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        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備在輕烴回收裝置的應(yīng)用

        2023-07-04 01:35:04歐陽詩昆賈晉鋒欒雪瑩
        化工機(jī)械 2023年3期
        關(guān)鍵詞:除垢輕烴脫鹽

        歐陽詩昆 王 牧 胡 璐 王 雷 賈晉鋒 欒雪瑩

        (長慶油田第十二采油廠)

        莊二聯(lián)輕烴回收裝置配套有120 m3/h的開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng),該系統(tǒng)使用洛河層井水作為補(bǔ)水,運(yùn)行過程涼水塔結(jié)垢嚴(yán)重,約2~3個月就需要清垢,嚴(yán)重影響輕烴回收裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。為此,莊二聯(lián)輕烴廠組織技術(shù)攻關(guān)小組,開展循環(huán)水電脫鹽技術(shù)應(yīng)用研究,開發(fā)了循環(huán)水電脫鹽設(shè)備。該設(shè)備能將成垢離子從循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中去除,實(shí)現(xiàn)除垢阻垢、凈化水質(zhì)的目的,從根本上解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)涼水塔結(jié)垢問題。

        1 循環(huán)水電脫鹽設(shè)備

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備(圖1)主要由脫鹽器、二次反應(yīng)凈化器、泵、控制器及管路等組成,其運(yùn)行電源電壓380 V,裝機(jī)功率15 kW,運(yùn)行功率8 kW,具備就地手動、自動、遠(yuǎn)程控制方式。通常在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的回水管上開旁路安裝,或直接在涼水塔中取水,經(jīng)設(shè)備處理后再回到?jīng)鏊?/p>

        2 電脫鹽除垢技術(shù)原理

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備采用電物理化學(xué)除垢方式,在電場作用下發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)去除循環(huán)水中大部分成垢離子,控制循環(huán)水總硬度、pH值與堿度,減緩循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕,提高循環(huán)水濃縮倍數(shù),減少排污量。電脫鹽除垢效果與電流密度有密切關(guān)系,所以選擇合適的電流密度是保證除垢效果的關(guān)鍵。二次反應(yīng)凈化器的主要作用是讓在脫鹽器中未反應(yīng)的成垢離子充分接觸并發(fā)生成垢反應(yīng),進(jìn)而從循環(huán)水中去除,達(dá)到進(jìn)一步降低水體硬度、濁度的目的。

        電脫鹽除垢技術(shù)原理如圖2所示[1]。

        圖2 電脫鹽除垢技術(shù)原理

        在循環(huán)水電脫鹽設(shè)備中,陰極附近通過氧還原和析氫的方式來產(chǎn)生OH-從而營造堿性環(huán)境,反應(yīng)方程式如下[2~4]:

        循環(huán)水中的成垢離子在傳質(zhì)和電場的共同作用下遷移到陰極表面,分別與陰極區(qū)域生成的和OH-反應(yīng)形成沉淀,并沉積在陰極表面,從而使循環(huán)水的硬度降低,反應(yīng)方程式如下:

        在陽極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成H+和羥基自由基(—OH)來營造酸性環(huán)境,達(dá)到殺菌的目的,若形成的強(qiáng)氧化物質(zhì)—OH沒有被全部消耗,則會產(chǎn)生氧,反應(yīng)方程式如下[5,6]:

        循環(huán)水中的Cl-形成強(qiáng)氧化性的ClO-,導(dǎo)致溶液pH值降低,反應(yīng)方程式為:

        循環(huán)水中的細(xì)菌和藻類會與具有強(qiáng)氧化性的—OH和ClO-發(fā)生反應(yīng),達(dá)到殺菌和滅藻的作用,反應(yīng)方程式為:

        由于缺乏穩(wěn)定性,—OH只在陽極區(qū)域內(nèi)與細(xì)菌和藻類發(fā)生反應(yīng)[5~7]。由于穩(wěn)定性相對較強(qiáng),ClO-可以離開陽極區(qū)域并擴(kuò)散到溶液中。因此,處理過的循環(huán)水在離開電化學(xué)處理區(qū)域時仍然具有一定的抑制細(xì)菌和藻類的能力,Cl-離子濃度越高的循環(huán)水處理后的殺菌、滅藻效果越強(qiáng)。

        3 循環(huán)水電脫鹽設(shè)備實(shí)施方案

        3.1 工藝流程

        設(shè)備工藝流程如圖3所示。從涼水塔出水口取水,經(jīng)加壓泵進(jìn)脫鹽器脫除水中鈣、鎂等成垢離子,再進(jìn)入二次反應(yīng)凈化器,進(jìn)一步反應(yīng)并脫除機(jī)械雜質(zhì)后返回涼水塔。使用PLC控制器選擇就地手動單控、就地自動和遠(yuǎn)程自動控制模式,設(shè)置處理量為30 m3/h。

        圖3 設(shè)備工藝流程

        設(shè)備正常運(yùn)行流程為:加壓泵→控制閥①→脫鹽器→控制閥②→二次反應(yīng)凈化器→控制閥③→涼水塔,其余閥門為關(guān)閉狀態(tài)。

        脫鹽器清垢流程:控制閥④→沉淀池,加壓泵及其余閥門均為關(guān)閉狀態(tài)。

        二次反應(yīng)凈化器清洗流程:加壓泵→控制閥⑤→二次反應(yīng)凈化器→控制閥⑥→沉淀池。

        3.2 現(xiàn)場安裝方案

        維持循環(huán)水系統(tǒng)原有流程正常運(yùn)行的情況下,從涼水塔下部取水,經(jīng)循環(huán)水電脫鹽設(shè)備處理后返回涼水塔,脫鹽污水經(jīng)沉淀池沉淀后外排至污水井,脫鹽凈化水返回涼水塔下部,如圖4所示。

        圖4 設(shè)備安裝方案

        4 運(yùn)行效果

        4.1 電脫鹽投運(yùn)前后水質(zhì)變化

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前:2021-09-01~2021-11-30,每月10、20、30日各分析3次,共檢測9次。循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后:2021-12-01~2022-02-28,每月5、15、25日各分析3次,共檢測9次。得到循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前、后循環(huán)水定時、定點(diǎn)取樣分析結(jié)果如圖5~9所示。

        圖5 濃縮倍數(shù)對比

        從圖5可以看出,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備運(yùn)行后,循環(huán)水平均濃縮倍數(shù)從2.30提高到4.24,提高約1.80倍。

        從圖6可以看出,循環(huán)水脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,循環(huán)水系統(tǒng)鈣離子濃度有了不同程度的降低。

        圖6 鈣離子濃度對比

        從圖7可以看出,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,總堿度降低幅度較大,最高值從369 mg/L降低至100 mg/L,前10天循環(huán)水總堿度下降較快,10天后堿度僅小幅度降低。

        圖7 總堿度對比

        從圖8可以看出,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,濁度變化趨勢從持續(xù)上升到趨于平穩(wěn),最高值從1 250控制到10以下,效果顯著。

        圖8 濁度對比

        從圖9可以看出,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前后,循環(huán)水pH值變化趨勢基本一致,投運(yùn)后pH值降低了2個單位。

        圖9 pH值對比

        綜上,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,循環(huán)水鈣離子濃度、堿度、濁度、pH值均有一定程度的降低,水體清澈透明,水質(zhì)明顯改善。運(yùn)行90天后,涼水塔無明顯結(jié)垢,循環(huán)水溫度符合工藝要求。

        4.2 循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前、后掛片腐蝕情況

        采用掛片法對循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前、后循環(huán)水腐蝕速率進(jìn)行監(jiān)測,每月檢測一次,得到腐蝕速率數(shù)據(jù)見表1。其中,掛片型號Ⅰ型;掛片規(guī)格50 mm×25 mm×2.0 mm;掛片表面積28 cm2;掛片材質(zhì)碳鋼;掛片位置位于給水總管。

        表1 腐蝕速率對比

        由表1可知,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前,碳鋼掛片腐蝕速率均不滿足小于0.075 mm/a的要求;循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,腐蝕情況得到很好的改善,碳鋼掛片分析全部合格,說明循環(huán)水電脫鹽設(shè)備對循環(huán)水腐蝕有一定的減緩和抑制作用。

        4.3 補(bǔ)水、排水情況

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)前補(bǔ)水量為2.88 m3/h,排水量為1.25 m3/h;投運(yùn)后,補(bǔ)水量為2.12 m3/h,排水量為0.50 m3/h。可以看出,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量、排污量均有一定程度的下降。

        5 運(yùn)行費(fèi)用及效益分析

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,大幅減少了莊二聯(lián)輕烴裝置循環(huán)水系統(tǒng)的清垢費(fèi)用,消除了循環(huán)水涼水塔結(jié)垢導(dǎo)致的循環(huán)水溫度超標(biāo)問題,提升了輕烴裝置的生產(chǎn)效率,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益:

        a.電費(fèi)。設(shè)備運(yùn)行功率8 kW,每度電0.6元,年運(yùn)行時間為8 000 h,計算得到每年電費(fèi)約3.8萬元。

        b.技術(shù)服務(wù)費(fèi)。設(shè)備更換核心部件等材料費(fèi)用及其他維護(hù)費(fèi)用共計每年4.5萬元。

        c.設(shè)備折舊費(fèi)每年10萬元。

        d.運(yùn)行費(fèi)用合計每年18.3萬元。

        e.節(jié)約清垢費(fèi)用每年40萬元,節(jié)約水費(fèi)和污水處理費(fèi)每年24.3萬元。

        f.每年增產(chǎn)輕烴192 t,增加效益62萬元。

        g.每年創(chuàng)造的總效益為62+40+24.3-18.3=108萬元。

        6 結(jié)束語

        循環(huán)水電脫鹽設(shè)備在輕烴回收裝置中的應(yīng)用結(jié)果表明,循環(huán)水電脫鹽設(shè)備投運(yùn)后,能有效降低循環(huán)水的鈣離子濃度和堿度,具有較好的阻垢除垢功能。同時,循環(huán)水濁度改善效果明顯,能有效凈化循環(huán)水。自動除垢功能能使循環(huán)水處理效果長期穩(wěn)定,明顯減緩循環(huán)水的腐蝕速度,提高了設(shè)備的使用壽命,減少了涼水塔清洗頻率,提高了涼水塔的換熱效率,提升了輕烴裝置的運(yùn)行水平。

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