無(wú)磷水處理方案在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用

劉 沛，潘新明

（中國(guó)石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060）

循環(huán)冷卻水處理效果，直接影響煉化企業(yè)設(shè)備運(yùn)行周期和穩(wěn)定性。同時(shí)在石化行業(yè)工業(yè)用水中，循環(huán)冷卻水用量約占全廠用水的80%。大力推廣循環(huán)冷卻水高濃縮倍數(shù)無(wú)磷技術(shù)，可以節(jié)約大量水資源，減少排污，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效應(yīng)[1]。

1 循環(huán)冷卻水無(wú)磷技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

目前冷卻水技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)在于最小化廢水排放，減少水耗及減少或消除含磷化合物的使用?！熬G色藥劑”的概念已被提出并成為21世紀(jì)水處理劑的發(fā)展方向，新型的緩蝕阻垢劑要圍繞性能、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)三大目標(biāo)，根據(jù)綠色化學(xué)原理和觀點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)研究。由于研究成功的綠色阻垢劑和緩蝕劑很少，磷系緩蝕阻垢劑仍然是當(dāng)今水處理劑的主流[2]。但磷系緩蝕劑易造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，許多國(guó)家已經(jīng)開始限制磷的排放，無(wú)磷緩蝕阻垢劑是未來(lái)水處理劑的發(fā)展方向。國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB8978-2002）對(duì)磷酸鹽和鋅鹽的排放具有嚴(yán)格的限制（見表1）。

表1 國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)

新型無(wú)磷阻垢劑具有更優(yōu)異的阻垢性能，高的鈣容忍度；耐氧化性，熱穩(wěn)定性，水解穩(wěn)定性；適用于高濃縮倍數(shù)下，長(zhǎng)停留時(shí)間運(yùn)行；聚合物在高劑量下對(duì)碳鋼有緩蝕效果，與鋅鹽具有協(xié)同緩蝕效應(yīng)，可以有效抑制碳鋼的腐蝕，組成的無(wú)磷水處理方案，可很好地應(yīng)用于工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。目前國(guó)內(nèi)已有一些大型石化行業(yè)采用無(wú)磷方案的實(shí)際應(yīng)用案例，如南京巴斯夫，BP賽科，中海殼牌，四川石化等[3]。

2 蘭州石化循環(huán)水系統(tǒng)參數(shù)和補(bǔ)水情況

蘭州石化公司石化廠為年產(chǎn)30×104t乙烯及配套化工項(xiàng)目，327循環(huán)水場(chǎng)主要供乙烯裂解裝置冷卻，循環(huán)量為11 000 m3/h，保有水量約5 000 m3。342循環(huán)水場(chǎng)主要供聚乙烯，聚丙烯等化工配套裝置冷卻。循環(huán)量為17 500 m3/h，保有水量約4 500 m3。換熱器材質(zhì)主要為碳鋼和少量不銹鋼，循環(huán)水管道為碳鋼。采用黃河水經(jīng)預(yù)處理后作為補(bǔ)充水，水質(zhì)指標(biāo)（見表2）。

根據(jù)補(bǔ)水的水質(zhì)，對(duì)其碳酸鈣結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)進(jìn)行了計(jì)算。在40℃時(shí)，補(bǔ)水的朗格列爾指數(shù)LSI為1.02，雷諾指數(shù)RSI約為6.27。由于補(bǔ)水具有中等鈣硬度、總堿度和pH值，故補(bǔ)水具有弱結(jié)垢趨勢(shì)。

隨著循環(huán)水濃縮倍數(shù)的提高，鈣硬度、總堿度和pH值逐漸升高，水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)垢趨勢(shì)。濃縮倍數(shù)達(dá)到4倍時(shí)，40℃循環(huán)水的朗格列爾指數(shù)LSI為2.9，RSI為3.3（未加酸），故屬于嚴(yán)重結(jié)垢性水質(zhì)。因此正常運(yùn)行需要加酸控制循環(huán)水pH值約8.5，同時(shí)需要注意系統(tǒng)內(nèi)鈣鎂硅垢。

表2 補(bǔ)充水水質(zhì)

3 循環(huán)冷卻水無(wú)磷方案

為滿足蘭州石化的節(jié)水和環(huán)保要求，在部分循環(huán)水場(chǎng)采用無(wú)磷水處理方案。正常運(yùn)行時(shí)濃縮倍數(shù)控制在4～5倍，所用的主要藥劑和作用（見表3）。其中Bulab9420為復(fù)配含有示蹤劑的無(wú)磷聚合物阻垢劑；Bulab9050為含鋅無(wú)磷緩蝕劑；Bulab8012為DMAD系列有機(jī)分散劑；Bulab6158為異噻唑啉酮類復(fù)配非氧化性殺菌劑；Bulab6042為DBNPA類非氧化性殺菌劑。

4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運(yùn)行情況

由于黃河水高濃縮倍數(shù)下屬于嚴(yán)重結(jié)垢性水質(zhì)，為有效防止運(yùn)行期間的腐蝕，在正常運(yùn)行時(shí)控制濃縮倍數(shù)4～5倍，加硫酸控制循環(huán)水pH在8.0～8.5。從2016年12月起開始采用無(wú)磷方案運(yùn)行，水質(zhì)運(yùn)行參數(shù)（見表4和表5）。

由表4和表5可見，正常運(yùn)行時(shí)循環(huán)水濃縮倍數(shù)穩(wěn)定運(yùn)行約4倍，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效應(yīng)。

5 水處理效果評(píng)價(jià)

5.1 腐蝕控制

每月對(duì)碳鋼掛片的腐蝕率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)曲線（見圖1）。碳鋼腐蝕率一直保持小于0.075 mm/a。循環(huán)水中鐵離子小于1.0 mg/L。同時(shí)檢修期間打開換熱器檢查，未見明顯腐蝕痕跡，說(shuō)明系統(tǒng)腐蝕得到了很好地控制。

5.2 結(jié)垢控制

每月監(jiān)測(cè)換熱器對(duì)碳鋼試管的粘附速率進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果（見圖2）。碳鋼試管粘附速率始終保持＜5 mcm，說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)結(jié)垢控制達(dá)到了優(yōu)異的水平。

5.3 微生物控制

每月對(duì)循環(huán)水中的異氧菌數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，平均數(shù)據(jù)結(jié)果（見圖3）。異氧菌數(shù)除327系統(tǒng)除5月因有微量介質(zhì)泄漏稍高外，其他均小于正常值，達(dá)到很好的水平。循環(huán)水場(chǎng)的水池周圍立柱非常清潔，說(shuō)明系統(tǒng)內(nèi)微生物控制良好。

表3 正常運(yùn)行主要藥劑

表4 327水場(chǎng)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)數(shù)據(jù)

表5 342水場(chǎng)循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)數(shù)據(jù)

圖1 循環(huán)水碳鋼腐蝕速率曲線

圖2 循環(huán)水粘附速率曲線

圖3 異氧菌數(shù)月平均數(shù)據(jù)

6 結(jié)論

無(wú)磷水處理方案在石油化工廠的327、342循環(huán)水場(chǎng)運(yùn)行8個(gè)月以上，達(dá)到了理想的防腐蝕、阻垢和微生物控制效果，有效實(shí)施節(jié)水減排，綜合水處理成本低，良好的緩蝕阻垢處理為設(shè)備穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行保駕護(hù)航，由此帶來(lái)的提高產(chǎn)品收益和節(jié)約設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也相當(dāng)可觀，具有很好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效應(yīng)。