn)生侵蝕，產(chǎn)生大量的鐵離子隨補水進入廠區(qū)水池。原水及補充水總鐵的變化趨勢見圖1、圖2。

圖1 原水總鐵變化趨勢

圖2 補充水總鐵變化趨勢

國標(biāo)中要求循環(huán)水系統(tǒng)的總鐵要控制在1 mg/L以內(nèi)，而每年7～9月，補充水總鐵就已經(jīng)超過該要求，按照循環(huán)水濃縮倍數(shù)5倍計算，若不采取對應(yīng)措施，循環(huán)水總鐵將達到5 mg/L以上，相當(dāng)于國標(biāo)要求的5倍以上。

鐵在循環(huán)水中通常以膠體和離子(Fe2+、Fe3+)2種形式存在，總鐵長期偏高會給循環(huán)水系統(tǒng)帶來多方面的危害：

(1)膠態(tài)鐵能夠穩(wěn)定地懸浮在水中，但在受熱或者電荷作用條件下，膠體穩(wěn)定性會被破壞進而凝聚沉積，而膠體本身的吸附作用將放大這種影響，最終在換熱器表面或者流速低處形成污垢淤積，堵塞系統(tǒng)并造成污垢下腐蝕。

(2)亞鐵離子(Fe2+)是鐵細(xì)菌繁殖的營養(yǎng)源，鐵細(xì)菌會使亞鐵化合物氧化成三價的氫氧化鐵膠體或沉淀，并產(chǎn)生大量的棕色粘泥，導(dǎo)致設(shè)備和管道點蝕和銹瘤的形成、水體渾濁。

(3)循環(huán)水系統(tǒng)中產(chǎn)生的鋼鐵腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，其總反應(yīng)式為：

在溶解氧等氧化性物質(zhì)的作用下將繼續(xù)發(fā)生如下反應(yīng)：

Fe(OH)2→Fe(OH)3↓

三價鐵不斷形成氫氧化鐵沉淀物，將會促進反應(yīng)不斷進行，進而加速了金屬鐵溶解為二價鐵，給碳鋼設(shè)備和管路的帶來持續(xù)性腐蝕威脅。

3 水處理應(yīng)對措施

3.1 定期補加純堿

為了有效緩解循環(huán)水總堿度偏低的問題，循環(huán)水系統(tǒng)采用定期補加純堿的方法，根據(jù)水體的總堿度水平，一次性補入水池，純堿投加后，系統(tǒng)的總堿度呈現(xiàn)出緩慢衰減的過程，循環(huán)水總堿度的變化趨勢見圖3。

圖3 補加純堿后循環(huán)水總堿度變化趨勢

循環(huán)水采用補加純堿后，雖然總堿度仍有短時低于100 mg/L的情況，但總體來說可以滿足水處理方案實施的要求。該方案與緩蝕阻垢劑的配合使用，有效抑制了系統(tǒng)的腐蝕傾向。

3.2 總鐵偏高處理措施

3.2.1 循環(huán)水投加除鐵劑

當(dāng)循環(huán)水長時間總鐵偏高時，在旁濾器進水管投加一定濃度的除鐵劑，并延長旁濾器反洗時間或增加反洗頻率。此種方案對于循環(huán)水總鐵的控制效果顯著，在補水總鐵達到5 mg/L左右時，仍能保證循環(huán)水總鐵濃度控制在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍(總鐵≤1mg/L)[1]內(nèi)。圖4為2017年9月4日開始投加除鐵劑后循環(huán)水總鐵的變化趨勢。

圖4 除鐵劑投加后循環(huán)水總鐵變化趨勢

3.2.2 原水絮凝劑投加點調(diào)整

為了有效降低補充水的總鐵濃度，經(jīng)過改造，將絮凝劑的投加點前移至原水管線加壓泵站。此種方案增加了絮凝劑與原水的混合效果并延長了絮凝作用時間，運行結(jié)果表明，此種方案對于降低補充水中的總鐵含量作用明顯。

3.2.3 緩蝕阻垢劑的優(yōu)化升級

為應(yīng)對總鐵偏高對于腐蝕、沉積的影響，天津正達科技有限責(zé)任公司在原水處理方案基礎(chǔ)上進行了大量的實驗研究，不斷優(yōu)化，并及時將各項措施逐步落實，保證了循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)論

循環(huán)水是工業(yè)生產(chǎn)的血液系統(tǒng)，是生產(chǎn)安全運行的重要保障。循環(huán)水系統(tǒng)克服了總堿度偏低、總鐵偏高等等難題，實現(xiàn)了循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定及換熱器的安全運行。