換熱器泄漏對循環(huán)水系統(tǒng)的影響及處理措施

火志明,張 猛

(陜西長青能源化工有限公司,陜西寶雞 721000)

陜西長青能源化工有限公司60萬t/a甲醇的煤化工裝置，循環(huán)水系統(tǒng)分為空分裝置循環(huán)水、主裝置循環(huán)水兩套系統(tǒng)。空分裝置循環(huán)水體積流量為7 000 m3/h，主裝置循環(huán)水體積流量為20 000 m3/h。采用敞開式循環(huán)冷卻工藝，循環(huán)水經(jīng)過循環(huán)泵加壓后送至各工藝裝置冷卻換熱，吸收熱量后溫度升高，匯集至循環(huán)水回水總管，依靠余壓進(jìn)入冷卻塔，經(jīng)冷卻塔布水干管、支管及布水噴頭均勻地分布于冷卻塔填料上，在填料層中形成極薄的均勻水膜，與上升的冷空氣進(jìn)行熱交換，降溫后的冷卻水匯集到冷卻塔池，自流進(jìn)入吸水池，實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)利用[1]。由于設(shè)備老舊、操作不穩(wěn)定，換熱器很容易發(fā)生泄漏，物料泄漏至循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水水質(zhì)惡化，導(dǎo)致微生物繁殖過快，生物黏泥堵塞換熱器和循環(huán)水填料，嚴(yán)重危及系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 循環(huán)水日常加藥和水質(zhì)控制指標(biāo)

1.1 二氧化氯的投加

通過二氧化氯投加裝置進(jìn)行沖擊式或連續(xù)式投加，控制余氯質(zhì)量濃度為0.1～1.0 mg/L。沖擊式投加時(shí)，當(dāng)余氯質(zhì)量濃度為0.5～1.0 mg/L，即停止加氧，保持2～3 h；連續(xù)式投加時(shí)，應(yīng)把循環(huán)水余氯質(zhì)量濃度控制在0.1～0.5 mg/L。

1.2 非氧化性殺菌劑的投加

根據(jù)循環(huán)水水質(zhì)情況，防止細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性。采用沖擊式投加非氧化性殺菌劑，將非氧化性殺菌劑直接投加至吸水池中。冬季時(shí)，1個(gè)月投加1次；夏季時(shí)，1個(gè)月投加2～3次。

1.3 緩蝕阻垢劑的投加

連續(xù)式投加緩蝕阻垢劑，根據(jù)藥劑濃度和鋅離子濃度來調(diào)整加藥泵沖程。日常水質(zhì)控制指標(biāo)見表1。

表1 日常水質(zhì)控制指標(biāo)

2 換熱器泄漏對循環(huán)水系統(tǒng)的影響

系統(tǒng)發(fā)生泄漏后很容易引起系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢，水垢的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬的導(dǎo)熱系數(shù)，換熱器結(jié)垢后會(huì)影響換熱效率，裝置能耗大幅增加，影響裝置正常運(yùn)行。泄漏的介質(zhì)為微生物提供營養(yǎng)源，微生物迅速繁殖，其代謝產(chǎn)物及其所黏附的泥沙形成了危害更大的生物黏泥。生物黏泥附著處成為垢下腐蝕的部位，最終造成設(shè)備腐蝕穿孔[2]。此外生物黏泥會(huì)大量附著在冷卻塔填料中，填料質(zhì)量增加會(huì)將下部支撐壓得變形甚至斷裂，嚴(yán)重影響冷卻塔的冷卻效果。水中還會(huì)形成大量泡沫，嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行，對環(huán)境造成一定影響。生物黏泥中含有大量藻類及原生動(dòng)物，其細(xì)胞壁中有纖維素，在酸性條件下，與甲醇反應(yīng)生成甲基纖維素。研究表明：當(dāng)溶液中甲基纖維素的質(zhì)量濃度達(dá)到40.0～50.0 mg/L時(shí)，一旦晃動(dòng)就會(huì)產(chǎn)生大量泡沫[3]。

3 循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)變化和泄漏點(diǎn)的查找

(1) 循環(huán)水系統(tǒng)余氯值變化，見圖1。

圖1 循環(huán)水系統(tǒng)平均余氯質(zhì)量濃度

(2) 循環(huán)水系統(tǒng)加氯量的變化，見圖2。

圖2 循環(huán)水系統(tǒng)加氯量

(3) 循環(huán)水系統(tǒng)生物黏泥量變化，見圖3。

圖3 循環(huán)水系統(tǒng)生物黏泥量和濁度

從圖1、圖2、圖3可以看出：從2021年1月18日開始，系統(tǒng)余氯質(zhì)量濃度在不斷降低同時(shí)加氯量不斷增大，生物黏泥增多，濁度增大。1月28日，系統(tǒng)水質(zhì)顏色呈現(xiàn)灰黃色，泡沫增多。停止二氧化氯投加后，加樣分析循環(huán)水COD、硫化物和氨氮的變化，結(jié)果顯示COD值為92.6 mg/L，偏離日常運(yùn)行數(shù)值，判斷系統(tǒng)存在泄漏。立即對系統(tǒng)各換熱器進(jìn)出口循環(huán)水取樣，通過排查發(fā)現(xiàn)換熱器(E3515)循環(huán)水上水COD為93.0 mg/L,循環(huán)水回水COD為374.0 mg/L，判斷此處存在泄漏。隨后將E3515切出檢修，對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整處理后，加氯量和余氯逐步恢復(fù)至日常運(yùn)行值，通過殺菌置換后，生物黏泥和濁度逐步恢復(fù)至正常。

4 換熱器泄漏后的處理方法

4.1 短期泄漏

及時(shí)查找并消除漏點(diǎn)后，投加氧化性殺菌劑使余氯質(zhì)量濃度保持在0.5～1.0 mg/L,維持4～6 h，再向系統(tǒng)中沖擊式投加質(zhì)量濃度為60.0 mg/L的非氧化性殺菌劑。觀察水質(zhì)，若泡沫太多，及時(shí)加入少量的消泡劑，在24～36 h后濁度會(huì)達(dá)到最高，此時(shí)進(jìn)行排污置換，減短旁濾器反洗周期，增加單罐反洗時(shí)間，調(diào)整加藥量并及時(shí)檢測水質(zhì)，達(dá)標(biāo)后恢復(fù)正常運(yùn)行。

4.2 長期泄漏

考慮生產(chǎn)原因，無法及時(shí)消除漏點(diǎn)，每半個(gè)月需沖擊式投加質(zhì)量濃度為40.0 mg/L的除油劑、60.0 mg/L的非氧化性殺菌劑、40.0 mg/L的殺菌增效劑，保持余氯質(zhì)量濃度在0.2～0.5 mg/L之間。24～36 h后，濁度會(huì)達(dá)到最大，此時(shí)進(jìn)行排污置換，減短旁濾器反洗周期，增加單罐反洗時(shí)間，調(diào)整加藥量并及時(shí)檢測水質(zhì)，達(dá)標(biāo)后恢復(fù)正常運(yùn)行。此外,為了避免微生物對同一種殺菌劑產(chǎn)生抗藥性，可以交替使用不同的殺菌劑。如溴類殺菌劑，其殺菌機(jī)理與氯類殺菌相似，但起效較快，低濃度就有很好的殺生效果[4]。

5 結(jié)語

換熱器的泄漏是影響循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)指標(biāo)最主要的因素。發(fā)生泄漏后，設(shè)備會(huì)腐蝕和結(jié)垢，生物黏泥超標(biāo)、能耗增加會(huì)嚴(yán)重威脅裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行。而生產(chǎn)中，換熱器泄漏是不可避免的，隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增加，換熱器泄漏的頻率就會(huì)增加。因此，根據(jù)各種換熱介質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)后產(chǎn)生的現(xiàn)象，準(zhǔn)確判斷是何種介質(zhì)泄漏，選擇合適的查找方法，快速找到泄漏點(diǎn)并及時(shí)消漏。用適宜的處理方案快速改善水質(zhì)，避免水質(zhì)進(jìn)一步惡化對設(shè)備造成損害，確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長久運(yùn)行。