劉仁科，李永清

（中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司，安徽 淮南 232000）

某大型煤化工企業(yè)新建以煤炭為原料，經(jīng)氣化、凈化、合成甲醇后由甲醇催化轉(zhuǎn)化為乙烯、丙烯，再經(jīng)過(guò)聚合最終成為聚烯烴產(chǎn)品的項(xiàng)目，2019 年投料試車(chē)打通全流程，2020 年轉(zhuǎn)入商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，其中循環(huán)水裝置為其配套公用工程裝置之一，也是化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，循環(huán)水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與否直接影響到后續(xù)工藝生產(chǎn)裝置的安全、環(huán)保、穩(wěn)定運(yùn)行。

該公司循環(huán)水共由三個(gè)循環(huán)水場(chǎng)組成：第一循環(huán)水場(chǎng)主要為S-MTO、LLDPE、聚丙烯、甲醇合成、硫回收、壓力罐區(qū)、酸堿罐區(qū)、甲醇罐區(qū)及污水處理廠提供循環(huán)冷卻水；第二循環(huán)水場(chǎng)主要為氣化裝置、凈化裝置等提供循環(huán)冷卻水；第三循環(huán)水場(chǎng)分兩個(gè)系列，熱電循環(huán)水系統(tǒng)為熱電裝置提供循環(huán)冷卻水，空分循環(huán)水系統(tǒng)為空分、空壓站、冷凍站等提供循環(huán)冷卻水，工藝流程見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 第一循環(huán)水場(chǎng)工藝流程

圖2 第二循環(huán)水場(chǎng)工藝流程

圖3 第三循環(huán)水場(chǎng)工藝流程

1 工藝說(shuō)明

（1）冷卻塔單元

來(lái)自界區(qū)外的溫度小于42℃、壓力大于0.25 MPa的熱水經(jīng)上塔管線進(jìn)入冷卻塔中。在塔頂，循環(huán)熱水通過(guò)分配管線和噴嘴分配后進(jìn)入塔內(nèi)，然后在塔內(nèi)被填料進(jìn)一步切割分散，并與由安裝在塔頂?shù)娘L(fēng)機(jī)從塔的底部抽吸進(jìn)入塔內(nèi)的冷空氣逆流直接接觸而進(jìn)行熱交換。在接觸和熱交換過(guò)程中有一部分熱水蒸發(fā)進(jìn)入到空氣中，循環(huán)熱水由此被冷卻至32℃之下。根據(jù)溫度高低開(kāi)停風(fēng)機(jī)，并調(diào)節(jié)進(jìn)入冷卻塔的水量分配。

（2）加藥單元

緩蝕阻垢劑和分散劑由計(jì)量泵從藥劑罐中抽起，送入吸水池中，加藥量的大小根據(jù)自動(dòng)加藥系統(tǒng)控制或分析報(bào)表中的分析藥劑濃度來(lái)控制，確保藥劑控制濃度在規(guī)定范圍內(nèi)。

將非氧化性殺菌劑通過(guò)加藥泵（水射器）加入吸水池中，使殺菌劑濃度在循環(huán)冷卻水中達(dá)到100～120 mg/L，起到殺菌滅藻的作用，達(dá)到控制水中細(xì)菌總數(shù)的目的。

固體氯酸鈉經(jīng)化鹽設(shè)備配制成水溶液（濃度33%）和鹽酸（濃度31%），在計(jì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自控系統(tǒng)的作用下被定量輸送到反應(yīng)罐內(nèi)，在一定溫度下經(jīng)過(guò)負(fù)壓曝氣反應(yīng)生成二氧化氯和氯氣的氣液混合物，經(jīng)吸收系統(tǒng)吸收制成一定濃度的二氧化氯混合消毒液，投加到循環(huán)水系統(tǒng)中。

（3）旁濾單元

為控制循環(huán)水的濁度，循環(huán)水量的3%～5%的回水被送至旁濾池。循環(huán)水在旁濾池中經(jīng)過(guò)濾料層的過(guò)濾，其濁度降到5 mg/L以下。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，水通過(guò)濾料層的阻力將逐漸上升，使過(guò)濾室的進(jìn)出口壓差逐漸上升，當(dāng)升至一定值時(shí)，或過(guò)濾時(shí)間到設(shè)定值時(shí)，旁濾池將自動(dòng)進(jìn)行再生或反洗操作，對(duì)濾層進(jìn)行清洗，使其阻力降低。

（4）塔下水池、吸水池和循環(huán)水泵單元

在每組冷卻塔池下，分別設(shè)有一根排污管線，用于塔池排污。在回水總管上安裝排污閥，用于正常排污，以控制循環(huán)水的濃縮倍數(shù)在4～6倍。為彌補(bǔ)由蒸發(fā)和排污帶來(lái)的水量損失，設(shè)有補(bǔ)充水管線向吸水池補(bǔ)充生產(chǎn)補(bǔ)充水和回用水，一循補(bǔ)充水65%為生產(chǎn)補(bǔ)充水，35%為RUD2 回用水；二循補(bǔ)充水50%為生產(chǎn)補(bǔ)充水，50%為RUD1回用水；三循環(huán)熱電補(bǔ)充水全為生產(chǎn)補(bǔ)充水，空分補(bǔ)充水55%為生產(chǎn)補(bǔ)充水，45%為RUD2 回用水。補(bǔ)水量的大小由液位電動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制。

冷卻后的循環(huán)水進(jìn)入到塔底的吸水池中，正常情況下由循環(huán)水泵加壓至0.55 MPa（三循熱電系列0.45 MPa）以上，送往界區(qū)外的換熱裝置作冷卻工藝介質(zhì)使用。

（5）清凈水池單元

循環(huán)水、排污水、旁濾反洗水排入清凈水池，經(jīng)立式提升泵后進(jìn)入清凈廢水處理系統(tǒng)。

2 微生物、藻類的來(lái)源

該公司循環(huán)水系統(tǒng)是敞開(kāi)式，微生物、藻類主要通過(guò)補(bǔ)充水、周?chē)諝?、生產(chǎn)過(guò)程中物料的泄漏進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。循環(huán)水由于不斷蒸發(fā)、排污和飛濺損失，必須連續(xù)不斷地加入補(bǔ)充水，補(bǔ)充水為生產(chǎn)水和回用水，生產(chǎn)水和回用水水體中的微生物、藻類較多。循環(huán)水在涼水塔靠大氣對(duì)流冷卻，大氣中夾帶的泥砂和灰塵等雜物會(huì)隨氣流進(jìn)入循環(huán)水中，大氣中的微生物、藻類大部分附著在這些雜物上而隨之進(jìn)入系統(tǒng)。此外，泄漏的物料也會(huì)把大量的微生物、藻類帶入循環(huán)水系統(tǒng)中[1]。

循環(huán)水系統(tǒng)通過(guò)管道、換熱器、冷卻塔填料及配水管道系統(tǒng)所提供的大量表面積，給大量微生物、藻類的生長(zhǎng)提供了良好的棲息地，有效地促進(jìn)了微生物、藻類的生長(zhǎng)，微生物、藻類會(huì)在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中形成生物粘泥，對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)管道、設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，影響冷卻塔的效率，降低熱交換設(shè)備的熱傳導(dǎo)率，堵塞換熱器管束，另外對(duì)水處理藥劑也會(huì)產(chǎn)生影響。微生物、藻類滋長(zhǎng)給循環(huán)水系統(tǒng)帶來(lái)極大危害，所以控制微生物、藻類對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)十分重要[2]。

3 微生物、藻類對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的危害

（1）降低換熱器上循環(huán)水的冷卻效果。

（2）換熱器中循環(huán)冷卻水的通道被堵塞，循環(huán)冷卻水通道的有效面積減少，從而降低冷卻效果。

（3）影響循環(huán)冷卻水在冷卻塔填料上的分布，降低冷卻塔的冷卻效果。

（4）降低阻垢劑和緩蝕劑的阻垢與緩蝕作用，造成設(shè)備管道的腐蝕，影響系統(tǒng)的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

4 微生物、藻類的生長(zhǎng)條件和環(huán)境因素

煤化工循環(huán)水系統(tǒng)特殊的生態(tài)環(huán)境恰恰滿足了微生物、藻類生長(zhǎng)繁殖需要的各種條件，導(dǎo)致了循環(huán)水系統(tǒng)中的微生物、藻類迅速生長(zhǎng)繁殖。

4.1 適宜的溫度和pH值

煤化工循環(huán)水系統(tǒng)溫度大多在30℃～42℃，pH 值在7.0～9.0 之間，為循環(huán)水系統(tǒng)中微生物、藻類的繁殖提供了有利條件。

4.2 溶解氧

煤化工所用循環(huán)水系統(tǒng)為敞開(kāi)式，循環(huán)水在冷卻塔里的噴淋與曝氣過(guò)程為微生物、藻類的生長(zhǎng)提供了大量的溶解氧，為微生物、藻類的繁殖創(chuàng)造了最佳條件。

4.3 細(xì)菌數(shù)

當(dāng)循環(huán)水中細(xì)菌數(shù)低于105個(gè)/mL 時(shí)，水中粘泥故障發(fā)生率較低，細(xì)菌數(shù)大于105個(gè)/mL時(shí)，水中粘泥故障率大大增加。

4.4 濁度

粘泥的形成與循環(huán)冷卻水中濁度的高低密切相關(guān)，煤化工循環(huán)水系統(tǒng)要求濁度大于25 mg/L，超過(guò)25 mg/L時(shí)，很容易形成粘泥，導(dǎo)致緩蝕阻垢劑很難在設(shè)備表面和管道內(nèi)部形成保護(hù)膜。

5 微生物、藻類控制

循環(huán)水系統(tǒng)在夏季時(shí)常常出現(xiàn)菌類大量繁殖的情況，滋生大量生物粘泥，涼水塔壁、填料表面均附著有青苔、綠藻和一系列絮狀、條狀物。循環(huán)水的濁度、化學(xué)需氧量及設(shè)備腐蝕速率升高，導(dǎo)致這些問(wèn)題的根本原因是微生物、藻類的大量繁殖。目前針對(duì)夏季循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)殺菌劑的優(yōu)選和殺菌方案的優(yōu)化，對(duì)殺菌劑投加點(diǎn)的改變和增加，對(duì)二氧化氯發(fā)生器中氯酸鈉濃度的改變，鹽酸、氯酸鈉藥劑配比的優(yōu)化，增加粘泥量測(cè)定設(shè)備，對(duì)粘泥量進(jìn)行測(cè)定等技術(shù)，最終通過(guò)優(yōu)化改造，形成一套適合該公司補(bǔ)充水水質(zhì)特點(diǎn)的微生物、藻類控制方案[4]。

5.1 優(yōu)選殺菌劑

通過(guò)與提供循環(huán)水處理藥劑廠家工程師交流，根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水的特點(diǎn)，為循環(huán)水系統(tǒng)特別制定了幾種殺菌劑配方，見(jiàn)表1。

表1 殺菌劑主劑成分及性能

5.2 優(yōu)化殺菌方案

為了在適合微生物、藻類生長(zhǎng)的循環(huán)水系統(tǒng)中能有效地控制微生物、藻類活動(dòng)，結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性考慮和循環(huán)水系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行情況，為了避免系統(tǒng)中微生物、藻類可能產(chǎn)生的抗藥性，使系統(tǒng)中細(xì)菌始終處于理想狀態(tài)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)氧化性殺菌劑采用二氧化氯連續(xù)投加的基礎(chǔ)上，采用沖擊性交替投加SS411ECH和SS531ECH 兩種非氧化性殺菌劑的方法，同時(shí)每季度投加SS311ECH 對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行殺菌剝離，將沉積在管道及設(shè)備內(nèi)壁的粘泥進(jìn)行剝離，剝離24 h 后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行快速換水，使循環(huán)水系統(tǒng)濁度降到最低[5]，見(jiàn)表2。

表2 最佳殺菌方案

5.3 優(yōu)化殺菌劑投加位置

循環(huán)水原加藥管線安裝在距吸水池邊沿0.5 m 處，經(jīng)過(guò)摸索探討，結(jié)合GB 50050-2017工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定“氧化型殺生劑宜投加在冷卻塔集水池出口的對(duì)面和遠(yuǎn)端的池壁內(nèi)并多點(diǎn)布置，藥劑宜投加在冷卻塔水池出口或吸水池中，且宜深入正常運(yùn)行水位下0.4 m處”，通過(guò)改造將藥品投加點(diǎn)選擇在吸水池接近格柵處，深入吸水池正常水位下0.4 m 處，此處水流速大，能加快藥液的擴(kuò)散，縮短吸水池內(nèi)藥液濃度均衡時(shí)間。

5.4 殺菌劑投加控制改造

循環(huán)水加藥管線藥液在吸水池投加共有2個(gè)分支，每個(gè)分支上均無(wú)閥門(mén)控制，受壓力的影響，會(huì)導(dǎo)致第一個(gè)藥液分支投加點(diǎn)的投加量大，末梢藥液投加量少或沒(méi)有。為此我們對(duì)每根加藥管線加裝控制調(diào)節(jié)閥門(mén)，以達(dá)到藥液投加平衡，且可根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，以滿足不同位置藥劑的投加需要。

5.5 殺菌劑投加工藝流程改造

循環(huán)水有南、北兩座涼水塔池，北側(cè)涼水塔池向陽(yáng)，日照充足，微生物、藻類繁殖比南側(cè)快，南、北兩側(cè)只有南側(cè)吸水池一路有加藥管線，藥液只能加到南側(cè)吸水池，通過(guò)聯(lián)通管擴(kuò)散到北側(cè)吸水池，導(dǎo)致北側(cè)吸水池出現(xiàn)藥液濃度低和殺菌效果差的問(wèn)題，為此在北側(cè)吸水池增加一路加藥管線，使南、北吸水池內(nèi)同時(shí)進(jìn)行藥劑投加，以使南、北吸水池內(nèi)藥劑濃度均勻，減少藥劑投加量，提高水處理效果。

5.6 改造優(yōu)化二氧化氯發(fā)生器

（1）改變氯酸鈉配置濃度，優(yōu)化鹽酸和氯酸鈉進(jìn)反應(yīng)釜比例

二氧化氯發(fā)生器運(yùn)行初期，按設(shè)計(jì)的氯酸鈉和鹽酸配比，將氯酸鈉固體與水按1∶2 比例配置，鹽酸和氯酸鈉按1∶1 比例進(jìn)入二氧化氯發(fā)生器。但是運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)氯酸鈉結(jié)晶，致使氯酸鈉管線堵塞，影響二氧化氯發(fā)生器的運(yùn)行，為此我們經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后，確定將氯酸鈉固體配置成33%的濃度，鹽酸和氯酸鈉按1∶1.4 的比例進(jìn)入二氧化氯發(fā)生器，從而杜絕了氯酸鈉管線結(jié)晶堵塞。

（2）增加二氧化氯發(fā)生器反洗流程

原設(shè)計(jì)二氧化氯發(fā)生器無(wú)法進(jìn)行反洗，因?yàn)榉聪磿r(shí)反應(yīng)釜內(nèi)的二氧化氯氣體會(huì)通過(guò)室內(nèi)的曝氣管溢出，使二氧化氯進(jìn)入室內(nèi)，造成危險(xiǎn)。對(duì)此我們進(jìn)行了如下改造：在原曝氣管上增加三通和閥門(mén)，另增加一路曝氣管至吸水池，從而增加二氧化氯發(fā)生器反洗流程。反洗時(shí)切換曝氣管線流程，使反應(yīng)釜內(nèi)的二氧化氯氣體經(jīng)曝氣管排至吸水池內(nèi)。改造后，定期對(duì)二氧化氯發(fā)生器進(jìn)行反沖洗，杜絕了反應(yīng)釜內(nèi)沉淀物堵塞管道。改造后二氧化氯發(fā)生器運(yùn)行穩(wěn)定。

6 控制效果

一年運(yùn)行下來(lái)，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)異樣菌總數(shù)、化學(xué)耗氧量等指標(biāo)均能控制在較低水平。涼水塔塔壁較為干凈，沒(méi)有藻類生長(zhǎng)。循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)控制非常好，腐蝕速率和粘附速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于控制指標(biāo)，有效地控制了系統(tǒng)中微生物、藻類的繁殖，收到了較好的效果。具體分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 分析數(shù)據(jù)及控制指標(biāo)

7 結(jié)論與建議

（1）從表3各項(xiàng)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)平均值看出，循環(huán)水系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)控制較低，系統(tǒng)運(yùn)行情況較好，確保了循環(huán)水系統(tǒng)安全穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行。間斷交替投加兩種非氧化性殺菌劑，定期投加殺菌剝離劑的方案是中安聯(lián)合循環(huán)水系統(tǒng)當(dāng)前最有效的微生物、藻類控制方法。

（2）循環(huán)水運(yùn)行過(guò)程中時(shí)常有介質(zhì)泄漏現(xiàn)象，需要及時(shí)查漏，采取應(yīng)急措施，同時(shí)及時(shí)處理泄漏的換熱器。

（3）回用水1 和回用水2 的水質(zhì)不穩(wěn)定，需要污水裝置加強(qiáng)運(yùn)行，保證回用水水質(zhì)合格。