关于化工循环冷却水日常运行的过程管控
时间：2023-01-21 20:50:04 来源：天一资源网 本文已影响 人 
惠建伟，杨 文，白保安
（陕西北元化工集团股份有限公司，陕西 榆林 719319）
在当前的化工企业生产过程中，循环冷却水的处理是十分关键的环节，越来越多的化工企业致力于通过先进技术对循环水日常运行进行管理。陕西北元化工集团有限公司本着有效提升循环水效果，保证循环水处理设备安全正常运转，满足水质要求的目的，对水质日常管控采取了多种措施。
（1）循环水
公用循环水主要成分为工业水，要求钙盐低于500 mg/L，聚磷酸盐3～5 mg/L。主要应用于烧碱氯氢处理装置、电解装置、采卤装置、VCM 装置等。
（2）7 ℃水
7 ℃主要成分为生产水，主要用于氯氢处理装置、VCM 装置、乙炔装置等。
（3）-26 ℃冷冻盐水
-26 ℃冷冻盐水为淡黄色液体，密度1.286 g/cm3，在空气中对碳钢有一定腐蚀性。主要成分为纯水、质量分数约29.9%的CaCl2以及重铬酸钠和NaOH。主要用于氯氢处理装置、VCM 装置等。
2.1 浊度较高
浊度是指由于水中有泥沙、有机物或微生物等悬浮物质存在，使光散射或者被吸收的情况。由于循环冷却水为敞开式冷却系统，与外界环境直接接触，大量微生物的进入，加上公司位于陕北风沙较为严重的区域，大量泥沙进入蓄水池，会造成蓄水池内水质浊度增加。另外，本着降低水压以及能量损耗的目的，对于一些不常用的设施经常会对其采取进出口阀门紧闭的操作，造成这些设施内部的循环冷却水并不循环，长期死水状态造成设施内部大量细菌滋生，引发设施内部水质浊度增加[1]。一旦设备重新启用，就会导致浊度较高的循环冷却水进入整个循环冷却水系统中，造成整体循环冷却水水质浊度增加。在循环冷却水当中，造成换热设施等出现腐蚀现象的因素通常为微生物所分泌的物质将水中杂质粘黏，从而造成设施内部表面水垢的存在，降低水流量的同时，造成设施工作效率降低，甚至造成设备堵塞停产等问题[2]。
2.2 氯离子腐蚀
氯离子的存在会对化工生产过程中的金属设施造成较大影响，氯离子的强腐蚀性，能够造成严重的电化学腐蚀。由于循环冷却水对采卤装置的卤水板换，氯氢处理装置的盐酸板换，电解装置的氯气板换进行换热降温，一旦出现板换泄漏情况，就会造成循环冷却水内部氯离子突然增加。其中，最难排查的就是换热设施的微漏现象。2021 年7 月采卤装置的卤水板换停运切出后，没有借助盲板加以隔离，同时进入板换的循环冷却水进出口阀门内漏，且板换微漏，存在持续性的小股卤水通过循环水管线进入循环水池，造成循环水内部氯离子含量持续保持较高浓度，并且外部排查不出原因，造成严重的腐蚀[3]。
2.3 浓缩倍数不足
化工生产需要大量的水，但目前的水循环系统中存在经常性热负荷不足的问题，出现了较为普遍的循环冷却水保有量高于循环水量的情况，容易造成循环冷却水浓缩倍数不达标，水质污染严重[4]，难以有效减轻腐蚀。
2.4 电导率高
水中过多的含盐量会造成用水导电性增加，形成更强的电化学效果，从而加大电腐蚀，加快设施腐蚀速度[5]。较高的电导率表明盐分含量较多，尤其是硬度成分以及碱度成分同时都较高。当达到一定数值之后就会依照溶度积理论，不可避免的出现水垢。水垢传热能力较差，具有较严重的危害性。
2.5 碱度较高
碱度主要指水中的氢氧根，碳酸氢根，碳酸根离子含量，碱度越大，水质结垢倾向越大。因为水质要求不同，长时间的运转会造成循环水碱度增高，如果出现固碱装置碱板换泄漏的问题，就会直接导致循环水的碱度大幅升高。过高的碱度，会造成循环水中的钙镁离子等形成水垢，导致严重的垢下腐蚀现象[6]。
2.6 钙镁离子高
在循环水中一定浓度钙镁离子的存在有助于防腐。钙硬度主要指水中钙离子的含量，水中钙硬度越大，系统运行过程中越容易结垢，根据经验及时补排水。一些聚合物能够将钙镁离子转化成胶状的络合物，形成非离子泥。在实际的生产过程中，钙镁离子的浓度与碱度、排水量等都有着直接的关系[7]。若循环水中排水量不够或者补充水来源中含有较高浓度的钙镁离子，会造成循环水中钙镁离子含量超标，水硬度偏大，在运行的过程中更容易形成水垢等。
2.7 装置泄漏
在化工企业生产过程中会涉及到很多的生产装置，尤其是公用水介质的循环过程中，一旦出现泄漏的情况，很可能成为循环水中微生物生长繁殖的重要来源，形成循环水中微生物大量繁殖，造成严重的设备堵塞等，不利于设备运转以及生产过程进行。
3.1 腐蚀金属设施
在化工生产企业公用装置用水中，若存在泄漏或者水质浊度较大，就会为循环水等介质水中的微生物形成良好的繁殖环境，造成微生物快速繁殖，引发水中黏稠物增加，造成循环系统出现堵塞的问题，甚至造成金属设施严重腐蚀，不利于生产工作的顺利开展。在化工企业生产过程中，需要根据实际泄漏的情况以及泄漏的物质，采取针对性的措施[8]。当循环水中黏泥等物质含量过高时，会影响生产装置的良好运转，随着黏泥的增加，对生产设施的腐蚀增强，造成更为严重的生产负面影响。
3.2 生态系统危害
在化工循环水系统中经常会存在较多种类的微生物，通常情况下彼此之间具有较为和谐的生态关系。若出现水质污染的现象，就会造成水中其他微生物的出现，打破原有水循环中的生态平衡，会加快其原有的繁殖速度，从而形成水循环系统的破坏。不同程度的水污染以及不同污染源都会造成不同情况的后果，因此经常会出现较多种的水质污染的现象与后果，对正常的工业生产产生较大影响[9]。
4.1 循环水站水质运行指标
4.2 水质污染处理应对方案
（1）优化补水装置：优化补水的比例以及数量，达到对循环水质的有效管控；
（2）完成自动补水：借助现代化的信息技术方式，进行系统化的实时水位检测，并进行经转化的不睡管控，实现生产与管控联动的管理；
表1 循环水站水质运行指标
（3）完成自主排污：通过将以前人工的排污形式转变为系统自动管控的形式，结合信息技术手段，达到有效的排污质量管控，提高对水质污染的管理力度[10]；
（4）进行自主预警：通过借助系统的方式进行自主方案预警，对水位、水质等情况进行详细指标的监控设置，当超过规定标准的时候进行自动报警。
4.3 循环水污染对策
（1）针对pH 值突然超标的情况，首先要及时上报处理，然后加入98%的浓硫酸或者32%的氢氧化钠的方式进行调整。之后每隔2 h 就要进行一次酸碱度的测算，直至pH 值处于7～9 的正常范围。
（2）针对钙镁离子超标的情况，要及时加大排水量，直到水中离子浓度合格。
（3）对于氯离子超标的情况，要及时停止对氯的添加。如果突然氯离子超标，就要及时排查换热设施是否出现了泄漏，及时进行最大排量的水置换，并进行及时的氯离子含量分析。
（4）针对浊度超标的现象，要加大排水置换，直到浊度符合标准。
（5）对于电导率突然升高，需要及时上报，加大排水进行置换，冬季排水大于600 m3/天；
夏季排水量大于800 m3/天，并及时进行用户换热设施的排查，保证每2 h 一次电导率的排查[11]。
（6）对于总铁含量超标的现象，需要及时加大排水量，投运旁流过滤装置、纤维球过滤器，每日轮流反洗过滤器，单罐反洗流量160 m3/h，至纤维球洗白为止；
冬季排水大于600 m3/天；
夏季排水量大于800 m3/天。直到总铁含量合格，同时还要进行超标原因的查找。
（7）针对余氯突然超标，需要第一时间汇报调度排查用户换热设备是否泄露，汇报装置管理人员，以最大量排水置换；
增加余氯分析频次为每2 h 分析一次。冲击性投加时，应保持循环水回水余氯0.3～1.0 mg/L，余氯值的测定应自加完氧化性杀菌剂起，每隔1 h取一次样，至少取二次样，保证第二小时余氯值不低于0.3 mg/L，若低于0.3 mg/L，应立即补加氧化性杀菌剂，直至余氯达标。
4.4 7 ℃水污染对策
（1）pH 值管理。正常的pH 值应当维持在7～10，但是当pH 低于9 时投加99%的氢氧化钠。尤其是对于pH 突然超标时，立即汇报调度、装置管理人员，每2 h 分析一次pH 值，投加酸碱中和，直至pH值合格稳定。
（2）钙硬度管理。对于钙硬度超过100 mmol/L标准的时候，要联系调度外界用户排查泄漏点，切断泄漏源，当班班长发起排水申请单，排水置换水质。
（3）氯离子管理。针对氯离子含量超过120 mg/L标准的情况，要第一时间汇报调度排查用户换热设备是否泄漏。汇报装置管理人员，以最大量排水置换；
增加氯离子分析频次每2 h 分析一次。氯离子含量高会对设备管道造成一定程度的腐蚀，并且在不加氧化型杀菌剂和通氯气的情况下，根据氯离子的检测数据可以较为准确地计算系统浓缩倍数。其指标控制主要依据浓缩倍数以及补水水质而定，根据检测结果控制氯气投加量[12]。
（4）浊度管理。浊度主要反应系统水质浑浊程度，浊度增高管道换热设备结垢倾向会增大，根据检测结果进行补排水。针对浊度NTU 超过标准的时候，要投运砂滤器；
当班班长发起排水申请单，联系调度排水置换。
（5）电导率管理。电导率较高说明各种盐分含量较大特别是硬度成分以及碱度成分同时高到一定值时，根据溶度积理论，结生水垢是不可避免的,而水垢的传热系数极低危害性较大。当电导率突然升高超过1 000 μs/cm 的时候，要立即汇报调度、装置管理人员排查用户换热设备，每2 h 检测一次电导率。
（6）总铁管理。铁离子就是测水中铁离子的含量，循环水中的铁离子既可以是由补充水带入的，也可以是由循环水系统中钢设备腐蚀所产生的，设备腐蚀越厉害，水中铁离子含量越高。当总铁含量超过1 mg/L 时，要投运砂滤器；
当班班长发起排水申请单，联系调度排水置换。
（7）硫酸根管理。对于硫酸根含量突然超过120 mg/L 标准的情况，要第一时间汇报调度排查用户换热设备是否泄漏。汇报装置管理人员，以最大量排水置换；
增加硫酸根分析频次为每2 h 分析一次。
5.1 加药控制
循环冷却水在长时间运行中，依据实际运行的需求以及生产技术环境，需要施加一定的缓蚀阻垢剂以及杀菌剂等药剂，以保证循环冷却水的水质能够始终维持在比较良好的状况。应重点关注施加的频率以及药剂的使用量。
5.2 缓蚀阻垢剂施加
缓蚀阻垢剂是为了避免循环冷却水中CaCO3等水垢的析出，降低对换热设施腐蚀等所施加的药剂。而缓蚀阻垢剂种类的选用需要依照实际的经济状况以及施加成效等进行选择。公司日常根据总磷、有机磷化验结果补加缓蚀阻垢剂用量，一次补加的药剂量=（控制有机磷-实测有机磷）×35×8。
5.3 杀菌剂施加
为了有效防止循环冷却水系统内微生物的滋生，避免黏泥的形成，进行杀菌剂的施加。系统中氯离子含量高会对设备管道造成一定程度的腐蚀，并且在不加氧化型杀菌剂和通氯气的情况下，根据氯离子的检测数据可以较为准确地计算系统浓缩倍数。其指标控制主要依据浓缩倍数以及补水水质而定，根据检测结果控制氯气投加量。
综上所述，当前的化工企业日常生产运作过程中，对于公用装置水质污染的处理极为重要，公用装置的水质情况直接影响到实际生产工作开展的质量与效率。因此要提高对水污染的关注与研究，通过合理的清洗方式、浓缩倍数以及浊度管理等工作，为保证化工企业公用装置的水质达到标准化要求提供良好的基础保障。
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