总碱偏低及总铁偏高对循环水的危害和应对措施

熊 烨，董永志，闫 岩，王向明

(1.中海石油化学股份有限公司，北京 100029 ；2.中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江 鹤岗 154100；3.天津正达科技有限责任公司，天津 300131)

中海石油华鹤煤化有限公司年产30万t合成氨、52万t尿素，项目配套循环冷却水系统设计最大循环水量50000 m3/h，系统保有水量20000 m3，采用小鹤立河水库水作为原水，处理后作为循环水补充水(即生消水)。循环水补充水的水质见表1。

表1 补充水水质分析

该水源属于典型的低碱、低硬、强腐蚀性水质，水体色度较高。

1 总碱度偏低的原因及对循环水系统的危害

循环水以5倍浓缩倍数运行时，总碱度长期处于偏低的状态(总碱度≤100 mg/L)，最低时低至70 mg/L左右。造成此种现象的原因主要有以下几种可能：

(1)补水总碱长期偏低；

(2)尿素企业由于氨类物质的存在，循环水不可避免的会吸收一定比例的氨氮，在细菌和溶解氧的作用下会反应生成硝酸等酸性物质，消耗循环水的总碱，进而导致pH值降低；

(3)循环水流经区域内可能存在的微小渗漏，同样也会引入可能消耗总碱的物质；

(4)氧化性杀菌剂水解及微生物滋生也会消耗少量总碱。

总之，补水总碱长期偏低，加之以上因素的综合影响，造成循环水总碱长期达不到运行方案要求。

循环水长期总碱度偏低，在很大程度上加大水体的腐蚀倾向，造成换热器及管道腐蚀加快。目前循环水处理行业采用的缓蚀阻垢剂无论有磷还是无磷，均为偏碱性运行条件(8.3～9)的缓蚀阻垢药剂，在药剂作用机理上均需要总碱度及钙硬配合,所以，在系统钙硬本身较低的条件下，保证循环水总碱度达到合格水平显得格外重要。

2 总铁浓度偏高的原因及对循环水系统的危害

循环水系统补充水总铁偏高呈现出明显的季节性，每年7月下旬至9月是补充水总铁浓度最高的时段，其原因是水库库区每年秋冬季积累的腐质物随着春夏季节温度的逐步升高，腐烂产生腐殖酸进入水体中，对流经矿层及原水管线中的铁元素产生侵蚀，产生大量的铁离子随补水进入厂区水池。原水及补充水总铁的变化趋势见图1、图2。

图1 原水总铁变化趋势

图2 补充水总铁变化趋势

国标中要求循环水系统的总铁要控制在1 mg/L以内，而每年7～9月，补充水总铁就已经超过该要求，按照循环水浓缩倍数5倍计算，若不采取对应措施，循环水总铁将达到5 mg/L以上，相当于国标要求的5倍以上。

铁在循环水中通常以胶体和离子(Fe2+、Fe3+)2种形式存在，总铁长期偏高会给循环水系统带来多方面的危害：

(1)胶态铁能够稳定地悬浮在水中，但在受热或者电荷作用条件下，胶体稳定性会被破坏进而凝聚沉积，而胶体本身的吸附作用将放大这种影响，最终在换热器表面或者流速低处形成污垢淤积，堵塞系统并造成污垢下腐蚀。

(2)亚铁离子(Fe2+)是铁细菌繁殖的营养源，铁细菌会使亚铁化合物氧化成三价的氢氧化铁胶体或沉淀，并产生大量的棕色粘泥，导致设备和管道点蚀和锈瘤的形成、水体浑浊。

(3)循环水系统中产生的钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀，其总反应式为：

在溶解氧等氧化性物质的作用下将继续发生如下反应：

Fe(OH)2→Fe(OH)3↓

三价铁不断形成氢氧化铁沉淀物，将会促进反应不断进行，进而加速了金属铁溶解为二价铁，给碳钢设备和管路的带来持续性腐蚀威胁。

3 水处理应对措施

3.1 定期补加纯碱

为了有效缓解循环水总碱度偏低的问题，循环水系统采用定期补加纯碱的方法，根据水体的总碱度水平，一次性补入水池，纯碱投加后，系统的总碱度呈现出缓慢衰减的过程，循环水总碱度的变化趋势见图3。

图3 补加纯碱后循环水总碱度变化趋势

循环水采用补加纯碱后，虽然总碱度仍有短时低于100 mg/L的情况，但总体来说可以满足水处理方案实施的要求。该方案与缓蚀阻垢剂的配合使用，有效抑制了系统的腐蚀倾向。

3.2 总铁偏高处理措施

3.2.1 循环水投加除铁剂

当循环水长时间总铁偏高时，在旁滤器进水管投加一定浓度的除铁剂，并延长旁滤器反洗时间或增加反洗频率。此种方案对于循环水总铁的控制效果显著，在补水总铁达到5 mg/L左右时，仍能保证循环水总铁浓度控制在标准要求范围(总铁≤1mg/L)[1]内。图4为2017年9月4日开始投加除铁剂后循环水总铁的变化趋势。

图4 除铁剂投加后循环水总铁变化趋势

3.2.2 原水絮凝剂投加点调整

为了有效降低补充水的总铁浓度，经过改造，将絮凝剂的投加点前移至原水管线加压泵站。此种方案增加了絮凝剂与原水的混合效果并延长了絮凝作用时间，运行结果表明，此种方案对于降低补充水中的总铁含量作用明显。

3.2.3 缓蚀阻垢剂的优化升级

为应对总铁偏高对于腐蚀、沉积的影响，天津正达科技有限责任公司在原水处理方案基础上进行了大量的实验研究，不断优化，并及时将各项措施逐步落实，保证了循环水系统的安全稳定运行。

4 结论

循环水是工业生产的血液系统，是生产安全运行的重要保障。循环水系统克服了总碱度偏低、总铁偏高等等难题，实现了循环水水质稳定及换热器的安全运行。