一體化凈水設(shè)備在低堿低硬循環(huán)水中的應(yīng)用

劉家節(jié)，張 磊，吳佩熹

（1.中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院，天津 300131；2.中國石油天然氣股份有限公司廣西石化分公司，廣西535008；3.西北大學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710069）

1 系統(tǒng)概況

某石化廠新鮮水為企山水庫水，其堿度和硬度均偏低。由于該清循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要進(jìn)行排污，并存在“跑冒滴漏”的現(xiàn)象，限制了其自然濃縮所能達(dá)到的極限濃縮倍率。該石化廠清循環(huán)水系統(tǒng)日常運(yùn)行中所能達(dá)到的極限濃縮倍率為4~5 倍（以鉀離子濃度計(jì)算），其堿度和硬度均偏低，仍然存在很強(qiáng)的腐蝕傾向，為控制系統(tǒng)腐蝕增加了難度[1]。

2 腐蝕的危害及應(yīng)對措施

2.1 腐蝕的危害

石化廠清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工況復(fù)雜，換熱器因腐蝕而泄漏的情況時有發(fā)生。泄漏出的物料包括輕烴和輕質(zhì)油品，為菌藻繁殖提供了充足的營養(yǎng)源，隨之而來的是微生物繁殖引起的腐蝕[2]。系統(tǒng)濁度和總鐵升高，反過來又會加劇循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕傾向，如此形成惡性循環(huán)。

2.2 腐蝕的控制

清循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，它是難以完全消除的，只能通過優(yōu)化緩蝕方案以及加強(qiáng)水質(zhì)管理予以減緩。

由于該清循環(huán)水系統(tǒng)日常運(yùn)行的極限濃縮倍率在4~5 倍，現(xiàn)場采用投加純堿和氯化鈣的方法來模擬濃縮倍率9 倍左右的環(huán)境，大大增加了運(yùn)行成本。另外，沖擊性投加的方式也會造成系統(tǒng)的堿度和鈣硬度波動較大。

2.3 降低水系統(tǒng)腐蝕傾向的措施

循環(huán)水系統(tǒng)的“跑冒滴漏”現(xiàn)象是難以有效管控的，需要通過系統(tǒng)排污來找到突破口。經(jīng)過調(diào)研，該清循環(huán)水系統(tǒng)旁濾器的反洗排污水存在收集的條件，其主要離子指標(biāo)與系統(tǒng)水相當(dāng)，僅懸浮物與總鐵偏高。

現(xiàn)設(shè)想通過現(xiàn)場回收這部分旁濾器反洗水補(bǔ)入該清循環(huán)水系統(tǒng)，一方面，可以通過減少排污以提高系統(tǒng)自然濃縮的極限濃縮倍率，另一方面可降低工業(yè)新水的補(bǔ)水量，節(jié)約成本。

3 一體化凈水設(shè)備

3.1 一體化凈水設(shè)備的工作原理

一體化凈水設(shè)備一般用來處理生活污水或中小規(guī)模的工業(yè)有機(jī)廢水，主要包括絮凝沉降和生化處理單元[3]。考慮到旁濾器反洗水的進(jìn)水即為清循環(huán)系統(tǒng)水，進(jìn)行反洗之后僅濁度、總鐵和懸浮物較高，其他離子指標(biāo)變化不大。針對這一特點(diǎn)，經(jīng)過與設(shè)備廠家技術(shù)人員的溝通，僅保留了一體化凈水設(shè)備的絮凝沉降和過濾功能。由于結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精簡，一體化凈水設(shè)備的尺寸也有所減小，其長寬高分別為8m×4m×4.5m。該一體化凈水設(shè)備的加藥系統(tǒng)與送水泵聯(lián)動，反洗系統(tǒng)為定時自動反洗，自動化控制程度高。圖1 為一體化凈水設(shè)備的工藝流程簡圖。

圖1 一體化凈水設(shè)備的工藝流程簡圖

3.2 一體化凈水設(shè)備的應(yīng)用及效果

3.2.1 安裝及運(yùn)行

現(xiàn)場對原管路進(jìn)行了改造，旁濾器反洗水全部回收進(jìn)入一體化凈水設(shè)備，經(jīng)過處理后返回到清循環(huán)水系統(tǒng)作為補(bǔ)充水。一體化凈水設(shè)備的出水總堿度和鈣硬度相比于工業(yè)新水均大幅度提高，水質(zhì)滿足清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水的要求，這對提高該清循環(huán)水系統(tǒng)的極限濃縮倍率，降低其腐蝕傾向大有裨益。

3.2.2 應(yīng)用效果

一體化凈水設(shè)備試運(yùn)行期間，該清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濁度未見較大波動，在6 月底由于氣溫升高導(dǎo)致微生物繁殖加快，進(jìn)行粘泥剝離之后濁度有了較大的升高；系統(tǒng)總鐵則呈總體下降的趨勢，據(jù)分析可能是系統(tǒng)腐蝕傾向得到改善的原因。

一體化凈水設(shè)備試運(yùn)行后，該清循環(huán)系統(tǒng)月度碳鋼監(jiān)測掛片腐蝕速率有了一定程度的降低，且均滿足國標(biāo)要求。

該清循環(huán)系統(tǒng)5 月和6 月碳鋼監(jiān)測掛片的腐蝕速率較之前月份有大幅度降低。考慮到監(jiān)測掛片的監(jiān)測周期為每月月初至月底，這也說明了一體化凈水設(shè)備的運(yùn)行降低了系統(tǒng)的腐蝕傾向。

4 經(jīng)濟(jì)效益核算

4.1 一體化凈水設(shè)備對節(jié)水的貢獻(xiàn)

一體化凈水設(shè)備的處理水量為50t/h，其反洗水量約5t/h，每年按365 天計(jì)算可節(jié)約394200t的工業(yè)新水，與此同時減少394200t 的排污。按照新鮮水成本2.5 元/t、排污費(fèi)6 元/t 來進(jìn)行計(jì)算，每年在節(jié)水方面可節(jié)約335.07 萬元的費(fèi)用。

4.2 一體化凈水設(shè)備對節(jié)能降耗的貢獻(xiàn)

一體化凈水設(shè)備運(yùn)行后，清循環(huán)水系統(tǒng)自然濃縮至9 倍左右，總堿度和鈣硬度均大幅升高，無需手動投加純堿和氯化鈣，每年大約節(jié)省純堿和氯化鈣各30t。按照純堿單價2000 元/t、氯化鈣單價1400 元/t 計(jì)算,大約節(jié)省藥劑成本10.2 萬元。一體化凈水設(shè)備運(yùn)行需要投加聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁，每年成本4 萬元左右。藥劑成本相抵之后，每年合計(jì)節(jié)省藥劑成本約6.2 萬元。

一體化凈水設(shè)備運(yùn)行后，本來需要泵送污水廠的水經(jīng)過處理就近排入清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，每年減少電耗約33000 度，用電單價以0.6 元/度計(jì)算，可減少用電費(fèi)用1.98 萬元。

綜上所述，每年在節(jié)能降耗上的貢獻(xiàn)約8.18萬元。

5 結(jié)論

經(jīng)過現(xiàn)場試運(yùn)行，基本達(dá)到了預(yù)期效果，清循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍率從5 倍提高到9 倍，期間系統(tǒng)濁度和總鐵未出現(xiàn)較大波動，監(jiān)測掛片腐蝕率也有了明顯改善。通過經(jīng)濟(jì)效益核算，一體化凈水設(shè)備的應(yīng)用同時具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。