循环水应用技术管理与优化控制分析

石 磊，刘大勇

(1.吉林石化公司 有机合成厂，吉林 吉林 132000；2.吉林吉大化肥有限公司，吉林 吉林 132000)

我国工业冷却水约占工业总用水量的50%～80%[1],如何利用好工业冷却水形成正常的循环系统，成为循环水管理的突破点.循环水管理的关键之一是如何做好循环冷却塔的优化运行，提升浓缩倍数，达到节水目的.浓缩倍数是循环冷却水系统运行一项重要参数，它是循环冷却水与补充水含盐量的比值[2].是宏观表示循环冷却水系统中盐量平衡时重要水质指标.循环水场运行优化主要体现在浓缩倍数控制和优化上.二是做好循环水水质的控制，确保各项离子达标控制，降低腐蚀离子浓度，防止换热设备与管路结垢和腐蚀[1].为此循环水应用技术管理和优化控制显得成为重要.

1 本厂循环水现状情况

本厂循环水场共带10套装置、204台循环水换热器，分1#、2#水场.2#水场于2003年建成，带3套新装置，装置无泄漏，水场较小，水质情况较好，达到优化运行条件.1#水场带7套大装置，换热器常发生泄漏给水质带来较大的冲击，水质存在不稳定性，碱度、pH值较低，系统需加碱处理.同时换热器泄漏菌类滋生严重，造成水场粘泥物增多，浊度增高，需定期投加氧化性杀菌剂、冲击性投加非氧化性杀菌剂、剥离剂进行杀菌处理.由于1#水场于1978年1月动工，1981年5月投产，运行周期已达40年(冷却塔结构设计使用年限应为50年[3]).水场初步设计时保有水量较大，保有水量与循环水量接近1︰1，水场浓缩倍数偏低，水场运行经济性与2#水场相比存在差距.针对1#水场上述瓶颈问题，提出循环水水质技术优化措施，通过异常分析及处理对策，从循环水水质管理上进行控制，遏制循环水菌类滋生，改善水质品质.

1.循环水场控制：1#水场工艺控制稳定，累计运转12台水泵，供水温度、供水压力达到生产装置工艺要求，给、回水温差在4～5 ℃，供水压力达到0.50 MPa，能够满足生产工艺要求，但节电上缺少经济性.

2.腐蚀数率对比：循环水场腐蚀数率均低于国家控制标准≤0.075 mm/a[4]，合金钢≤0.050 mm/a[4]通过模拟换热器腐蚀数率数据可以看出，水质各项指标达到控制要求，1#水场腐蚀数率控制值高于2#水场腐蚀数率,腐蚀倾向大于2#水场.1#水场水质腐蚀上还有待于进一步提高.

表1 月份腐蚀数率数值与控制值比较关系

腐蚀效率图1 月份腐蚀数率数值与控制值对比关系曲线

从图1可以看出1#水场腐蚀数率达到控制要求，高于2#水场，腐蚀倾向高于2#水场.

3.循环水质漏按：一是1#水场存在漏氨，造成碱度偏低，需长期加碱进行处理.pH值偏低，粘泥物增多，腐蚀倾向加剧.(反映水质腐蚀趋势，主要通过饱和指数、稳定指数、结垢指数来判断其结垢和腐蚀[5]，通过结垢指数P.S.I=2pHs-pHeq<6时，结垢.P.S.I=2pHs-pHeq=6时，不结垢、不腐蚀；P.S.I=2pHs-pHeq>6时，腐蚀.通过计算结构指数，判定1#水场属于易腐蚀结构.

图2 本厂漏氨渠道内粘泥物滋生繁殖

4.水场流速偏低：本厂有20台换热器流速低于0.5 m/s，达不到控制要求，造成易结构和腐蚀.(循环水流速：循环冷却水水管程流速应大于1.0 m/s[6]；循环冷却水壳程流速应大0.3 m/s[6]).换热器流速低于0.5 m/S换热器堵塞严重，腐蚀结构严重.

5.1#水场浓缩倍数偏低：与设计保有水量过大有关；同时循环水存在一定泄漏，各项损失较大，造成水质浓缩倍数进一步降低.

图3 换热器管腐蚀

浓缩倍数数据对比图4 月份浓缩倍数数值与控制值对比关系曲线

从图4可以看出，1#水场浓缩倍数偏低，与同行业有一定差距.

2 循环水场优化控制

1.节电控制上：水场根据季节变化，调整泵运行台数:1#循环水场循环水泵根据季节变化进行及时调整，采取冬季10台泵运行，夏季12台泵运行，达到节电目的，月创益32～35万元.水场根据天气情况及时调整挡风板，确保水温控制在18～25 ℃，达到生产装置运行需要.但拆挂挡风板调整水温，自动化水平低.

2.节水措施：实现循环水零排污，降低补水量控制.1#水场补水量由原来的400 t/h降低至250～300 t/h，补水率从1.5-2.2降至1.05-1.1，节约价值40～60万元.

3.水质定期管理：水场每年7月份定期进行一次化学清洗、预膜操作:对换热器进行彻底的清洗及预膜，确保换热器生成保护膜，防止换热器的腐蚀和结垢.(碳钢系统中基本采用磷系预膜，特别是磷-锌复合预膜剂应用最广[1]).1#水场化学清洗效果较好，锈片除锈率93.47%；预膜形成彩膜，滴定时间42 s，达到硫酸铜滴定≥10秒控制要求.水场每年进行3次的杀菌、杀菌剥离:投加非氧化性杀菌剥离剂，有效的进行系统的杀菌、剥离效果明显，杀菌率97.26%.杀生剂可分为氧化性杀生剂和非氧化性杀生剂[2].水场以氧化性杀菌剂为主，每周投加2次，非氧化性杀菌剂以冲击性方式投加，进一步杀死产生耐药性的细菌，效果较好.

4.水场实现全自动加药:根据电导率计算浓缩倍数实现缓蚀剂和阻垢剂的自动投加.通过计算程序，实现加药泵全自动控制，缓蚀剂和阻垢剂浓度有效控制，实现水质优化受控.

5.循环水在管理上总结出“四步”巡检法:“一看、二嗅、三摸、四分析”，一看：接班后由循环水岗位班长对循环水外观(水的颜色)进行观察；二嗅：接班后由循环水岗位人员对循环水味道进行闻味(在吸水池人孔处闻水是否有物料味)；三摸：清洗渠道滤网时用手摸一摸污泥是否滑(滑证明有生物粘泥产生，需进行杀菌处理)；四分析：对循环水主要攻关数据进行分析(分析数据变化趋势)，根据分析结果及时准确调整加药量，做到药剂量跟踪到位，水质控制监测到位.

6.加强腐蚀倾向控制：一是通过投加缓蚀剂遏制腐蚀加剧；二是通过加碱提高pH值，使pH值达到7.5～8.0；三是提高硬度和碱度，碳钢腐蚀速度小；四是控制氯离子控制<300 mg/L,降低腐蚀穿透能力，降低腐蚀；五是降低悬浮物<30 mg/L，降低局部腐蚀.现水场一是旁滤系统已投用，降低悬浮物；二是加强化工装置换热器的排查，降低泄漏，降低COD含量，降低厌氧菌滋生繁殖；三是加大杀菌剂用量，余氯控制在0.1～0.5 mg/L,降低微生物量，降低异养菌、铁细菌和硫酸盐还原菌及真菌的产生；四是对8台换热器流速低于0.5 m/s的换热器进行更新.(水流速控制在0.9～1.2 m/s，金属腐蚀最小[5].)

7.控制各项损失，减少补水量：在循环冷却水系统中，补充水量=排水量+蒸发损失水量+风吹损失量+漏失水量[2].其中蒸发损失量与进、出口水温及蒸汽损失系数有关，这与水场设计参数有关，很难进行控制.但其它损失量均能进行控制.降低补水量，就是减少排污量、减少泄漏量，减少风吹损失.而减少排污量，就是要保证水厂有较高的浓缩倍数.本厂2#水场补充水量60 t/h，其中系统无泄漏大，浓缩倍数平均4.5，系统正常无排放水量，系统运行较为优化.现1#水场以采取措施提高浓缩倍数.

3 1#循环水场存在问题原因分析及处理措施

3.1 循环水场碱度呈下降趋势，系统需加碱进行处理

本厂1#水场循环水碱度呈缓慢下降趋势，主要原因是氨泄漏.当循环水系统漏氨时，在硝化菌群的作用下，NH3发生硝化反应，产生大量的亚硝酸根NO2-和硝酸根NO3-，使循环水的pH值、碱度降低加氯失效[2]，对设备产生腐蚀，同时为系统微生物群创造了更加合适的生长条件，使它们快速繁殖，导致循环水浊度增大，粘泥量明显增加异养菌超标.

采取措施：

1.提高冷却水的pH值或采用碱性冷却水处理可以抑制循环冷却水系统中金属腐蚀[5].本厂通过加碳酸钠来维持循环水碱度在40～50 mg/L，每年加碱平均在25～30 t.

2.增加氯片投加量，进行系统杀菌.

3.投加非氧化性杀菌剂，提高杀菌效果，防止菌藻繁殖.

4.投加杀菌剥离剂，剥离系统产生的粘泥防止粘泥物滋生.

5.进行系统化学清洗、预膜.

3.2 1#水场浓缩倍数偏低：

中石油企业浓缩倍数控制>4.0，但1#循环水场浓缩倍数在2.1-2.5浓缩倍数偏低原因：

1.1#水场蒸发量较低，给水、回水温差3～4 ℃.

2.1#水场保有水量3.3万吨，循环水量3.5万吨/h，循环水量与保有水量的比例接近于1︰1，循环水蒸发浓缩后离子被保有水量稀释，循环水中各离子浓度降低.

3.循环水系统存在一定的泄漏，循环水流失，补水量增大，造成浓缩倍数进一步降低.

4.水场带装置较多，系统有一定泄漏，系统有一定排污，造成补水量进一步加大，浓缩倍数进一步降低.

浓缩倍数偏低采取措施：

(1)循环水系统查找泄漏源，切断泄漏点，实现水场零排污；

(2)各生产装置加强换热器运行管理，对于低流速换热器进行改造，降低设备腐蚀泄漏，减少泄漏频次.

(3)两个水场旁滤系统投用，增加处理量，降低悬浮物，降低循环水浊度，提升水质质量.1#水场均采用自动化砂滤系统，定期反冲洗，提升水质质量.旁滤池处理水量400 t/时左右，达到处理水量2.1%.(一般将循环系统中2%～5%的水量通过旁滤池后，再返回系统[2].)

(4)控制好加药量，降低微生物、异养菌量，降低循环水腐蚀数率，确保水质达标.

(5)查找地下循环水泄漏、各装置排放造成循环水的浪费.降低过滤水用量，提升循环水各离子浓度，增加浓缩倍数.

(6)1#水场通过上述查摆措施的实施，已降低补水量80～100 t/h，浓缩倍数已提升至3.0～3.5，水场优化运行效果明显.(浓缩倍数由3提高到5，即节约补充水量20%左右，减少排污量50%以上[6].)

4 循环水场提升下步管控措施

1.1#水场监测换热器进行更新改造.由于1#水场监测换热器已运行多年，很难达到实际现场模拟换热器效果，数据监测值还存在一定误差，监测换热器需要进行更新.

2.循环水场填料更换：1#水场填料2003年更换后一直未进行更新，现破损较严重，应进行更换.2#水场填料更换时间为2005年，填料有一定破损，换热器打开有黑色填料皮，对两个水场填料利用检修时间进行更换.在西欧、美国及日本等工业发达国家要求塑料填料的正常使用寿命为20年～25年.但我国填料很难达到上述使用寿命.主要是塑料片材不合格，采用劣质聚乙烯树脂，配方不当、片材中掺入过量的碳酸钙、增塑剂或掺入再生废旧塑料[3].

3.1#水场补水阀现手动进行现场开关，应建议改为气动调节阀：根据吸水池液位，控制室实现DCS自动调节.

4.1#水场建议采用先进技术，实现挡风板自动投加：每年冬季手动挂挡风板，工作量大，安全系数低，同时摘挂挡板造成水质浊度、铁变化较大，影响水质指标.温度发生变化，摘挂挡风板增加工作量，造成一定滞后，为此1#水场建议采用先进技术，实现挡风板自动投加.

5.两个水场循环水场杀菌剂固体氯片改为次氯酸钠运行，通过泵实现自动投加，降低环境污染，节约人工、成本费用.

5 循环水水质异常处理

1.查找泄漏源：为了防止换热器泄漏对循环水系统的污染，及时发现和及时处理是保证保证循环水系统高效平稳运行的关键.

2.制定泄漏处理方案：通过感官指标和检验指标的判定泄漏源，通过分析数据采取对应处理措施，实现加药果断，处理及时的效果.

表1 水质异常指标

3.水场回水线监测：通过监测回水指标、测爆分析查找泄漏源，切断泄漏源，缩短排查时间，及时切除泄漏换热器.

4.泄漏应急处理的技术：

(1)为了避免泄漏对系统造成的影响，循环水场具有应急处理措施及药剂贮备.

(2)发生泄漏时，应控制好循环水中微生物的过度繁殖，改用有针对性的杀菌剂进行定期杀菌剥离处理.

(3)具有强烈腐蚀性介质泄漏，尽早进行置换处理，必要时系统进行重新清洗和预膜处理，清洗和预膜阶段控制好系统pH值.

(4)系统发生腐蚀现象，应加大缓蚀剂投加量.同时进行大量置换排放，置换合格后，加大药剂量的投加.

(5) 如果系统产生泥垢沉积，要利用杀菌剂和剥离剂进行交替清洗.每个药剂运行时间超过48 h，进行大量置换排放，药剂投放量为正常浓度的1.5～2倍为宜.

6 结 论

通过循环水水质应用技术与优化管控，提高水场浓缩倍数，实现水质达标运行，确保水场达到同行业先进水平.从优化管理、数据分析、泄漏处理、措施与管理等方面阐述了提升循环水场优化调优的措施，对各类水场优化与管控有一定借鉴作用.