循環水系統施工及運行全過程管理措施探討

(中國石油化工股份有限公司工程部,北京 100728)

煉化企業循環水系統的主要作用是冷卻工藝介質、機泵及機組潤滑油系統等。循環水系統長周期穩定運行是主體裝置穩定運行的基礎，也是全廠節水降耗的重要途徑。在循環水系統施工、試車和生產過程中，如果管理不到位，容易出現循環水系統結垢、腐蝕、泄漏及冷卻效果下降等問題，給主體裝置長周期穩定運行帶來安全隱患。

1 循環水系統的常見問題

1.1 循環水管線泄漏

循環水管線多為埋地管線，在其運行過程中，由于管道焊縫焊接質量不合格、管線防腐層破壞、管道腐蝕穿孔等原因，導致循環水管線泄漏。埋地循環水管線泄漏后，其排查和維修難度很大，為保證企業主體裝置連續生產，循環水系統不能中斷運行，一般只能在線堵漏處理。

1.2 循環水管線堵塞

埋地循環水管線處于系統低位，水沖洗難度大，部分施工遺留雜物很難通過開車初期的水沖洗排出。正常運行期間，經過長期大流量循環，部分雜物被循環水帶至水冷器入口或細小支線中，造成管線堵塞。堵塞部位循環水流量下降，冷卻效果降低，甚至造成動設備部件超溫損壞。

1.3 工藝物料泄漏

在正常生產中，由于水冷器制造、安裝質量缺陷，腐蝕開裂、穿孔，工藝物料壓力、流量、溫度大幅波動等原因，會導致水冷器泄漏，使工藝物料進入循環水系統現場，導致循環水質惡化。水質惡化打破了原來在循環水系統所建立起來的腐蝕抑制、污垢沉積和微生物繁殖的平衡，也使其他水冷器換熱效率下降，進而造成腐蝕加劇，形成惡性循環，影響冷卻裝置的正常運行[1]。

1.4 結 垢

水垢是由溶解在循環水中的碳酸鹽、硫酸鹽、硅酸鹽和氯化物等各種鹽類發生一系列化學反應，生成碳酸鈣、磷酸鈣等難溶性鹽類，達到過飽和狀態時從水中結晶析出，沉積在換熱器或冷卻管表面而形成的。循環水硬度越高、堿度越大、濁度越大、水溫越高及流速越低越易結垢[2]。水垢會阻止熱交換器的熱傳導，降低水的流量，甚至堵塞管道或換熱設備，既增加了腐蝕概率，又提高了維修成本，給裝置帶來了安全生產隱患。

1.5 腐 蝕

金屬設備和管道在水中會產生電化學腐蝕。水中鹽離子濃度越大，導電性增強，腐蝕速率越高；介質溫度越高，腐蝕速率越高。某些微生物會直接或者間接參與到腐蝕過程中，也會加劇電化學腐蝕，例如在厭氧的條件下，硫酸鹽還原菌可以發揮極化作用。微生物在代謝過程中也會形成各種酸，從而引發腐蝕[3]。

2 循環水管線施工質量管理

2.1 焊接質量控制

焊接質量控制應嚴格按照GB 50235—2010 《工業金屬管道工程施工規范》和GB 50517—2010《石油化工金屬管道工程施工質量驗收規范》等標準要求執行。重點檢查以下幾方面的工作：(1)焊工必須持有焊工證；(2)焊接工藝規程按相應焊接工藝評定編制完成；(3)焊接材料存放的溫度和濕度應按照標準要求執行；(4)焊件在組裝前應將焊口表面及附近母材內外壁的油、漆、垢及銹等清理干凈，直至露出金屬光澤；(5)禁止用強力對口焊口，更不允許利用熱膨脹法對口，防止造成附加應力；(6)焊接完成后,嚴格按照管道試壓程序進行水壓試驗，驗證管道強度。

2.2 防腐蝕質量控制

項目初期,要重視埋地管線防腐蝕設計方案審查，盡可能提高防腐蝕設計等級；施工過程中，要監控施工單位嚴格按照設計要求施工。由于目前從事除銹刷漆等簡單防腐蝕工作的施工人員整體素質不高，很難保證按照設計和標準規范施工，因此，應加強施工過程監督、檢查。

埋地工業金屬管道防腐層的施工在管道安裝前進行，焊縫部位未經試壓合格不得進行防腐蝕施工。在運輸和安裝時，不得損壞防腐層。埋地工業金屬管道安裝應在支撐地基或基礎檢驗合格后進行。支撐地基和基礎的施工應符合設計文件和國家現行有關標準的規定。當有地下水或積水時，應采取排水措施。埋地工業金屬管道試壓、防腐層檢驗合格后，應及時回填管溝，并應分層夯實。

2.3 清潔化施工管理

管道安裝前，應組織施工、監理和生產人員成立清潔化施工管理小組，在管線吊裝就位前檢查管線內的清潔度。在焊接組對前,應確認兩邊管道無碎石、沙土及手套等雜物。建立管道施工臺賬，必須由生產人員簽字確認后才能施工，以保證管道內部清潔度，減少后續試車階段的沖洗工作量。

3 循環水系統試車投用

3.1 水沖洗

由于某些石塊、焊渣及泥沙等雜物在水沖洗階段不能徹底清除，若前期清潔化施工管理不到位，建議先進行人工清掃，然后再注入新鮮水啟動循環泵進行水沖洗。沖洗時,循環水不應上冷卻塔，不應進水冷器，在合適位置可增設臨時管線實現水循環。管道內的清洗流速不應低于1.5 m/s。采用邊排污、邊補水的方式連續沖洗，至濁度小于20 NTU為止。

3.2 清 洗

向循環水系統中加入殺菌剝離劑，清除系統中微生物、黏泥及油脂等，可視情況投加消泡劑。當循環水濁度達到最高標準時沖洗結束，開始進行排污置換，降低循環水濁度，直至濁度小于20 NTU。隨后加入緩蝕劑和清洗劑進行以除垢、除銹為目的的化學清洗，清洗終點以總鐵量不再上升為標志。清洗結束后應盡快排污，有條件時應進行清池，避免系統再次產生浮銹，影響管道預膜。

3.3 預 膜

預膜階段應在無熱負荷情況下進行。清洗結束后應立即投加預膜劑，與水中的金屬離子等形成絡合物，發生電沉積過程從而形成沉淀性保護膜，均勻地覆蓋在金屬表面，阻止腐蝕發生。清洗預膜期間，應采用掛片檢測，以檢驗清洗預膜效果。

4 生產運行管理

4.1 加強水體質量監測

加強水體質量監測是確保循環水處理效果的重要手段。要制定規章制度，明確責任分工，在投用初期的1個月內，每天連續監測，分析腐蝕性離子和結垢性離子濃縮聚積規律后，降低監測頻率為每周一次。檢測循環回水的氯離子濃度、硬度、硫化物濃度、電導率、總鐵和pH值變化，保持水質穩定。

4.2 藥劑選擇

應選擇高效、低毒、化學穩定性及復配性能良好的環境友好型水處理藥劑作為緩蝕阻垢劑。當采用含鋅鹽藥劑配方時，循環冷卻水中的鋅鹽質量濃度應小于2.0 mg/L。循環冷卻水系統中有銅合金換熱設備時，水處理藥劑配方應有銅緩蝕劑。開式循環冷卻水微生物控制宜以氧化型殺生劑為主，非氧化型殺生劑為輔。氧化型殺生劑宜采用次氯酸鈉、液氯、有機氯或無機溴化物等。

4.3 補充水控制

4.3.1 硬度和堿度

建議根據藥劑的性能和循環水系統整體水質情況確定合適的鈣硬度和堿度運行指標，而非完全套用標準或藥劑供應商提供的控制條件，以達到經濟運行的目的。再生水的鈣硬度和堿度過高對提高循環水的運行濃縮倍數不利，需要根據補充再生水的指標來確定循環水系統能否高濃縮倍數運行。

4.3.2 氨氮含量

在使用銅或銅合金的換熱設備時,氨氮質量濃度必須小于1 mg/L。另外，氨氮含量過高也易造成循環水水質惡化，主要表現在微生物超標和含氯的殺菌劑反應，影響殺菌效果，導致腐蝕速率、黏附速率上升等一系列問題，使得循環水處理成本上升。從經濟性角度考慮，建議回用到循環水的再生水氨氮含量指標越低越好。

4.3.3 總鐵含量

應以補充口為基準來檢測系統總鐵，防止由于輸水管線材質選擇不當，出現供水出口總鐵合格，補充口總鐵超標現象。總鐵含量超標將導致細菌在循環水中明顯增殖，對聚磷酸鹽緩蝕劑的使用有干擾。當Fe2+質量濃度達2 mg/L時，碳鋼腐蝕速率增加6～7倍，且局部腐蝕加劇。

4.3.4 過程控制

水質控制過程中，應根據補充水水質以及換熱設備的結構形式、材質、工況條件、污垢熱阻、腐蝕速率并結合藥劑配方等因素綜合評價水質控制效果，以實現循環水系統平穩、經濟運行。

4.4 水冷器泄漏處置

如果發生水冷器泄漏，應立即逐臺排查，找出泄漏設備后應立即將其切出循環水系統。根據循環水質惡化情況，采取以下措施：(1)加大循環水的排放量，進行系統置換，降低循環水中各種有害離子的含量，降低濃縮倍數運行。(2)原有緩蝕阻垢劑可能失去緩蝕和阻垢功效。應根據水質狀況，更換適宜的緩蝕阻垢劑，提高緩蝕阻垢效果。(3)為防止生物黏泥的產生，必須具備強有力的殺菌滅藻手段，以盡可能減少循環水中微生物總量。可加大殺菌力度，改變單一氧化性殺菌方式。(4)投加剝離劑,剝離泄漏時部分沉積在換熱管上的黏泥、油膜，使其隨循環水帶出水冷器。

5 結 語

加強循環水管線焊接質量、防腐蝕質量及清潔化施工等方面的管理是循環水系統穩定運行的硬件基礎。充分做好循環水系統水沖洗、化學清洗及預膜工作是循環水系統高效運行的基本前提。加強運行過程中的水質監測，根據實際水質情況，及時調整補充水和藥劑的加注量是保證循環水系統長周期穩定運行的重要手段。只有做好循環水系統施工、試車投用和生產運行的全過程管理，才能實現循環水系統長周期、低成本和高效率穩定運行，為主體工藝裝置運行提供可靠保障。