無磷水處理方案在循環冷卻水系統的應用

劉 沛，潘新明

（中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060）

循環冷卻水處理效果，直接影響煉化企業設備運行周期和穩定性。同時在石化行業工業用水中，循環冷卻水用量約占全廠用水的80%。大力推廣循環冷卻水高濃縮倍數無磷技術，可以節約大量水資源，減少排污，具有很好的經濟效益和環保效應[1]。

1 循環冷卻水無磷技術應用進展

目前冷卻水技術的主要發展趨勢在于最小化廢水排放，減少水耗及減少或消除含磷化合物的使用。“綠色藥劑”的概念已被提出并成為21世紀水處理劑的發展方向，新型的緩蝕阻垢劑要圍繞性能、環境和經濟三大目標，根據綠色化學原理和觀點來設計研究。由于研究成功的綠色阻垢劑和緩蝕劑很少，磷系緩蝕阻垢劑仍然是當今水處理劑的主流[2]。但磷系緩蝕劑易造成水體富營養化，隨著人們環境保護意識的增強，許多國家已經開始限制磷的排放，無磷緩蝕阻垢劑是未來水處理劑的發展方向。國家污水綜合排放標準（GB8978-2002）對磷酸鹽和鋅鹽的排放具有嚴格的限制（見表1）。

表1 國家污水綜合排放標準

新型無磷阻垢劑具有更優異的阻垢性能，高的鈣容忍度；耐氧化性，熱穩定性，水解穩定性；適用于高濃縮倍數下，長停留時間運行；聚合物在高劑量下對碳鋼有緩蝕效果，與鋅鹽具有協同緩蝕效應，可以有效抑制碳鋼的腐蝕，組成的無磷水處理方案，可很好地應用于工業循環冷卻水系統中。目前國內已有一些大型石化行業采用無磷方案的實際應用案例，如南京巴斯夫，BP賽科，中海殼牌，四川石化等[3]。

2 蘭州石化循環水系統參數和補水情況

蘭州石化公司石化廠為年產30×104t乙烯及配套化工項目，327循環水場主要供乙烯裂解裝置冷卻，循環量為11 000 m3/h，保有水量約5 000 m3。342循環水場主要供聚乙烯，聚丙烯等化工配套裝置冷卻。循環量為17 500 m3/h，保有水量約4 500 m3。換熱器材質主要為碳鋼和少量不銹鋼，循環水管道為碳鋼。采用黃河水經預處理后作為補充水，水質指標（見表2）。

根據補水的水質，對其碳酸鈣結垢和腐蝕趨勢進行了計算。在40℃時，補水的朗格列爾指數LSI為1.02，雷諾指數RSI約為6.27。由于補水具有中等鈣硬度、總堿度和pH值，故補水具有弱結垢趨勢。

隨著循環水濃縮倍數的提高，鈣硬度、總堿度和pH值逐漸升高，水質逐漸轉變為結垢趨勢。濃縮倍數達到4倍時，40℃循環水的朗格列爾指數LSI為2.9，RSI為3.3（未加酸），故屬于嚴重結垢性水質。因此正常運行需要加酸控制循環水pH值約8.5，同時需要注意系統內鈣鎂硅垢。

表2 補充水水質

3 循環冷卻水無磷方案

為滿足蘭州石化的節水和環保要求，在部分循環水場采用無磷水處理方案。正常運行時濃縮倍數控制在4～5倍，所用的主要藥劑和作用（見表3）。其中Bulab9420為復配含有示蹤劑的無磷聚合物阻垢劑；Bulab9050為含鋅無磷緩蝕劑；Bulab8012為DMAD系列有機分散劑；Bulab6158為異噻唑啉酮類復配非氧化性殺菌劑；Bulab6042為DBNPA類非氧化性殺菌劑。

4 循環冷卻水系統運行情況

由于黃河水高濃縮倍數下屬于嚴重結垢性水質，為有效防止運行期間的腐蝕，在正常運行時控制濃縮倍數4～5倍，加硫酸控制循環水pH在8.0～8.5。從2016年12月起開始采用無磷方案運行，水質運行參數（見表4和表5）。

由表4和表5可見，正常運行時循環水濃縮倍數穩定運行約4倍，具有很好的經濟效益和社會效應。

5 水處理效果評價

5.1 腐蝕控制

每月對碳鋼掛片的腐蝕率進行了監測，數據曲線（見圖1）。碳鋼腐蝕率一直保持小于0.075 mm/a。循環水中鐵離子小于1.0 mg/L。同時檢修期間打開換熱器檢查，未見明顯腐蝕痕跡，說明系統腐蝕得到了很好地控制。

5.2 結垢控制

每月監測換熱器對碳鋼試管的粘附速率進行了監測，監測結果（見圖2）。碳鋼試管粘附速率始終保持＜5 mcm，說明系統內結垢控制達到了優異的水平。

5.3 微生物控制

每月對循環水中的異氧菌數進行了監測，平均數據結果（見圖3）。異氧菌數除327系統除5月因有微量介質泄漏稍高外，其他均小于正常值，達到很好的水平。循環水場的水池周圍立柱非常清潔，說明系統內微生物控制良好。

表3 正常運行主要藥劑

表4 327水場循環水系統水質數據

表5 342水場循環水系統水質數據

圖1 循環水碳鋼腐蝕速率曲線

圖2 循環水粘附速率曲線

圖3 異氧菌數月平均數據

6 結論

無磷水處理方案在石油化工廠的327、342循環水場運行8個月以上，達到了理想的防腐蝕、阻垢和微生物控制效果，有效實施節水減排，綜合水處理成本低，良好的緩蝕阻垢處理為設備穩定長周期運行保駕護航，由此帶來的提高產品收益和節約設備維護費用也相當可觀，具有很好的經濟和環保效應。