循環水高濃縮倍率運行系統

曲春林，李東波，張數義，單小晶，李志遠，曹勇飛

（萬達控股集團有限公司，山東東營 257500）

0 引言

循環冷卻水系統在制造或生產工廠占有非常重要的地位。在煉化行業，冷卻水擁有更為重要的地位，當冷卻水系統發生沉積、結垢等問題時，就像血管受到硬化或結塊堵住，無法暢通；若冷卻水系統發生腐蝕問題，極易破裂。因此，一個完善的冷卻水系統處理方案，不但可以節省能源消耗，并且可以提高產能及產品品質，節約生產資源和自然資源。

1 循環水系統概述

公司擁有500 萬噸/年原油一次加工能力，配套循環水量20 000 Nm3/h 的循環水冷卻系統，系統保有水量≥8000 m3，涉及常減壓、催化聯合、加制氫、加氫裂化等十幾個車間，系統內共計180 余臺換熱器。

整個煉油系統多為高溫、高壓設備，并且介質具有一定的腐蝕性。因工況較為復雜、苛刻，導致2016—2019 年，整個循環水系統共發生泄漏100 余次，主要為換熱設備腐蝕泄漏。

2019 年7 月，循環水系統現濃縮倍數為1.8 倍（以特定時刻氯離子濃度標定）左右，循環水系統主要參數見表1，冷卻水系統各離子指標見表2。

表1 冷卻循環水系統運行參數

2 循環水系統問題分析

采用傳統投放緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑進行水處理，該方式對水體污染大，水體中成分復雜，造成設備結垢、腐蝕、泄漏。換熱設備、管道等泄漏后，油氣進入循環系統，造成循環系統異養菌數量激增，使循環水濁度增大，又使得結垢腐蝕更加嚴重，惡性循環。為此，只能大量排水，保證水質達標。污水外排直接增加冷卻系統的運行成本，特別是2018 年1 月1 日，排污稅費改為排污稅之后，每年直接增加排污費用數千萬元。

表2 冷卻水系統各離子指標

2018 年8—9 月，因天氣炎熱、介質泄漏等因素影響，致循環水水質惡化、微生物滋生、濁度過高、COD 上升，造成換熱（冷卻）設備結垢、泄漏、系統壓力增加、流量減小，換熱效率下降，為維持系統正常運行，每日需排污2000 Nm3、大量補充新鮮水約5000 Nm3，循環水系統濃縮倍數約為1.8 倍。

3 方案確定及工藝分析

3.1 方案確定

針對公司循環冷卻水水質狀況和設備冷卻所需水質的條件、要求，通過查閱資料，對現有各類處理方法、工藝、技術進行分析比較，以及同行業水質處理工藝。進行技術考察、分析、論證。確定采用提高濃縮倍率節水技術，解決冷卻水系統存在的問題，并利用除鹽水站外排的反滲透濃水。

對系統進行阻垢、緩蝕控制，采用氯系殺菌劑進行微生物控制。每月投加一次非氧化性殺菌劑，根據系統運行狀況，不定期投加一次專門針對煉化廠循環水特點而自主研發的兩性化合物粘泥剝離抑制劑，減緩粘泥附著，降低泄漏發生機會，減少排水，逐步提升濃縮倍率，減少補水。

3.2 一次性預膜

每12 個月按計劃實施一次殺菌剝離、化學清洗、預膜。

（1）化學清洗。主要是清除與冷卻水接觸的管道及換熱設備過水表面的浮銹、油脂、污垢、泥砂及碎屑雜物。

（2）預膜。在冷卻水中加入高濃度緩蝕劑，短時間內使換熱設備表面形成一層完整的沉積膜，防止水中腐蝕性物質對金屬的侵蝕，起到保護作用。

3.3 反滲透水回用

現有除鹽水站水處理工藝會產生反滲透濃水和濃水反滲透濃水兩部分廢水（合計約40 t/d）。循環水系統運用高濃縮倍率節水技術后，設備的防結垢和防腐蝕能力明顯提高，極大減少了因冷換損壞而影響生產裝置加工負荷情況；且循環水系統可以在高濃縮倍率下穩定運行，高濃縮倍率運行直接結果為循環水系統新鮮水補水和排水的減少，實現系統節能減排。

3.4 日常運營管理

循環冷卻水的日常處理采用均勻連續地投加緩蝕劑和阻垢劑來防止腐蝕和結垢，沖擊性投加氧化性殺菌劑來控制菌藻和粘泥的滋生，定期投加粘泥剝離劑，防止粘泥沉積。

（1）緩蝕和阻垢處理。采用TS 系列緩蝕劑和阻垢劑，產品均為液體，具有緩蝕和阻垢性能，能夠有效控制循環水系統的腐蝕和結垢。例如，TS-5502 主要成分為鋅鹽、聚環氧琥珀酸鈉、聚丙烯酸共聚物、水，藥劑用量低，鋅離子穩定性好，緩蝕效果優異，對碳鋼、不銹鋼和銅起到良好緩蝕作用，能有效防止或減緩水中有害物質對金屬的腐蝕。

（2）微生物控制。通過投加氧化性殺菌劑，控制循環水系統中微生物的生長。

（3）非氧化性殺菌劑。水處理劑、異噻唑啉酮衍生物TS-831，該產品能有效控制水中菌藻繁殖和粘泥生長。同時具有粘泥剝離作用和一定的分散、滲透、降濁作用，是一種低毒、廣譜、高效的粘泥剝離劑。定期投加粘泥剝離劑，減緩粘泥附著，有效控制循環冷卻水中的菌藻滋生和粘泥沉積。

4 控制指標與效果

（1）控制指標。表3 和表4。

表3 化學清洗過程檢測指標及頻次

表4 預膜過程檢測指標及頻次

（2）取得效果。①系統pH 值在正常范圍內波動；②9 月，砂濾系統砂濾罐因換熱器泄漏，造成砂濾罐沙子板結。為清理砂濾罐，9 月5 日—9 月16 日，每天用大量的水反沖洗砂濾罐，造成大量排污，導致9 月電導率、硬度、濃縮倍率下降；③10 月初剛有上升趨勢，10 月13 日又出現換熱器泄漏，一直持續到10 月19 日，10 月24 日循環水正常剝離，正常排污；④11 月在沒有換熱器泄漏的情況下，控制電導率、硬度、濃縮倍數持續穩定上升。相關數據見表5～表7。

表5 2018 年和2019 年7—11 月補水統計

（3）效益測算。①濃水回用節約費用：除鹽水站反滲透濃水產生量為40 m3/h，使用該濃水可以節約新鮮水補水，新鮮水水費4.7 元/m3。年節約費用150.4 萬元（按年使用8000 h 計）；②濃縮倍數從2.5 提高至5 后節省水費。

式中 Qm——補充水量

Qe——蒸發水量

N——濃縮倍數

Qm（5）=0.75Qm（2.5），Qm（5）是濃縮倍數為5 時補水量；Qm（2.5）是濃縮倍數為2.5 時補水量。現循環水廠濃縮倍數為2.5，年平均補水量為200 m3/h。濃縮倍數從2.5 提高到5 后可省水：Qm（2.5）-0.75Qm（2.5）=50 m3/h，年節省水費188 萬元（按年使用8000 h 計）。年節水費338.4 萬元。相比循環水系統投加傳統的緩蝕劑、阻垢劑和殺菌滅藻劑，對水體污染大，水體中成分復雜，造成設備結垢、腐蝕、泄漏嚴重。應用高濃縮倍率運行處理技術，降低了換熱設備維修和更換頻率，因換熱設備損壞、泄漏造成的生產裝置停工、減產事故大大減少。項目自2019 年7 月實施后，循環水系統穩定性得到明顯改善，到2020 年5 月，系統換熱設備泄漏次數僅有5 次，預計產生間接經濟效益千萬余元，循環水系統濃縮倍數從1.8 倍提高至近5.0 倍（預計參考值），系統設備泄漏率同比降低≥90%。

表6 2019 年7—11 月新鮮水外購統計

表7 項目運行節水量

5 結束語

提高高濃縮倍率節水處理技術既能滿足設備運行及排污要求，又能實現節能減排，降本增效，極大減輕了公眾和企業負擔。節能降耗是企業生存之本，樹立一種“點點滴滴降成本，分分秒秒增效益”的節能意識，以最好的管理實現節能效益的最大化。