劉 沛，潘新明

（中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060）

循環(huán)冷卻水處理效果，直接影響煉化企業(yè)設(shè)備運行周期和穩(wěn)定性。同時在石化行業(yè)工業(yè)用水中，循環(huán)冷卻水用量約占全廠用水的80%。大力推廣循環(huán)冷卻水高濃縮倍數(shù)無磷技術(shù)，可以節(jié)約大量水資源，減少排污，具有很好的經(jīng)濟效益和環(huán)保效應(yīng)[1]。

1 循環(huán)冷卻水無磷技術(shù)應(yīng)用進展

目前冷卻水技術(shù)的主要發(fā)展趨勢在于最小化廢水排放，減少水耗及減少或消除含磷化合物的使用?！熬G色藥劑”的概念已被提出并成為21世紀水處理劑的發(fā)展方向，新型的緩蝕阻垢劑要圍繞性能、環(huán)境和經(jīng)濟三大目標，根據(jù)綠色化學(xué)原理和觀點來設(shè)計研究。由于研究成功的綠色阻垢劑和緩蝕劑很少，磷系緩蝕阻垢劑仍然是當今水處理劑的主流[2]。但磷系緩蝕劑易造成水體富營養(yǎng)化，隨著人們環(huán)境保護意識的增強，許多國家已經(jīng)開始限制磷的排放，無磷緩蝕阻垢劑是未來水處理劑的發(fā)展方向。國家污水綜合排放標準（GB8978-2002）對磷酸鹽和鋅鹽的排放具有嚴格的限制（見表1）。

表1 國家污水綜合排放標準

新型無磷阻垢劑具有更優(yōu)異的阻垢性能，高的鈣容忍度；耐氧化性，熱穩(wěn)定性，水解穩(wěn)定性；適用于高濃縮倍數(shù)下，長停留時間運行；聚合物在高劑量下對碳鋼有緩蝕效果，與鋅鹽具有協(xié)同緩蝕效應(yīng)，可以有效抑制碳鋼的腐蝕，組成的無磷水處理方案，可很好地應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。目前國內(nèi)已有一些大型石化行業(yè)采用無磷方案的實際應(yīng)用案例，如南京巴斯夫，BP賽科，中海殼牌，四川石化等[3]。

2 蘭州石化循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)和補水情況

蘭州石化公司石化廠為年產(chǎn)30×104t乙烯及配套化工項目，327循環(huán)水場主要供乙烯裂解裝置冷卻，循環(huán)量為11 000 m3/h，保有水量約5 000 m3。342循環(huán)水場主要供聚乙烯，聚丙烯等化工配套裝置冷卻。循環(huán)量為17 500 m3/h，保有水量約4 500 m3。換熱器材質(zhì)主要為碳鋼和少量不銹鋼，循環(huán)水管道為碳鋼。采用黃河水經(jīng)預(yù)處理后作為補充水，水質(zhì)指標（見表2）。

根據(jù)補水的水質(zhì)，對其碳酸鈣結(jié)垢和腐蝕趨勢進行了計算。在40℃時，補水的朗格列爾指數(shù)LSI為1.02，雷諾指數(shù)RSI約為6.27。由于補水具有中等鈣硬度、總堿度和pH值，故補水具有弱結(jié)垢趨勢。

隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高，鈣硬度、總堿度和pH值逐漸升高，水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)垢趨勢。濃縮倍數(shù)達到4倍時，40℃循環(huán)水的朗格列爾指數(shù)LSI為2.9，RSI為3.3（未加酸），故屬于嚴重結(jié)垢性水質(zhì)。因此正常運行需要加酸控制循環(huán)水pH值約8.5，同時需要注意系統(tǒng)內(nèi)鈣鎂硅垢。

表2 補充水水質(zhì)

3 循環(huán)冷卻水無磷方案

為滿足蘭州石化的節(jié)水和環(huán)保要求，在部分循環(huán)水場采用無磷水處理方案。正常運行時濃縮倍數(shù)控制在4～5倍，所用的主要藥劑和作用（見表3）。其中Bulab9420為復(fù)配含有示蹤劑的無磷聚合物阻垢劑；Bulab9050為含鋅無磷緩蝕劑；Bulab8012為DMAD系列有機分散劑；Bulab6158為異噻唑啉酮類復(fù)配非氧化性殺菌劑；Bulab6042為DBNPA類非氧化性殺菌劑。

4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行情況

由于黃河水高濃縮倍數(shù)下屬于嚴重結(jié)垢性水質(zhì)，為有效防止運行期間的腐蝕，在正常運行時控制濃縮倍數(shù)4～5倍，加硫酸控制循環(huán)水pH在8.0～8.5。從2016年12月起開始采用無磷方案運行，水質(zhì)運行參數(shù)（見表4和表5）。

由表4和表5可見，正常運行時循環(huán)水濃縮倍數(shù)穩(wěn)定運行約4倍，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)。

5 水處理效果評價

5.1 腐蝕控制

每月對碳鋼掛片的腐蝕率進行了監(jiān)測，數(shù)據(jù)曲線（見圖1）。碳鋼腐蝕率一直保持小于0.075 mm/a。循環(huán)水中鐵離子小于1.0 mg/L。同時檢修期間打開換熱器檢查，未見明顯腐蝕痕跡，說明系統(tǒng)腐蝕得到了很好地控制。

5.2 結(jié)垢控制

每月監(jiān)測換熱器對碳鋼試管的粘附速率進行了監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果（見圖2）。碳鋼試管粘附速率始終保持＜5 mcm，說明系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢控制達到了優(yōu)異的水平。

5.3 微生物控制

每月對循環(huán)水中的異氧菌數(shù)進行了監(jiān)測，平均數(shù)據(jù)結(jié)果（見圖3）。異氧菌數(shù)除327系統(tǒng)除5月因有微量介質(zhì)泄漏稍高外，其他均小于正常值，達到很好的水平。循環(huán)水場的水池周圍立柱非常清潔，說明系統(tǒng)內(nèi)微生物控制良好。

表3 正常運行主要藥劑

表4 327水場循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)數(shù)據(jù)

表5 342水場循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 循環(huán)水碳鋼腐蝕速率曲線

圖2 循環(huán)水粘附速率曲線

圖3 異氧菌數(shù)月平均數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

無磷水處理方案在石油化工廠的327、342循環(huán)水場運行8個月以上，達到了理想的防腐蝕、阻垢和微生物控制效果，有效實施節(jié)水減排，綜合水處理成本低，良好的緩蝕阻垢處理為設(shè)備穩(wěn)定長周期運行保駕護航，由此帶來的提高產(chǎn)品收益和節(jié)約設(shè)備維護費用也相當可觀，具有很好的經(jīng)濟和環(huán)保效應(yīng)。