曲春林，李東波，張數(shù)義，單小晶，李志遠(yuǎn)，曹勇飛

（萬達(dá)控股集團(tuán)有限公司，山東東營 257500）

0 引言

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在制造或生產(chǎn)工廠占有非常重要的地位。在煉化行業(yè)，冷卻水擁有更為重要的地位，當(dāng)冷卻水系統(tǒng)發(fā)生沉積、結(jié)垢等問題時(shí)，就像血管受到硬化或結(jié)塊堵住，無法暢通；若冷卻水系統(tǒng)發(fā)生腐蝕問題，極易破裂。因此，一個(gè)完善的冷卻水系統(tǒng)處理方案，不但可以節(jié)省能源消耗，并且可以提高產(chǎn)能及產(chǎn)品品質(zhì)，節(jié)約生產(chǎn)資源和自然資源。

1 循環(huán)水系統(tǒng)概述

公司擁有500 萬噸/年原油一次加工能力，配套循環(huán)水量20 000 Nm3/h 的循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，系統(tǒng)保有水量≥8000 m3，涉及常減壓、催化聯(lián)合、加制氫、加氫裂化等十幾個(gè)車間，系統(tǒng)內(nèi)共計(jì)180 余臺換熱器。

整個(gè)煉油系統(tǒng)多為高溫、高壓設(shè)備，并且介質(zhì)具有一定的腐蝕性。因工況較為復(fù)雜、苛刻，導(dǎo)致2016—2019 年，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)共發(fā)生泄漏100 余次，主要為換熱設(shè)備腐蝕泄漏。

2019 年7 月，循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)濃縮倍數(shù)為1.8 倍（以特定時(shí)刻氯離子濃度標(biāo)定）左右，循環(huán)水系統(tǒng)主要參數(shù)見表1，冷卻水系統(tǒng)各離子指標(biāo)見表2。

表1 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)

2 循環(huán)水系統(tǒng)問題分析

采用傳統(tǒng)投放緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑進(jìn)行水處理，該方式對水體污染大，水體中成分復(fù)雜，造成設(shè)備結(jié)垢、腐蝕、泄漏。換熱設(shè)備、管道等泄漏后，油氣進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，造成循環(huán)系統(tǒng)異養(yǎng)菌數(shù)量激增，使循環(huán)水濁度增大，又使得結(jié)垢腐蝕更加嚴(yán)重，惡性循環(huán)。為此，只能大量排水，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)。污水外排直接增加冷卻系統(tǒng)的運(yùn)行成本，特別是2018 年1 月1 日，排污稅費(fèi)改為排污稅之后，每年直接增加排污費(fèi)用數(shù)千萬元。

表2 冷卻水系統(tǒng)各離子指標(biāo)

2018 年8—9 月，因天氣炎熱、介質(zhì)泄漏等因素影響，致循環(huán)水水質(zhì)惡化、微生物滋生、濁度過高、COD 上升，造成換熱（冷卻）設(shè)備結(jié)垢、泄漏、系統(tǒng)壓力增加、流量減小，換熱效率下降，為維持系統(tǒng)正常運(yùn)行，每日需排污2000 Nm3、大量補(bǔ)充新鮮水約5000 Nm3，循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)約為1.8 倍。

3 方案確定及工藝分析

3.1 方案確定

針對公司循環(huán)冷卻水水質(zhì)狀況和設(shè)備冷卻所需水質(zhì)的條件、要求，通過查閱資料，對現(xiàn)有各類處理方法、工藝、技術(shù)進(jìn)行分析比較，以及同行業(yè)水質(zhì)處理工藝。進(jìn)行技術(shù)考察、分析、論證。確定采用提高濃縮倍率節(jié)水技術(shù)，解決冷卻水系統(tǒng)存在的問題，并利用除鹽水站外排的反滲透濃水。

對系統(tǒng)進(jìn)行阻垢、緩蝕控制，采用氯系殺菌劑進(jìn)行微生物控制。每月投加一次非氧化性殺菌劑，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，不定期投加一次專門針對煉化廠循環(huán)水特點(diǎn)而自主研發(fā)的兩性化合物粘泥剝離抑制劑，減緩粘泥附著，降低泄漏發(fā)生機(jī)會(huì)，減少排水，逐步提升濃縮倍率，減少補(bǔ)水。

3.2 一次性預(yù)膜

每12 個(gè)月按計(jì)劃實(shí)施一次殺菌剝離、化學(xué)清洗、預(yù)膜。

（1）化學(xué)清洗。主要是清除與冷卻水接觸的管道及換熱設(shè)備過水表面的浮銹、油脂、污垢、泥砂及碎屑雜物。

（2）預(yù)膜。在冷卻水中加入高濃度緩蝕劑，短時(shí)間內(nèi)使換熱設(shè)備表面形成一層完整的沉積膜，防止水中腐蝕性物質(zhì)對金屬的侵蝕，起到保護(hù)作用。

3.3 反滲透水回用

現(xiàn)有除鹽水站水處理工藝會(huì)產(chǎn)生反滲透濃水和濃水反滲透濃水兩部分廢水（合計(jì)約40 t/d）。循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)用高濃縮倍率節(jié)水技術(shù)后，設(shè)備的防結(jié)垢和防腐蝕能力明顯提高，極大減少了因冷換損壞而影響生產(chǎn)裝置加工負(fù)荷情況；且循環(huán)水系統(tǒng)可以在高濃縮倍率下穩(wěn)定運(yùn)行，高濃縮倍率運(yùn)行直接結(jié)果為循環(huán)水系統(tǒng)新鮮水補(bǔ)水和排水的減少，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能減排。

3.4 日常運(yùn)營管理

循環(huán)冷卻水的日常處理采用均勻連續(xù)地投加緩蝕劑和阻垢劑來防止腐蝕和結(jié)垢，沖擊性投加氧化性殺菌劑來控制菌藻和粘泥的滋生，定期投加粘泥剝離劑，防止粘泥沉積。

（1）緩蝕和阻垢處理。采用TS 系列緩蝕劑和阻垢劑，產(chǎn)品均為液體，具有緩蝕和阻垢性能，能夠有效控制循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢。例如，TS-5502 主要成分為鋅鹽、聚環(huán)氧琥珀酸鈉、聚丙烯酸共聚物、水，藥劑用量低，鋅離子穩(wěn)定性好，緩蝕效果優(yōu)異，對碳鋼、不銹鋼和銅起到良好緩蝕作用，能有效防止或減緩水中有害物質(zhì)對金屬的腐蝕。

（2）微生物控制。通過投加氧化性殺菌劑，控制循環(huán)水系統(tǒng)中微生物的生長。

（3）非氧化性殺菌劑。水處理劑、異噻唑啉酮衍生物TS-831，該產(chǎn)品能有效控制水中菌藻繁殖和粘泥生長。同時(shí)具有粘泥剝離作用和一定的分散、滲透、降濁作用，是一種低毒、廣譜、高效的粘泥剝離劑。定期投加粘泥剝離劑，減緩粘泥附著，有效控制循環(huán)冷卻水中的菌藻滋生和粘泥沉積。

4 控制指標(biāo)與效果

（1）控制指標(biāo)。表3 和表4。

表3 化學(xué)清洗過程檢測指標(biāo)及頻次

表4 預(yù)膜過程檢測指標(biāo)及頻次

（2）取得效果。①系統(tǒng)pH 值在正常范圍內(nèi)波動(dòng)；②9 月，砂濾系統(tǒng)砂濾罐因換熱器泄漏，造成砂濾罐沙子板結(jié)。為清理砂濾罐，9 月5 日—9 月16 日，每天用大量的水反沖洗砂濾罐，造成大量排污，導(dǎo)致9 月電導(dǎo)率、硬度、濃縮倍率下降；③10 月初剛有上升趨勢，10 月13 日又出現(xiàn)換熱器泄漏，一直持續(xù)到10 月19 日，10 月24 日循環(huán)水正常剝離，正常排污；④11 月在沒有換熱器泄漏的情況下，控制電導(dǎo)率、硬度、濃縮倍數(shù)持續(xù)穩(wěn)定上升。相關(guān)數(shù)據(jù)見表5～表7。

表5 2018 年和2019 年7—11 月補(bǔ)水統(tǒng)計(jì)

（3）效益測算。①濃水回用節(jié)約費(fèi)用：除鹽水站反滲透濃水產(chǎn)生量為40 m3/h，使用該濃水可以節(jié)約新鮮水補(bǔ)水，新鮮水水費(fèi)4.7 元/m3。年節(jié)約費(fèi)用150.4 萬元（按年使用8000 h 計(jì)）；②濃縮倍數(shù)從2.5 提高至5 后節(jié)省水費(fèi)。

式中 Qm——補(bǔ)充水量

Qe——蒸發(fā)水量

N——濃縮倍數(shù)

Qm（5）=0.75Qm（2.5），Qm（5）是濃縮倍數(shù)為5 時(shí)補(bǔ)水量；Qm（2.5）是濃縮倍數(shù)為2.5 時(shí)補(bǔ)水量?，F(xiàn)循環(huán)水廠濃縮倍數(shù)為2.5，年平均補(bǔ)水量為200 m3/h。濃縮倍數(shù)從2.5 提高到5 后可省水：Qm（2.5）-0.75Qm（2.5）=50 m3/h，年節(jié)省水費(fèi)188 萬元（按年使用8000 h 計(jì)）。年節(jié)水費(fèi)338.4 萬元。相比循環(huán)水系統(tǒng)投加傳統(tǒng)的緩蝕劑、阻垢劑和殺菌滅藻劑，對水體污染大，水體中成分復(fù)雜，造成設(shè)備結(jié)垢、腐蝕、泄漏嚴(yán)重。應(yīng)用高濃縮倍率運(yùn)行處理技術(shù)，降低了換熱設(shè)備維修和更換頻率，因換熱設(shè)備損壞、泄漏造成的生產(chǎn)裝置停工、減產(chǎn)事故大大減少。項(xiàng)目自2019 年7 月實(shí)施后，循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定性得到明顯改善，到2020 年5 月，系統(tǒng)換熱設(shè)備泄漏次數(shù)僅有5 次，預(yù)計(jì)產(chǎn)生間接經(jīng)濟(jì)效益千萬余元，循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)從1.8 倍提高至近5.0 倍（預(yù)計(jì)參考值），系統(tǒng)設(shè)備泄漏率同比降低≥90%。

表6 2019 年7—11 月新鮮水外購統(tǒng)計(jì)

表7 項(xiàng)目運(yùn)行節(jié)水量

5 結(jié)束語

提高高濃縮倍率節(jié)水處理技術(shù)既能滿足設(shè)備運(yùn)行及排污要求，又能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，降本增效，極大減輕了公眾和企業(yè)負(fù)擔(dān)。節(jié)能降耗是企業(yè)生存之本，樹立一種“點(diǎn)點(diǎn)滴滴降成本，分分秒秒增效益”的節(jié)能意識，以最好的管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。