石 磊，劉大勇

(1.吉林石化公司 有機(jī)合成廠，吉林 吉林 132000；2.吉林吉大化肥有限公司，吉林 吉林 132000)

我國工業(yè)冷卻水約占工業(yè)總用水量的50%～80%[1],如何利用好工業(yè)冷卻水形成正常的循環(huán)系統(tǒng)，成為循環(huán)水管理的突破點(diǎn).循環(huán)水管理的關(guān)鍵之一是如何做好循環(huán)冷卻塔的優(yōu)化運(yùn)行，提升濃縮倍數(shù)，達(dá)到節(jié)水目的.濃縮倍數(shù)是循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行一項(xiàng)重要參數(shù)，它是循環(huán)冷卻水與補(bǔ)充水含鹽量的比值[2].是宏觀表示循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中鹽量平衡時(shí)重要水質(zhì)指標(biāo).循環(huán)水場(chǎng)運(yùn)行優(yōu)化主要體現(xiàn)在濃縮倍數(shù)控制和優(yōu)化上.二是做好循環(huán)水水質(zhì)的控制，確保各項(xiàng)離子達(dá)標(biāo)控制，降低腐蝕離子濃度，防止換熱設(shè)備與管路結(jié)垢和腐蝕[1].為此循環(huán)水應(yīng)用技術(shù)管理和優(yōu)化控制顯得成為重要.

1 本廠循環(huán)水現(xiàn)狀情況

本廠循環(huán)水場(chǎng)共帶10套裝置、204臺(tái)循環(huán)水換熱器，分1#、2#水場(chǎng).2#水場(chǎng)于2003年建成，帶3套新裝置，裝置無泄漏，水場(chǎng)較小，水質(zhì)情況較好，達(dá)到優(yōu)化運(yùn)行條件.1#水場(chǎng)帶7套大裝置，換熱器常發(fā)生泄漏給水質(zhì)帶來較大的沖擊，水質(zhì)存在不穩(wěn)定性，堿度、pH值較低，系統(tǒng)需加堿處理.同時(shí)換熱器泄漏菌類滋生嚴(yán)重，造成水場(chǎng)粘泥物增多，濁度增高，需定期投加氧化性殺菌劑、沖擊性投加非氧化性殺菌劑、剝離劑進(jìn)行殺菌處理.由于1#水場(chǎng)于1978年1月動(dòng)工，1981年5月投產(chǎn)，運(yùn)行周期已達(dá)40年(冷卻塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)為50年[3]).水場(chǎng)初步設(shè)計(jì)時(shí)保有水量較大，保有水量與循環(huán)水量接近1︰1，水場(chǎng)濃縮倍數(shù)偏低，水場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與2#水場(chǎng)相比存在差距.針對(duì)1#水場(chǎng)上述瓶頸問題，提出循環(huán)水水質(zhì)技術(shù)優(yōu)化措施，通過異常分析及處理對(duì)策，從循環(huán)水水質(zhì)管理上進(jìn)行控制，遏制循環(huán)水菌類滋生，改善水質(zhì)品質(zhì).

1.循環(huán)水場(chǎng)控制：1#水場(chǎng)工藝控制穩(wěn)定，累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)12臺(tái)水泵，供水溫度、供水壓力達(dá)到生產(chǎn)裝置工藝要求，給、回水溫差在4～5 ℃，供水壓力達(dá)到0.50 MPa，能夠滿足生產(chǎn)工藝要求，但節(jié)電上缺少經(jīng)濟(jì)性.

2.腐蝕數(shù)率對(duì)比：循環(huán)水場(chǎng)腐蝕數(shù)率均低于國家控制標(biāo)準(zhǔn)≤0.075 mm/a[4]，合金鋼≤0.050 mm/a[4]通過模擬換熱器腐蝕數(shù)率數(shù)據(jù)可以看出，水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到控制要求，1#水場(chǎng)腐蝕數(shù)率控制值高于2#水場(chǎng)腐蝕數(shù)率,腐蝕傾向大于2#水場(chǎng).1#水場(chǎng)水質(zhì)腐蝕上還有待于進(jìn)一步提高.

表1 月份腐蝕數(shù)率數(shù)值與控制值比較關(guān)系

腐蝕效率圖1 月份腐蝕數(shù)率數(shù)值與控制值對(duì)比關(guān)系曲線

從圖1可以看出1#水場(chǎng)腐蝕數(shù)率達(dá)到控制要求，高于2#水場(chǎng)，腐蝕傾向高于2#水場(chǎng).

3.循環(huán)水質(zhì)漏按：一是1#水場(chǎng)存在漏氨，造成堿度偏低，需長(zhǎng)期加堿進(jìn)行處理.pH值偏低，粘泥物增多，腐蝕傾向加劇.(反映水質(zhì)腐蝕趨勢(shì)，主要通過飽和指數(shù)、穩(wěn)定指數(shù)、結(jié)垢指數(shù)來判斷其結(jié)垢和腐蝕[5]，通過結(jié)垢指數(shù)P.S.I=2pHs-pHeq<6時(shí)，結(jié)垢.P.S.I=2pHs-pHeq=6時(shí)，不結(jié)垢、不腐蝕；P.S.I=2pHs-pHeq>6時(shí)，腐蝕.通過計(jì)算結(jié)構(gòu)指數(shù)，判定1#水場(chǎng)屬于易腐蝕結(jié)構(gòu).

圖2 本廠漏氨渠道內(nèi)粘泥物滋生繁殖

4.水場(chǎng)流速偏低：本廠有20臺(tái)換熱器流速低于0.5 m/s，達(dá)不到控制要求，造成易結(jié)構(gòu)和腐蝕.(循環(huán)水流速：循環(huán)冷卻水水管程流速應(yīng)大于1.0 m/s[6]；循環(huán)冷卻水殼程流速應(yīng)大0.3 m/s[6]).換熱器流速低于0.5 m/S換熱器堵塞嚴(yán)重，腐蝕結(jié)構(gòu)嚴(yán)重.

5.1#水場(chǎng)濃縮倍數(shù)偏低：與設(shè)計(jì)保有水量過大有關(guān)；同時(shí)循環(huán)水存在一定泄漏，各項(xiàng)損失較大，造成水質(zhì)濃縮倍數(shù)進(jìn)一步降低.

圖3 換熱器管腐蝕

濃縮倍數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)比圖4 月份濃縮倍數(shù)數(shù)值與控制值對(duì)比關(guān)系曲線

從圖4可以看出，1#水場(chǎng)濃縮倍數(shù)偏低，與同行業(yè)有一定差距.

2 循環(huán)水場(chǎng)優(yōu)化控制

1.節(jié)電控制上：水場(chǎng)根據(jù)季節(jié)變化，調(diào)整泵運(yùn)行臺(tái)數(shù):1#循環(huán)水場(chǎng)循環(huán)水泵根據(jù)季節(jié)變化進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，采取冬季10臺(tái)泵運(yùn)行，夏季12臺(tái)泵運(yùn)行，達(dá)到節(jié)電目的，月創(chuàng)益32～35萬元.水場(chǎng)根據(jù)天氣情況及時(shí)調(diào)整擋風(fēng)板，確保水溫控制在18～25 ℃，達(dá)到生產(chǎn)裝置運(yùn)行需要.但拆掛擋風(fēng)板調(diào)整水溫，自動(dòng)化水平低.

2.節(jié)水措施：實(shí)現(xiàn)循環(huán)水零排污，降低補(bǔ)水量控制.1#水場(chǎng)補(bǔ)水量由原來的400 t/h降低至250～300 t/h，補(bǔ)水率從1.5-2.2降至1.05-1.1，節(jié)約價(jià)值40～60萬元.

3.水質(zhì)定期管理：水場(chǎng)每年7月份定期進(jìn)行一次化學(xué)清洗、預(yù)膜操作:對(duì)換熱器進(jìn)行徹底的清洗及預(yù)膜，確保換熱器生成保護(hù)膜，防止換熱器的腐蝕和結(jié)垢.(碳鋼系統(tǒng)中基本采用磷系預(yù)膜，特別是磷-鋅復(fù)合預(yù)膜劑應(yīng)用最廣[1]).1#水場(chǎng)化學(xué)清洗效果較好，銹片除銹率93.47%；預(yù)膜形成彩膜，滴定時(shí)間42 s，達(dá)到硫酸銅滴定≥10秒控制要求.水場(chǎng)每年進(jìn)行3次的殺菌、殺菌剝離:投加非氧化性殺菌剝離劑，有效的進(jìn)行系統(tǒng)的殺菌、剝離效果明顯，殺菌率97.26%.殺生劑可分為氧化性殺生劑和非氧化性殺生劑[2].水場(chǎng)以氧化性殺菌劑為主，每周投加2次，非氧化性殺菌劑以沖擊性方式投加，進(jìn)一步殺死產(chǎn)生耐藥性的細(xì)菌，效果較好.

4.水場(chǎng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加藥:根據(jù)電導(dǎo)率計(jì)算濃縮倍數(shù)實(shí)現(xiàn)緩蝕劑和阻垢劑的自動(dòng)投加.通過計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)加藥泵全自動(dòng)控制，緩蝕劑和阻垢劑濃度有效控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)優(yōu)化受控.

5.循環(huán)水在管理上總結(jié)出“四步”巡檢法:“一看、二嗅、三摸、四分析”，一看：接班后由循環(huán)水崗位班長(zhǎng)對(duì)循環(huán)水外觀(水的顏色)進(jìn)行觀察；二嗅：接班后由循環(huán)水崗位人員對(duì)循環(huán)水味道進(jìn)行聞味(在吸水池人孔處聞水是否有物料味)；三摸：清洗渠道濾網(wǎng)時(shí)用手摸一摸污泥是否滑(滑證明有生物粘泥產(chǎn)生，需進(jìn)行殺菌處理)；四分析：對(duì)循環(huán)水主要攻關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析(分析數(shù)據(jù)變化趨勢(shì))，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整加藥量，做到藥劑量跟蹤到位，水質(zhì)控制監(jiān)測(cè)到位.

6.加強(qiáng)腐蝕傾向控制：一是通過投加緩蝕劑遏制腐蝕加劇；二是通過加堿提高pH值，使pH值達(dá)到7.5～8.0；三是提高硬度和堿度，碳鋼腐蝕速度小；四是控制氯離子控制<300 mg/L,降低腐蝕穿透能力，降低腐蝕；五是降低懸浮物<30 mg/L，降低局部腐蝕.現(xiàn)水場(chǎng)一是旁濾系統(tǒng)已投用，降低懸浮物；二是加強(qiáng)化工裝置換熱器的排查，降低泄漏，降低COD含量，降低厭氧菌滋生繁殖；三是加大殺菌劑用量，余氯控制在0.1～0.5 mg/L,降低微生物量，降低異養(yǎng)菌、鐵細(xì)菌和硫酸鹽還原菌及真菌的產(chǎn)生；四是對(duì)8臺(tái)換熱器流速低于0.5 m/s的換熱器進(jìn)行更新.(水流速控制在0.9～1.2 m/s，金屬腐蝕最小[5].)

7.控制各項(xiàng)損失，減少補(bǔ)水量：在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，補(bǔ)充水量=排水量+蒸發(fā)損失水量+風(fēng)吹損失量+漏失水量[2].其中蒸發(fā)損失量與進(jìn)、出口水溫及蒸汽損失系數(shù)有關(guān)，這與水場(chǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)，很難進(jìn)行控制.但其它損失量均能進(jìn)行控制.降低補(bǔ)水量，就是減少排污量、減少泄漏量，減少風(fēng)吹損失.而減少排污量，就是要保證水廠有較高的濃縮倍數(shù).本廠2#水場(chǎng)補(bǔ)充水量60 t/h，其中系統(tǒng)無泄漏大，濃縮倍數(shù)平均4.5，系統(tǒng)正常無排放水量，系統(tǒng)運(yùn)行較為優(yōu)化.現(xiàn)1#水場(chǎng)以采取措施提高濃縮倍數(shù).

3 1#循環(huán)水場(chǎng)存在問題原因分析及處理措施

3.1 循環(huán)水場(chǎng)堿度呈下降趨勢(shì)，系統(tǒng)需加堿進(jìn)行處理

本廠1#水場(chǎng)循環(huán)水堿度呈緩慢下降趨勢(shì)，主要原因是氨泄漏.當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)漏氨時(shí)，在硝化菌群的作用下，NH3發(fā)生硝化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的亞硝酸根NO2-和硝酸根NO3-，使循環(huán)水的pH值、堿度降低加氯失效[2]，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)為系統(tǒng)微生物群創(chuàng)造了更加合適的生長(zhǎng)條件，使它們快速繁殖，導(dǎo)致循環(huán)水濁度增大，粘泥量明顯增加異養(yǎng)菌超標(biāo).

采取措施：

1.提高冷卻水的pH值或采用堿性冷卻水處理可以抑制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中金屬腐蝕[5].本廠通過加碳酸鈉來維持循環(huán)水堿度在40～50 mg/L，每年加堿平均在25～30 t.

2.增加氯片投加量，進(jìn)行系統(tǒng)殺菌.

3.投加非氧化性殺菌劑，提高殺菌效果，防止菌藻繁殖.

4.投加殺菌剝離劑，剝離系統(tǒng)產(chǎn)生的粘泥防止粘泥物滋生.

5.進(jìn)行系統(tǒng)化學(xué)清洗、預(yù)膜.

3.2 1#水場(chǎng)濃縮倍數(shù)偏低：

中石油企業(yè)濃縮倍數(shù)控制>4.0，但1#循環(huán)水場(chǎng)濃縮倍數(shù)在2.1-2.5濃縮倍數(shù)偏低原因：

1.1#水場(chǎng)蒸發(fā)量較低，給水、回水溫差3～4 ℃.

2.1#水場(chǎng)保有水量3.3萬噸，循環(huán)水量3.5萬噸/h，循環(huán)水量與保有水量的比例接近于1︰1，循環(huán)水蒸發(fā)濃縮后離子被保有水量稀釋，循環(huán)水中各離子濃度降低.

3.循環(huán)水系統(tǒng)存在一定的泄漏，循環(huán)水流失，補(bǔ)水量增大，造成濃縮倍數(shù)進(jìn)一步降低.

4.水場(chǎng)帶裝置較多，系統(tǒng)有一定泄漏，系統(tǒng)有一定排污，造成補(bǔ)水量進(jìn)一步加大，濃縮倍數(shù)進(jìn)一步降低.

濃縮倍數(shù)偏低采取措施：

(1)循環(huán)水系統(tǒng)查找泄漏源，切斷泄漏點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)水場(chǎng)零排污；

(2)各生產(chǎn)裝置加強(qiáng)換熱器運(yùn)行管理，對(duì)于低流速換熱器進(jìn)行改造，降低設(shè)備腐蝕泄漏，減少泄漏頻次.

(3)兩個(gè)水場(chǎng)旁濾系統(tǒng)投用，增加處理量，降低懸浮物，降低循環(huán)水濁度，提升水質(zhì)質(zhì)量.1#水場(chǎng)均采用自動(dòng)化砂濾系統(tǒng)，定期反沖洗，提升水質(zhì)質(zhì)量.旁濾池處理水量400 t/時(shí)左右，達(dá)到處理水量2.1%.(一般將循環(huán)系統(tǒng)中2%～5%的水量通過旁濾池后，再返回系統(tǒng)[2].)

(4)控制好加藥量，降低微生物、異養(yǎng)菌量，降低循環(huán)水腐蝕數(shù)率，確保水質(zhì)達(dá)標(biāo).

(5)查找地下循環(huán)水泄漏、各裝置排放造成循環(huán)水的浪費(fèi).降低過濾水用量，提升循環(huán)水各離子濃度，增加濃縮倍數(shù).

(6)1#水場(chǎng)通過上述查擺措施的實(shí)施，已降低補(bǔ)水量80～100 t/h，濃縮倍數(shù)已提升至3.0～3.5，水場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行效果明顯.(濃縮倍數(shù)由3提高到5，即節(jié)約補(bǔ)充水量20%左右，減少排污量50%以上[6].)

4 循環(huán)水場(chǎng)提升下步管控措施

1.1#水場(chǎng)監(jiān)測(cè)換熱器進(jìn)行更新改造.由于1#水場(chǎng)監(jiān)測(cè)換熱器已運(yùn)行多年，很難達(dá)到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)模擬換熱器效果，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)值還存在一定誤差，監(jiān)測(cè)換熱器需要進(jìn)行更新.

2.循環(huán)水場(chǎng)填料更換：1#水場(chǎng)填料2003年更換后一直未進(jìn)行更新，現(xiàn)破損較嚴(yán)重，應(yīng)進(jìn)行更換.2#水場(chǎng)填料更換時(shí)間為2005年，填料有一定破損，換熱器打開有黑色填料皮，對(duì)兩個(gè)水場(chǎng)填料利用檢修時(shí)間進(jìn)行更換.在西歐、美國及日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家要求塑料填料的正常使用壽命為20年～25年.但我國填料很難達(dá)到上述使用壽命.主要是塑料片材不合格，采用劣質(zhì)聚乙烯樹脂，配方不當(dāng)、片材中摻入過量的碳酸鈣、增塑劑或摻入再生廢舊塑料[3].

3.1#水場(chǎng)補(bǔ)水閥現(xiàn)手動(dòng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)，應(yīng)建議改為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥：根據(jù)吸水池液位，控制室實(shí)現(xiàn)DCS自動(dòng)調(diào)節(jié).

4.1#水場(chǎng)建議采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)板自動(dòng)投加：每年冬季手動(dòng)掛擋風(fēng)板，工作量大，安全系數(shù)低，同時(shí)摘掛擋板造成水質(zhì)濁度、鐵變化較大，影響水質(zhì)指標(biāo).溫度發(fā)生變化，摘掛擋風(fēng)板增加工作量，造成一定滯后，為此1#水場(chǎng)建議采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)擋風(fēng)板自動(dòng)投加.

5.兩個(gè)水場(chǎng)循環(huán)水場(chǎng)殺菌劑固體氯片改為次氯酸鈉運(yùn)行，通過泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投加，降低環(huán)境污染，節(jié)約人工、成本費(fèi)用.

5 循環(huán)水水質(zhì)異常處理

1.查找泄漏源：為了防止換熱器泄漏對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的污染，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和及時(shí)處理是保證保證循環(huán)水系統(tǒng)高效平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵.

2.制定泄漏處理方案：通過感官指標(biāo)和檢驗(yàn)指標(biāo)的判定泄漏源，通過分析數(shù)據(jù)采取對(duì)應(yīng)處理措施，實(shí)現(xiàn)加藥果斷，處理及時(shí)的效果.

表1 水質(zhì)異常指標(biāo)

3.水場(chǎng)回水線監(jiān)測(cè)：通過監(jiān)測(cè)回水指標(biāo)、測(cè)爆分析查找泄漏源，切斷泄漏源，縮短排查時(shí)間，及時(shí)切除泄漏換熱器.

4.泄漏應(yīng)急處理的技術(shù)：

(1)為了避免泄漏對(duì)系統(tǒng)造成的影響，循環(huán)水場(chǎng)具有應(yīng)急處理措施及藥劑貯備.

(2)發(fā)生泄漏時(shí)，應(yīng)控制好循環(huán)水中微生物的過度繁殖，改用有針對(duì)性的殺菌劑進(jìn)行定期殺菌剝離處理.

(3)具有強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)泄漏，盡早進(jìn)行置換處理，必要時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行重新清洗和預(yù)膜處理，清洗和預(yù)膜階段控制好系統(tǒng)pH值.

(4)系統(tǒng)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，應(yīng)加大緩蝕劑投加量.同時(shí)進(jìn)行大量置換排放，置換合格后，加大藥劑量的投加.

(5) 如果系統(tǒng)產(chǎn)生泥垢沉積，要利用殺菌劑和剝離劑進(jìn)行交替清洗.每個(gè)藥劑運(yùn)行時(shí)間超過48 h，進(jìn)行大量置換排放，藥劑投放量為正常濃度的1.5～2倍為宜.

6 結(jié) 論

通過循環(huán)水水質(zhì)應(yīng)用技術(shù)與優(yōu)化管控，提高水場(chǎng)濃縮倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)運(yùn)行，確保水場(chǎng)達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平.從優(yōu)化管理、數(shù)據(jù)分析、泄漏處理、措施與管理等方面闡述了提升循環(huán)水場(chǎng)優(yōu)化調(diào)優(yōu)的措施，對(duì)各類水場(chǎng)優(yōu)化與管控有一定借鑒作用.