化工循環(huán)水系統(tǒng)存在問題及應(yīng)對(duì)措施

戴先進(jìn)

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800）

關(guān)健詞：循環(huán)水 烯烴裝置 泄漏

丙烯制冷壓縮機(jī)是乙烯裝置的心臟，也是影響生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備。丙烯制冷壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，才能保證乙烯穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，最終實(shí)現(xiàn)效益最大化。而循環(huán)水對(duì)裝置平穩(wěn)生產(chǎn)，增收創(chuàng)效，起著保駕護(hù)航的作用。

1 化工循環(huán)水制約丙烯制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行

烯烴裝置丙烯制冷壓縮機(jī)出口壓力經(jīng)常超過高限值1.75 MPa，詳見圖1，其一旦接近高高限聯(lián)鎖值1.92 MPa，就會(huì)造成壓縮機(jī)聯(lián)鎖停車。為此，某公司在優(yōu)化運(yùn)行策略中明確要求，將該裝置的生產(chǎn)負(fù)荷從400~436 t/h調(diào)整至380~416 t/h。

圖1 丙烯壓縮機(jī)出口壓力變化

丙烯制冷壓縮機(jī)出口壓力由最后一級(jí)壓縮后的丙烯氣體在冷凝器實(shí)現(xiàn)全部冷凝后的溫度決定。循環(huán)冷水溫度的高低直接影響著丙烯制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行[1]?；ぱh(huán)水場(chǎng)熱水溫度高、換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱系數(shù)下降[3]，并縮小了流通截面積[4]，因此造成丙烯冷凝器的冷凝溫度上升。

2 化工循環(huán)熱水溫度高的原因和解決措施

2.1 烯烴熱負(fù)荷超過循環(huán)水冷卻能力

對(duì)烯烴裝置近期的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)烯烴裝置的熱負(fù)荷超過循環(huán)水的冷卻能力。特別是夏天，循環(huán)冷水與熱水溫差最高接近14℃，平均10.97℃，已超過設(shè)計(jì)能力，如表1所示。

表1 烯烴裝置循環(huán)冷水與熱水溫度及溫差

2.2 降低化工循環(huán)水的熱負(fù)荷

要降低烯烴裝置的循環(huán)熱水溫度，就需要降低化工循環(huán)水的熱負(fù)荷?；ぱh(huán)水原供應(yīng)烯烴裝置、聚丙烯裝置、聚乙烯裝置和丁二烯裝置，2014年新建西區(qū)循環(huán)水場(chǎng)后，聚丙烯、丁二烯裝置已由西區(qū)循環(huán)水場(chǎng)供應(yīng)循環(huán)水。

目前化工循環(huán)水負(fù)荷中，烯烴裝置占73.24%，聚乙烯裝置占20.56%。西區(qū)循環(huán)水場(chǎng)可擴(kuò)能至4萬t/h，可消化聚乙烯裝置的循環(huán)水量。故利用停工大檢修的機(jī)會(huì)，分別在西區(qū)循環(huán)水場(chǎng)的循環(huán)冷水與循環(huán)熱水主管線上增設(shè)了甩頭和控制閥。

3 換熱器結(jié)垢的原因和解決措施

因烯烴裝置與循環(huán)水進(jìn)行熱交換的冷卻器系統(tǒng)存在著工藝側(cè)長(zhǎng)期泄漏，個(gè)別換熱器大檢修開工后僅3個(gè)月就出現(xiàn)了泄漏。曾對(duì)烯烴裝置進(jìn)行過排查，發(fā)現(xiàn)換熱設(shè)備存在泄漏。且因泄漏，導(dǎo)致化工循環(huán)水水質(zhì)中的COD濃度上升，如表2所示。

表2 烯烴裝置換熱設(shè)備泄漏情況

因烯烴裝置循環(huán)水COD濃度上升，造成其濁度上升，濃縮倍數(shù)下降，見表3，導(dǎo)致粘泥沉積，換熱器結(jié)垢。

表3 泄漏前后化工循環(huán)水的濃縮倍數(shù)和濁度

濃縮倍數(shù)下降造成循環(huán)水補(bǔ)水量增加15.26%，藥劑消耗量增加，如表4所示。

表4 泄漏前后氧化性殺菌劑和堿投加量

因烯烴裝置為該公司的利潤(rùn)大戶，若停工處理泄漏，則損失較大，因此只能減輕泄漏對(duì)循環(huán)水的影響，同時(shí)降低循環(huán)水的濁度。

3.1 針對(duì)泄漏采取的措施

在泄漏點(diǎn)投加殺菌劑，既能快速避免因工藝側(cè)泄漏而為微生物提供營(yíng)養(yǎng)源，導(dǎo)致微生物滋生，產(chǎn)生生物粘泥；又能減少藥劑投加量。

針對(duì)烯烴裝置壓縮機(jī)段間冷卻器E20204、丙烯單元E50501因泄漏長(zhǎng)期帶病運(yùn)行的情況，除正常投加常規(guī)氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑外，將余氯≤0.25 mg/L為控制標(biāo)準(zhǔn)，加大次氯酸鈉投加量和頻次來進(jìn)行應(yīng)急殺菌處理?！豆I(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50050－2017）規(guī)定循環(huán)水余氯為0.1~0.5 mg/L。據(jù)此，重新調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)藥劑投加量，如表5所示。

表5 化工循環(huán)水藥劑投加規(guī)定

3.2 針對(duì)濁度采取的措施

3.2.1 循環(huán)水濁度的主要來源

循環(huán)冷卻水補(bǔ)水：經(jīng)新鮮水處理系統(tǒng)之后的泥土、砂粒的少量懸浮物（濁度＜1 NTU）進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)過程蒸發(fā)而濃縮，使?jié)岫戎饾u升高。

工藝側(cè)介質(zhì)泄漏：系統(tǒng)持續(xù)泄漏會(huì)造成循環(huán)水濁度升高，水質(zhì)惡化[5]。惡化的水質(zhì)又加劇了腐蝕的發(fā)生，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物又為沉積物提供聚集地[6]。泄漏還消耗氧化性殺菌劑，形成有機(jī)粘泥。

3.2.2 循環(huán)水濁度高的危害

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，懸浮于冷卻水中的污泥會(huì)牢固地附著在設(shè)備表面上，產(chǎn)生污垢熱阻，影響換熱效率；另一方面，懸浮物黏附在金屬表面，將形成氧的濃差電池，引起垢下腐蝕。懸浮物與微生物尸體也是營(yíng)養(yǎng)源的載體，會(huì)加速微生物繁殖。

3.2.3 降低循環(huán)水濁度的措施

1）嚴(yán)控循環(huán)水補(bǔ)充水的濁度

凈化站加強(qiáng)對(duì)源水水質(zhì)和微渦絮凝高效斜板沉淀池及V型濾池出水水質(zhì)的在線監(jiān)控，依據(jù)源水水質(zhì)調(diào)整PAC投加量，沉淀池及時(shí)排泥以及對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗等措施來控制循環(huán)水補(bǔ)充水濁度低于控制指標(biāo)。

2）改善旁濾系統(tǒng)，提高過濾效果

具體采取了更換旁濾罐虹吸管，避免漏氣，影響過濾效果；調(diào)整旁濾罐設(shè)備運(yùn)行策略，旁濾設(shè)施的砂濾層由一年更換一次改為半年一次；調(diào)整旁濾設(shè)施的操作，由自動(dòng)反沖洗改為每天進(jìn)行一次手動(dòng)反沖洗；在不能增加旁濾量的情況下，在旁濾進(jìn)口，創(chuàng)造添加助濾劑和針對(duì)性殺菌劑的加注設(shè)施，改善旁濾效果，使濾后水濁度有所降低。在旁濾量受限的情況下，加大循環(huán)水塔池底部排污量。

上述措施實(shí)施后，在運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)降濁效果十分有限，無法將循環(huán)水濁度降到控制指標(biāo)以下，如表6所示。

表6 旁濾系統(tǒng)改善后的循環(huán)水濁度

3）現(xiàn)有旁濾系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有旁濾系統(tǒng)存在如下問題：

①旁濾量過低?！豆I(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50050－2017）中規(guī)定，旁濾水量宜為循環(huán)水量的1%~5%，旁流過濾器出水濁度應(yīng)小于3 NTU[7]?！妒突ぱh(huán)水場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50746－2012）[8]中也有同樣的要求。而化工循環(huán)水的旁濾能力靠下限，如圖2所示。同行企業(yè)旁濾量多接近5%。

圖2 旁濾量占總循環(huán)水量的比值

②旁濾罐選型不合適，過濾效果差?；ぱh(huán)水所用旁濾罐為重力式無閥過濾器，且進(jìn)水采用的循環(huán)熱水（壓力低）。凈化站生產(chǎn)給水即循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水處理裝置砂濾器石英砂濾料粒徑為0.9~1.2 mm，旁濾罐石英砂濾料粒徑為1.2~1.6 mm，過濾器過濾時(shí)此類粒徑的石英砂濾料對(duì)懸浮物無法起到攔截作用，導(dǎo)致水中的絕大部分懸浮物直接穿透濾料層，間接造成了出水水質(zhì)與進(jìn)水水質(zhì)相比無明顯改善；由于濾料層中沒有截留到懸浮物，整個(gè)濾料層上下長(zhǎng)時(shí)間仍處于一個(gè)壓差接近零的狀態(tài)，此種情況導(dǎo)致了系統(tǒng)中虹吸上升管水位無法上升，無法與虹吸下降管中的水匯合在一起，從而造成系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不能形成反洗，導(dǎo)致旁濾罐除濁效率不高，平均43.12%，見圖3。故無閥過濾器只適用于循環(huán)水水質(zhì)正常時(shí)的工況。若遇上工藝介質(zhì)頻繁泄漏，則除濁效果異常差。

圖3 旁濾進(jìn)出水濁度與除濁率

4）改進(jìn)旁濾系統(tǒng)效果差的措施

因化工循環(huán)水旁濾系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力僅滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行或偶然泄漏的工況，在烯烴裝置內(nèi)部長(zhǎng)期連續(xù)泄漏狀態(tài)下，其應(yīng)急能力嚴(yán)重不足，導(dǎo)致系統(tǒng)濁度超標(biāo)。故應(yīng)改造化工循環(huán)水旁濾系統(tǒng)，增加濾速、濾量，縮短濁度指標(biāo)恢復(fù)到正常的時(shí)間。因烯烴的泄漏長(zhǎng)期存在，故旁濾水量應(yīng)選循環(huán)水量的5%，即2 868.33 t/h。

經(jīng)過反復(fù)比選和招投標(biāo)后，最終選用了SHMF-3000＊5全自動(dòng)過濾器（簡(jiǎn)稱撬裝旁濾），撬裝旁濾用石英砂作濾料，通過濾料進(jìn)行截污清洗，當(dāng)濾料因截留過量的機(jī)械雜質(zhì)而影響其正常工作時(shí)，過濾器設(shè)置的反沖刷系統(tǒng)對(duì)濾料進(jìn)行反洗。運(yùn)用逆向進(jìn)水，使過濾器內(nèi)砂濾層松動(dòng)，可使粘附于填料外表的截留物剝離并被反沖水流帶走，有利于排除濾層中的沉渣、懸浮物等，避免濾料板結(jié)。撬裝旁濾工藝技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 撬裝旁濾工藝技術(shù)參數(shù)

3.2.4 撬裝旁濾投用后的效果

撬裝旁濾投用后，盡管烯烴泄漏狀態(tài)未發(fā)生改變，但循環(huán)水濁度卻得到快速下降，詳見表8。且撬裝旁濾投用后，因濃縮倍數(shù)上升，循環(huán)水補(bǔ)水量減少20.05%。

表8 撬裝旁濾投用前后濃縮倍數(shù)與濁度及COD

4 結(jié)論

循環(huán)水是生產(chǎn)裝置的“血液”，濁度的變化會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生很大的影響[11]。針對(duì)存在長(zhǎng)期持續(xù)泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)先快速找到泄漏點(diǎn)，在泄漏點(diǎn)投加殺菌劑，避免微生物滋生；然后將旁濾水量選為循環(huán)水量的5%。且采用壓力式的過濾系統(tǒng)，才能盡快降低循環(huán)水的濁度，避免因換熱設(shè)備腐蝕和結(jié)垢使生產(chǎn)裝置處理能力受到約束的狀況發(fā)生。