煉油廠優質再生水回用熱電廠中壓鍋爐補給水

陶衛君，范小艷

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

為了節水，降低噸油加工水消耗量，克拉瑪依石化公司于2016年建成投產了第三套煉油廢水深度處理回用裝置，出水水質達到中國石油《煉油企業污水回用管理導則》（2008版）優質再生水標準，主要用作替代新鮮水，進入化學除鹽系統的離子交換器進一步除鹽后成為熱電廠3.8MPa中壓鍋爐補給水。

1 優質再生水水質及回用情況

1.1 優質再生水水質

克拉瑪依石化優質再生水按照中國石油《煉油企業污水回用管理導則》（2008版）優質再生水標準設計、生產。經過超濾、反滲透雙膜處理后的優質再生水含鹽量比較低，平均電導率51μs/cm。但是受到進水污水水質波動影響，出水優質再生水水質并不穩定，尤其是COD、氨氮、鐵、油等水質指標波動大，平均值都超過中石油標準，也遠遠高于新鮮水.優質再生水水質指標與新鮮水水質比較見表1。

表1 優質再生水水質情況

1.2 優質再生水回用情況

從2016年4月14日起，優質再生水開始回用熱電廠200t/h化學除鹽裝置，代替新鮮水作為200t/h化學除鹽裝置進水，通過離子交換進一步除鹽后成為熱電廠3.8MPa中壓鍋爐補給水。200t/h化學除鹽裝置屬于一級復床除鹽系統，逆流再生固定床，工藝流程為陽離子交換器→除碳器→陰離子交換器。優質再生水回用初期流量約70t/h，含鹽量非常低，電導率≤10μs/cm，200t/h化學除鹽裝置#1-1陽離子交換器、#1-2陰離子交換器首次試運連續運行25d周期制除鹽水量達到45640t。5月26日—6月8日進行滿負荷試驗，優質再生水回用量達到170t/h，電導率10μs/cm左右，200t化學除鹽裝置啟動雙套陰、陽離子交換器運行，每套陰、陽離子交換器周期制除鹽水量約30000t。優質再生水回用約半年后含鹽量逐漸上升，電導率最高上升到95 μs/cm，平均在（50～60）μs/cm，200t/h 化學除鹽裝置每套陽、陰離子交換器周期制除鹽水量穩定在（6000～8000）t。

2 優質再生水回用對化學除鹽系統的影響

2.1 優質再生水回用對除鹽系統技術經濟指標的影響

優質再生水回用后對熱電廠200t/h和500t/h兩套化學除鹽裝置的技術經濟指標產生較大影響（表2）。2016年4月14日—12月31日，兩套化學除鹽裝置共回用優質再生水49.3萬t，2016年全年新鮮水消耗量比2015年減少18.3萬t，制除鹽水量卻增加了35.5萬t，制水率達到95.8%，比2015年同期提高了2.3%，鹽酸耗量減少605.7t，降低了24.6%，酸單耗降低0.37 kg/t，液堿耗量降低了650.8t，降低了30.6%，堿單耗降低0.37 kg/t。這主要得益于優質再生水含鹽量較低，陰、陽離子交換器制水周期延長，再生頻次減少，再生酸堿用量及用水量大幅降低。

2.2 優質再生水回用對離子交換樹脂的影響

優質再生水中鐵、油、有機物等雜質含量比較高，容易造成化學除鹽系統離子交換樹脂的污染。2016年5月9日，#1-1陽離子交換器首次試運失效后對內部樹脂進行檢查，發現樹脂層表面有許多鐵銹（圖1）。6月13日，#1-2陽離子交換器經過大負荷試運失效后對內部樹脂進行檢查，發現上層樹脂明顯呈棕紅色（圖2）。對#1-2陽樹脂進行反洗，出水呈紅褐色（圖3），初步判斷為樹脂受到輕微鐵污染。對#1-1、#1-2陽樹脂用（10～15）%鹽酸溶液浸泡數小時后再生，樹脂鐵污染消除。

表2 優質再生水回用前后技術經濟指標對比

取少量#1-1、#1-2陽離子交換器內上層顏色較深的樹脂放入試管中，再向試管中注入2倍于樹脂體積的水，經激烈振蕩后水面未出現明顯類似“彩虹”的現象，說明樹脂未受到明顯油污染。

2016年8月1日，對#1-2陰離子交換器下室強堿性陰樹脂進行檢查，樹脂顏色未見明顯變化。至2016年底，200t/h化學除鹽裝置4臺陰離子交換器的強堿性陰樹脂未出現有機物污染的典型癥狀。分析可能與200t/h化學除鹽裝置陰離子交換器采用了強弱型陰樹脂聯合應用的雙室床工藝有關。雙室床上室為大孔型弱堿性陰樹脂D301，下室為凝膠型強堿性陰樹脂201×7。水中的有機物先與上室的大孔型弱堿性陰樹脂接觸，弱堿性陰樹脂對有機物的親和力比強堿性陰樹脂小，而且大孔弱堿性陰樹脂在運行時吸附的有機物在再生時容易被洗脫下來，大大減少了進入下室的有機物含量，減輕了對強堿性陰樹脂的污染。

建議將200t/h化學除鹽裝置陰離子交換器下室凝膠型強堿性陰樹脂201×7改為大孔型丙烯酸系強堿性陰樹脂D213。丙烯酸系強堿性陰樹脂的高分子骨架是親水性的，分子骨架中沒有苯環，所以它和有機物之間的分子引力比較弱，進入樹脂中的有機物在用堿再生時，能較順利地被解吸出來。大孔型樹脂網孔較粗，即使大分子有機物進入樹脂網孔中，也不容易卡在其中，它能更有效地克服有機物被樹脂吸著的不可逆傾向，提高有機物在樹脂中的擴散性，因此具有良好的去除有機物效果和抗有機物污染能力[1-3]。

圖1 #1-1陽樹脂

圖2 #1-2陽樹脂

圖3 #1-2陽樹脂反洗出水

3 優質再生水回用對鍋爐安全運行的影響

3.1 鍋爐給水、補給水質量標準

國標GB12145《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量標準》在1999年版規定了鍋爐給水中含油量的控制標準，其中，（3.8～5.8）MPa的中壓鍋爐給水中含油量＜1mg/L，（5.9～18.3）MPa的汽包爐給水中含油量不能＞0.3mg/L。2008年版刪除了給水中含油量的控制標準，但增加了對給水中有機物含量的控制標準，以總有機碳（TOC有機物中總的碳含量），作為控制指標。2016年版修訂為以總有機碳離子（TOCi有機物中總的碳含量及氧化后產生陰離子的其他雜原子含量之和），作為控制標準，當有機物中含有大量硫、氯、氮等原子，測得TOCi含量會＞TOC含量，TOCi含量能更準確反映水中有機物的腐蝕性大小。其中（5.9～15.6）MPa

3.2 優質再生水回用后鍋爐運行情況

的汽包爐給水中TOCi含量≤500μg/L，壓力等級＞15.6MPa的汽包爐給水中TOCi含量≤200 μg/L。國標對于（3.8～5.8）MPa等級的中壓鍋爐給水中的有機物控制標準沒有作出硬性規定，執行時可以根據實際情況適當放寬標準。

鍋爐補給水的質量，以不影響給水質量為標準。必要時監測TOCi，補給水TOCi含量應滿足給水TOCi含量合格。

優質再生水中的油、有機物等雜質穿透化學除鹽系統的離子交換樹脂，進入給水系統會對鍋爐的安全運行產生嚴重影響。對優質再生水水質監測的結果顯示，水中的油和有機物含量比較高，油含量平均為0.43mg/L，最高達到3.14mg/L，CODMn（高錳酸鉀法）平均為4.38mg/L，最高12mg/L。而新鮮水是不含油的，有機物含量也比較低，CODMn平均為0.88mg/L，最高2.96mg/L。用優質再生水替代新鮮水經過化學除鹽系統進一步除鹽過程中，離子交換樹脂對水中的油基本沒有去除能力，樹脂雖然可以吸附、去除一部分有機物，但大部分有機物穿透樹脂，進入了鍋爐補給水系統。因此優質再生水回用對熱電廠4臺3.8MPa中壓鍋爐安全運行的影響是不能忽視的。經過近一年對熱電廠4臺中壓鍋爐給水和爐水水質跟蹤監測，尚未發現水質異常，鍋爐和汽輪機檢修也沒有發現明顯的有機物腐蝕跡象。分析可能是優質再生水回用化學除鹽系統制得的鍋爐補給水量占全部鍋爐補給水量的比例比較低，大約為15%左右，優質再生水中的油和有機物在全部鍋爐補給水中得到了稀釋，所以鍋爐補給水中的油和有機物含量并不高。由于沒有對鍋爐補給水和給水中的油和有機物含量進行監測，因此無法知道其確切含量情況。建議對優質再生水回用化學除鹽系統制得的鍋爐補給水和鍋爐給水安裝監測油和有機物（TOCi）含量的在線監測儀表，監控鍋爐補給水和給水中油和有機物含量，防止發生油和有機物引起的鍋爐爆管和腐蝕現象。

4 結論和建議

優質再生水替代部分新鮮水經過離子交換器進一步除鹽后作為鍋爐補給水，化學除鹽裝置技術經濟指標得到顯著提高，除鹽水制水率提高了2.3%。優質再生水中有機物、鐵、油等雜質含量比較高，對離子交換樹脂造成了一定的污染，建議將凝膠型強堿性陰樹脂201×7改為去除有機物和抗有機物污染效果好的大孔型丙烯酸系強堿性陰樹脂D213。

優質再生水回用量占鍋爐補給水的比例較小，尚未發現對鍋爐和汽輪機安全運行的不利影響，建議對鍋爐給水系統安裝監測油和有機物（TOCi）含量的在線監測儀表，防止鍋爐和汽輪機發生油和有機物引起的爆管和腐蝕現象。

［1］周柏青，陳志和.發電廠水處理（第四版）［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［2］周本省.工業水處理技術（第2版）［M］.北京：化學工業出版社，2002.

［3］金熙，項成林，齊冬子.工業水處理技術問答（第四版）［M］.北京：化學工業出版社，2010.