一體化凈水設備在低堿低硬循環水中的應用

劉家節，張 磊，吳佩熹

（1.中海油天津化工研究設計院，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.西北大學化工學院，陜西 西安 710069）

1 系統概況

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

2 腐蝕的危害及應對措施

2.1 腐蝕的危害

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

2.2 腐蝕的控制

清循環水系統的腐蝕主要是電化學腐蝕，它是難以完全消除的，只能通過優化緩蝕方案以及加強水質管理予以減緩。

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

2.3 降低水系統腐蝕傾向的措施

循環水系統的“跑冒滴漏”現象是難以有效管控的，需要通過系統排污來找到突破口。經過調研，該清循環水系統旁濾器的反洗排污水存在收集的條件，其主要離子指標與系統水相當，僅懸浮物與總鐵偏高。

現設想通過現場回收這部分旁濾器反洗水補入該清循環水系統，一方面，可以通過減少排污以提高系統自然濃縮的極限濃縮倍率，另一方面可降低工業新水的補水量，節約成本。

3 一體化凈水設備

3.1 一體化凈水設備的工作原理

一體化凈水設備一般用來處理生活污水或中小規模的工業有機廢水，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水即為清循環系統水，進行反洗之后僅濁度、總鐵和懸浮物較高，其他離子指標變化不大。針對這一特點，經過與設備廠家技術人員的溝通，僅保留了一體化凈水設備的絮凝沉降和過濾功能。由于結構進行了精簡，一體化凈水設備的尺寸也有所減小，其長寬高分別為8m×4m×4.5m。該一體化凈水設備的加藥系統與送水泵聯動，反洗系統為定時自動反洗，自動化控制程度高。圖1 為一體化凈水設備的工藝流程簡圖。

圖1 一體化凈水設備的工藝流程簡圖

3.2 一體化凈水設備的應用及效果

3.2.1 安裝及運行

現場對原管路進行了改造，旁濾器反洗水全部回收進入一體化凈水設備，經過處理后返回到清循環水系統作為補充水。一體化凈水設備的出水總堿度和鈣硬度相比于工業新水均大幅度提高，水質滿足清循環冷卻水系統補充水的要求，這對提高該清循環水系統的極限濃縮倍率，降低其腐蝕傾向大有裨益。

3.2.2 應用效果

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

一體化凈水設備試運行后，該清循環系統月度碳鋼監測掛片腐蝕速率有了一定程度的降低，且均滿足國標要求。

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

4 經濟效益核算

4.1 一體化凈水設備對節水的貢獻

一體化凈水設備的處理水量為50t/h，其反洗水量約5t/h，每年按365 天計算可節約394200t的工業新水，與此同時減少394200t 的排污。按照新鮮水成本2.5 元/t、排污費6 元/t 來進行計算，每年在節水方面可節約335.07 萬元的費用。

4.2 一體化凈水設備對節能降耗的貢獻

一體化凈水設備運行后，清循環水系統自然濃縮至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 計算,大約節省藥劑成本10.2 萬元。一體化凈水設備運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，每年合計節省藥劑成本約6.2 萬元。

一體化凈水設備運行后，本來需要泵送污水廠的水經過處理就近排入清循環冷卻水系統，每年減少電耗約33000 度，用電單價以0.6 元/度計算，可減少用電費用1.98 萬元。

綜上所述，每年在節能降耗上的貢獻約8.18萬元。

5 結論

經過現場試運行，基本達到了預期效果，清循環冷卻水系統濃縮倍率從5 倍提高到9 倍，期間系統濁度和總鐵未出現較大波動，監測掛片腐蝕率也有了明顯改善。通過經濟效益核算，一體化凈水設備的應用同時具有較高的經濟效益。