天然气分公司水系统改造设计所方案.doc

天然气分公司天然气处理厂循环水回收利用工程设计方案天然气分公司规划设计研究所2008年5月一、概述依据2008年油田基本建设工程计划，拟对萨南动力站、南压浅冷战、南压深冷站、北动力站、红压动力站及北压动力站的循环水场的工艺进行改造。根据目前上述循环水场循环冷却水处理现状及存在的实际问题，工艺改造方面应新建循环水场补水过滤设备，循环水旁滤设备、自动加药设备、腐蚀结垢监测设备及冷却塔、冷却塔化冰设备。工艺改造结束后，应重点在运行加药管理，水质监测及系统腐蚀结垢控制上下功夫。切实解决目前循环水水质不良及水资源浪费的现状。二、现状分析天然气分公司拟改造循环水场基本情况如下表 （表一）序号装置名称工艺类别投产日期设计规模设计补水量每小时用水量加药设施旁滤设备加药状况1萨南动力站浅冷、深冷19861200m3/h28.5 m3/h28.5 m3/h无运行每次50kg2南压浅冷战浅冷1990800 m3/h9.31 m3/h9.31 m3/h无无每斑8kg3南压深冷站深冷2006400 m3/h6.25 m3/h6.25 m3/h无无每斑8kg4红压动力站浅冷20021966 m3/h29 m3/h29-50 m3/h有停运不加药5喇压动力站浅冷19871200 m3/h38.6 m3/h38.6 m3/h有停运每次50kg6北动力站浅冷20051000 m3/h22.5 m3/h22.5-120 m3/h有停运加杀菌剂1、运行方式现状据调查，夏季水温偏高压缩机冷却系统冷却效果不好，经常使压缩机排气系统温度高报警至停机。上述6个循环水场每年的5月1日至10月1日之间采用直流供水或补充大量新鲜水的运行方式，仅在每年10月至次年的5月间采用循环冷却的方式。由于夏季补充水量大，最高时到达120T/h，比正常循环运行时补水量高出近5倍，因此设备改造应兼顾两种不同的补水量。2、水源水质现状由于天然气公司油气初加工装置布置分散，所采用的水源尽不相同，目前已建循环水场来自9个水源，它们分别是杏二水源、红岗水源、八百响水源、南二水源、东水源、龙虎泡水源、新村水厂、大庆水库和喇水源。另外，大庆地区供水管网大多数是相通的，除了固定水源以外还掺有其它水源的水，实际水质与固定水源是有差别的。例如杏二水源与南水源的水质就有很大差别表二、杏二水源水质分析报告水源与水质调查(杏三、杏二水源) 补充水水质分析报告 表二：项目浊度PNU钙mg/l硬度mmol/l氯离子mg/l碳酸根mg/lPH总铁mg/l数值283559396108128073560表三、南水源水质分析报告水源与水质调查(萨南、南水源) 补充水水质分析报告 表三：项目浊度PNU钙mg/l硬度mmol/l氯离子mg/l碳酸根mg/lPH总铁mg/l数值003312623634690758052根据以上水质分析数据说明，不同循环水场的水质差别很大，采用同一种水质处理方法是不科学的，也是无效的。3、 循环水旁滤现状 从表一可以看出，做为循环冷却水处理的重要设备旁滤设备，有的水场配备了，有的水场没有配备。同时经调查，各循环水场所配备的旁滤设备尽不相同，有石英砂过滤器、活性炭过滤器、纤维过滤器、叠片过滤器等。少数旁滤设备能够实现全自动运行，大多数旁滤设备为手动运行，而且设备老化严重，设备内部构件腐蚀、滤料老化、阀门失灵等现象随处可见。同时手动的旁滤设备在运行中很难实现定时反冲洗，大大影响了循环冷却水的旁滤效果，甚至有的设备形同虚设，另外旁滤设备的参差不齐，给生产管理和生产考核带来了一定的难度。4、 加药处理现状 表一中所列的加药设备均为手动加药设备，手动加药设备的缺点就是只能加药却无法准确计量。实际操作中，人工冲击加药的方式代替了设备加药。人工冲击加药不但起不到阻垢、防腐的目的，而且浪费了水处理药剂，对环境也造成了一定的污染。5、循环水补水、排污、浓缩倍数控制现状目前，天然气分公司多数循环水场补水、排污没有设流量仪表，补水量、排污量没有进行科学、有效的控制，有的循环水场一直采用直流冷却的方式，也就是说其运行的循环冷却水浓缩倍数是1，至使循环冷却这一技术失去了其应有的意义，浪费了大量水资源，排污水的回收也成了生产中的一大难题。6、系统结垢、腐蚀现状由于循环冷却水系统没有进行必要的水质稳定处理，设备泥砂沉积，结垢，腐蚀现象严重，具体举例如下：二大队：萨南循环水泵壳体及叶轮在每年检修期都发现结垢现象，并有点蚀。循环水池底部污泥量较大，每年清扫大约四吨左右。五大队：喇二联循环水场，因水质硬度较高，每年管线穿孔五到六次。压缩机机间冷却器结垢较厚，冷却效果差，压缩机出口温度已调到上线。夏季只能用直流水来维持装置的正常运行。7、水质监测现状循环冷却水运行过程中，应定时，定期地通过水质分析，仪器监测的方式准确判断水处理效果，判断水质结垢或腐蚀的倾向和趋势，不断调整水质处理的方式，确保循环水质稳定运行，以防止结垢，腐蚀现象的发生。目前各循环水场所设的化验岗位多数没有起到应有的作用，化验仪器破损，化验试剂失效，化验数据不准，化验不及时等现象严重，有的循环水场虽然坚持水质化验，化验数据不知代表什么意义，起不到指导水质处理的作用。另外，各循环水场未使用旁路结垢腐蚀监测仪，系统中设备的结垢和腐蚀不能直观判断，不能及早发现。8、冷却塔冬季结冰现状 由于大庆地区冬季气温低，在运行过程中所有的冷却塔均有不同程度的结冰现象，冷却塔的山板、风叶板、塔池表面等结成了厚厚的冰层，悬挂了很大的冰溜，严重时不但造成塔的损坏，同时结冰的产生，减少了运行循环水量，阻挡了循环水与外界空气的换热，造成了冬季循环水水温偏高的现象，影响了设备的换热效果。三、存在问题3.1萨南动力站萨南动力站循环冷却水场于1986年6月建成投入运行，设计循环冷却水规模为1200m3/h。正常运行时补水量28.5m3/h，排污量8m3/h。旁滤量1050 m3/h。目前运行2台循环水泵。站内无自动加药装置，现由岗位人员每周向循环水池内投加阻垢剂，每次投加50公斤，没有针对循环水场水质不合格时投加所需药剂及浓度。缺少必要的分析仪器，按着对循环水水质的化验要求，有些项目还不能开展，如：浊度、含盐量、总铁、铝、铜、硫酸根、硅酸、油等项目。冷却塔底盘开裂多处，填料堆塌，冷却效果差。旁滤罐过滤效果差，反冲时间长洗水量大，水资源浪费大。2.2南压浅冷站南压循环水系统1988年建成投产，设计规模为700m3/h，2000年改造后规模为800m3/h。补充水来于南水源和西水源的混合水，水质变动较大。正常运行时补充水量为9.31m3/h，排污量为3.28m3/h。目前循环水系统没有化验设备，加药没有科学依据，不能对加药效果进行准确判断。循环水中泥沙较多，易堵塞换热设备，导致冷却水循环不好，经常发生压缩机排气温度过高，压缩机连锁停机的情况。该站无旁滤及加药设备。冷却塔塔壁开裂，填料堆塌，冷却效果差。（2008年已对冷却塔改造设计，目前已订货。2.3南压深冷站南压深冷站循环水场设计规模400m3/h，2006年建成投产。补水量6.25m3/h，排污量1m3/h。配备了自动加药装置和旁滤设备，但没有运行，一直采用人工加药。循环水泵现有两台，设计是一开一备。夏季循环水温度高，设计循环水给水温度30，回水温度40，查设计院设计说明书总设计供水量为211吨，其中：1、燃气轮机润滑油冷却器54吨；2、原料气压缩机密封油冷却器为7吨；3、燃料气压缩机润滑油和汽缸冷却为5.5吨；4、膨胀机/增压机润滑油冷却为7吨；5、丙烷制冷机冷凝器为127吨（厂家提供设计量为174吨）。6、丙烷机油冷却器为10.5吨（厂家提供设计量为57吨）。所以按丙烷机厂家提供的设计数据实际为304.5吨，循环泵设计流量为307.3吨，但由于电机电流限制（过电流保护），因此泵的实际流量不够（单台流量大约为210吨），且最热时供水温度大于30，夏季必须起两台泵增加流量，此时没有备用泵。冷却塔为逆流式，温降效果差。2.4北-1动力站北I-1循环水场2005年投产运行。设计规模1000m3/h，补水量为22.5m3/h，排污量5m3/h。站内水源水质不合格，碱度、氯离子、镁离子等均超出国家标准。现在站内每天排放大量污水将浓缩倍数控制在4以内，补水量也随之增加。冷却塔、循环水池有青苔粘泥附着现象，已做加杀菌剂处理，但效果不理想。而且杀菌剂是采用直接人工倒入水池中，加药系统不完善。没有化验设备及配套化验设施，无法检验药剂质量及水体污染情况。冷却塔冬季结冰严重，冷却塔混凝土支柱已被水腐蚀露出钢筋。2.5红压动力站红压循环水场建于2002年，设计规模为1960m3/h，正常运行时补水量29m3/h，排污量9.8m3/h。建站以来加药装置一直没有投用，循环水水质不合格，换热器腐蚀、结垢堵塞现象严重，清洗周期缩短，影响换热效率。冷却塔冬季结冰严重，联轴节过长，经常损坏，一个月换一次。旁滤为无阀滤池，投产运行两个月就冻坏，至今没有投用。水泵出口电动阀阀杆经常断裂，大部分不好使。控制仪表点较少，运行参数不健全。与新世纪化工厂也存在用水问题，新世纪化工厂用水量200300 m3/h，因与红压水厂连接，新世纪化工厂用多少水水厂就补多少水，造成水质恶化。2.6喇压动力站循环水厂为1986年设计，设计规模为1200m3/h，主要供给浅冷冷却用水，有4台循环水泵，流量为485m3/h，扬程65 0m，功率132KW，循环水池为21.2012.02.70（m）一座。冷却塔为三台横流式玻璃钢冷却塔。循环水厂水质稳定系统为离子软化水处理技术，处理量为45m3/h，系统运行正常。正常运行时补充水量38.6 m3/h。夏季水温偏高压缩机冷却系统冷却效果不好，经常使压缩机排气温度高报警至停机。只能通过大量排污、大量补充新鲜水。在5-9月份补充水量最高时达到2500m3/d。循环水系统无加药无旁滤设施，循环水水质较差，水中含泥沙，黏状物较多，经常使压缩机级间冷却器堵塞，造成排气温度高停机。冷却塔填料堆塌，冷却效果差。进出水无计量，无仪表显示。四、解决循环水系统存在的问题的思路和方法解决循环冷却水系统腐蚀、结垢、泥砂沉积及补水，排污量过大的问题应从设备改造及严格的水质加药监督管理两个方面入手，设备改造包括以下几个方面：1、 循环冷却水系统补水增设自清洗过滤器。2、 循环水旁滤增设盘式过滤器。3、 补充水增设电磁流量计，补充水加药采用全自动加药设备。4、 补水、循环水增设电导仪，即时检测循环水的浓缩倍数。5、 循环水系统增设腐蚀结垢监测仪。6、 冷却塔增设化冰设备。严格的水质加药监督管理包括以下几个方面：1、 对现有的循环冷却水系统中的设备进行除垢及防腐保护处理。2、 补充水量、排污量的控制，提高循环冷却水浓缩倍数。3、 对不同的循环水场进行不同的水处理药剂配方筛选。4、 循环冷却水连续稳定的加药处理。5、 对循环冷却水进行连续的水质监督管理。循环冷却水系统改造后系统流程如图一:从改造后的循环水系统可以看出，循环水主要处理方式为去除水中悬浮物后进行连续稳定的加药处理，此方式是目前国内循环水处理的通用模式，其主要特点是水处理成本低，节水减排效果明显。 表四循环水加药处理与循环水补水除盐处理成本比较（以北动力站夏季运行补水量为120 m3/h为例）循环水加药处理循环水补水除盐处理（电渗析）补充水量120T/h补充水量120T/h缓蚀剂使用浓度30ppm夏季运行150天夏季运行150天处理水量12024150432000吨处理水量12024150432000吨水利用率100水利用率75即324000吨总计加药量30ppm（0.03公斤）吨432000吨127600公斤缓蚀阻垢剂单价13元/公斤制水成本1.5元/吨药剂总费用：13129600168480元制水成本1.5432000648000.00制水过程中排放浓水108000吨成本为4.95108000534600元制水总成本为1182600元表四仅以每年夏季运行150天计算便可以看出，以除盐水做为循环水补水浪费巨大，而循环水加药处理是最经济、实惠的有效途径。（一） 循环水系统设备改造根据GB90095工业循环冷却水系统设计规范要求，在去除循环水中悬浮物的基础上，对循环水进行连续稳定的加药处理（缓蚀阻垢、杀菌灭藻）、控制循环水的补水量、排污量、提高循环水的浓缩倍数，达到节约药剂、节水减排的目的。1、 循环冷却水系统补水增设自清洗过滤器由于夏季运行时，循环水系统补充水量大，有时高达120T/h，软化水或除盐水均不宜采用，以除盐水系统为例，产水量120 T/h的离子交换系统总投资在300万元左右，电渗析系统在500万元左右，而反渗透系统则高达600万元以上，不但设备投资大，除盐水制水成本也很高，离子交换除盐水一般为1.2元/吨，电渗析除盐水一般为1.5元/吨，反渗透除盐水一般为3.0元/吨，由于设备投资大，制水成本高，因此，以除盐水做为循环水补水在国内还没有先例。为了降低循环水加药量，减少系统泥砂沉积，在循环水系统补水处增设全自动清洗过滤器，过滤精度为10m，设备外形尺寸为600h1500，设备最大出力为280吨/小时，反洗时设备流量为266吨/小时，无论在冬季或夏季运行，其补水量均能满足系统要求。2、 循环水旁滤增设盘式过滤器经验证明，循环水中悬浮物每增加1mg/L，便会吸附2 mg/L的水处理药剂并使其失效，因此采用旁滤的方式去除进入循环水的泥砂和漂浮杂质十分必要，GB90095工业循环冷却水系统设计规范规定，循环水的旁滤量不低于循环水量的5，因此应按不同循环水场的循环量设计旁滤设备，过滤精度要求50m旁滤设备的定时反洗是其正常有效运行的保证，多数循环水场不能正常运行是由于岗位人员不对其进行定时反洗造成的，因此旁滤设备应采用全自动盘式过滤器，其反洗水量不大于过滤量的1，反洗控制为压差控制或时间控制。3、 补水增设电磁流量计，补水加药采用全自动加药设备。在循环冷却水运行过程中，应连续、均一地向循环水中加入缓蚀阻垢剂。夏季运行时还应连续、均一地投加杀菌剂。水处理药剂加量不足将起不到阻垢、缓蚀的效果。水处理药剂投加过量，不但造成不必要的浪费，也会对环境造成一定的污染。循环冷却水加药处理最准确的方法是“补多少水，加多少药”所以应在循环冷却水补水处增设电磁流量计，补充水流量通过电磁流量计的电讯号反馈到加药泵上，用补水流量的大小准确控制加药泵的加药量。在贮药罐有药剂的情况下，只要补水，就能实现准确加药。尤其对于这些补水量波动很大的循环水场，以补水量的大小控制加药量更为实用。补水增设流量计也是各循环水场用水考核的有效途径。（1） 对于没有配备加药设备的循环水场，增设两套全自动加药设备（一套投加缓蚀阻垢剂，一套投加杀菌剂）每套加药设备包括1m3贮药罐一个，搅拌器一个，变频控制柜一个（包括高低液位自动报警，低液位自动停泵），加药泵两台。（2） 每个循环水场均增设补水电磁流量计一台。（3） 对循环水场原有的加药设备进行改造，贮药罐可以利用，原有的手动泵更换为电磁泵，增设变频控制系统，增加高低液位报警，低液位自动停泵功能。4、 补水、循环水增设电导仪，即时检测循环水的浓缩倍数。循环水电导率的值除以补充水电导率的值即是循环水的浓缩倍数。浓缩倍数的大小是衡量循环水处理水平的重要指标，也是指导补水、排污、加药处理的主要依据。增设补水、循环水电导仪，可直观、即时地反映循环水的浓缩情况，准确指导水处理操作，对于循环冷却水运行节水十分有利。5、 循环水系统增设腐蚀结垢监测仪结垢腐蚀监测仪也称循环水旁路监测换热器，其内部的试管材质与循环冷却水系统主要设备材质相同，试管内的水流为循环冷却水，其温度、压力、流速与系统循环冷却水相近，即可准确模仿循环水运行工况。经过一定时间的模仿运行，取出仪器内已恒重的试管进行称重，计算出系统污垢沉积速率，之后，用化学方法清洗掉试管上的污垢，再次称量试管的重量即可计算出系统中金属的腐蚀速率。6、 冷却塔增设化冰设备一种新型的除冰设备已广泛应用于冷却塔的除冰处理，这种除冰设备利用循环水的自有水温，不断熔化塔表面的冰层，不但降低了循环冷却水的水温，而且节约了能源。（二）严格的水质加药监督管理1、对现有的循环冷却水系统中的设备进行除垢及防腐保护处理系统清洗循环冷却水系统的清洗采用不停车化学清洗技术，即在不影响系统运行的情况下，向循环水系统中投加除垢剂、缓蚀剂、消泡剂等化学药品，经一定时间的循环运行，有效清除系统中换热设备水侧金属表面的水垢、泥砂、金属腐蚀产物。技术要求：（1） 水温：循环冷却水运行时温度（2） pH控制：24（3） 清洗时间：不大于24小时（4） 缓蚀剂：根据主设备材质选择（5） 水垢去除率：99（6） 锈垢去除率：85（7） 泥砂去除率：100（8） 腐蚀控制：新碳钢挂片腐蚀速度3g/m2h系统预膜系统预膜是在系统不停车的情况下采用化学的方法使刚刚清洗过的金属表面形成一层致密的保护模，使用的化学药剂为预膜剂和分散剂，预膜处理时间一般为8小时。2、补水量、排污量的控制，提高循环冷却水的浓缩倍数循环水浓缩倍数的高低直接反映循环水处理技术水平的高低。循环水浓缩倍数的提高不但节约用水，而且节约大量的水处理药剂，循环水浓缩倍数的提高是依靠降低补水量、排污量来实现的。经测算，循环冷却水浓缩倍数每提高2.5倍，补充水量将降低50。只用旁滤器的反冲洗水作为排污，循环水的浓缩倍数可提高到4以上，而且旁滤器反冲洗水排出的是最脏的水。因此，用旁滤器的反冲洗水做排污是最科学的。3、 对不同的循环水场进行不同的水处理药剂配方筛选首先，各循环水场的水源来水水质不同，其循环水水质也不相同，所以不同的循环水场应使用不同的水处理药剂，即采用药剂配方筛选的方法，对不同循环水场不同的水质进行药剂配方筛选试验，筛选出适合其水质的优选药剂配方，真正做到“对症下药”，同时，配方筛选试验设定的浓缩倍数可按用户的要求选择。4、 循环冷却水系统连续稳定的加药处理好的药剂配方配以好的加药管理是提高循环水加药处理水平的前提，全自动加药设备为连续、均一的药剂投加提供了硬件保证。建议全自动加药设备和水处理药剂为同一供应商，并对全自动加药设备负有终身维护，保养的责任。同时，根据循环水水质的变化，随时有责任调整水处理药剂配方，调整加药量，这样循环水处理加药的管理才能落到实处，循环水系统的稳定运行才有保障。5、 循环冷却水进行连续的水质监督管理循环冷却水水质的分析及仪器监测是循环冷却水运行的“眼睛”，准确、及时的水质监督为循环冷却水处理提供科学的依据，我们可以根据各项水质指标及仪器监测结果判断循环冷却水腐蚀或结垢的倾向，及时调整处理方法，防患于未然。表五、国内循环冷却水常规分析项目及分析频次序号项 目指标分析频率1PH值7.27.81次/1h2余氯 mg/10.51.01次/1h3磷酸盐总含量 (以PO43-计) mg/1241次/1h4总铁 mg/10.51次/4h5电导率 m/cm20001次/3h6浊度 mg/1101次/3h7浓缩倍数 倍351次/3h8异养菌 个/ml51051次/天9年热阻值 米2.时./千卡.年210-4610-41次/月10金属腐蚀率 mm/a0.1251次/月 由于水质分析所需仪表、仪器及试剂的种类、规格繁多，同时对化验人员的技术水平和岗位责任心要求也很高。 每个循环水场均配有化验室不大可行，有以下两种操作模式可供选择。1） 天然气公司成立循环冷却水水质中心化验室，培训两名化验员，每天对循环水水质要求化验的项目进行化验分析。2） 由水处理药剂供应商对水质进行定时、定期的化验，化验结果汇总为周报和月报。上报各大队生产管理部门和公司生产管理部门。公司每季度招集各大队及水处理药剂供应商召开一次水质评估会。五、循环冷却水处理预期效果经过循环水系统清洗预膜处理；循环水处理设备现有问题的解决及设备改造；补水量、排污量的控制、浓缩倍数的提高；有针对性的水处理药剂配方；连续、均一的加药处理；行之有效的循环水水质监督以及冬季冷却塔结冰问题的解决，循环冷却水处理总体效果应达到以下标准：1、碳钢腐蚀率 0.125 mm/Y2、不锈钢、铜腐蚀率 0.005 mm/Y3、污垢粘附速率 25mcm4、异养菌总数 5105个/ml5、沾泥量 4ml/L6、总耗水量 改造前的50 7、药剂费用 改造前的50六、改造投资及运行费用估算1、改造设备总投资（以萨南动力站为例，循环量1200m3/h,补水量3060m3/h）设备名称设备规格单位数量单价（万元）金额（万元）自清洗过滤器280T/h 10m台128.528.5盘式过滤器50T/h 50m台118.7518.75循环水泵Q=360m3/h612m3/h台37.823.4冷却塔Q=500 m3/h台2320640电磁流量计DN200台32.98.7全自动加药设备10L/H套215.831.6腐蚀结垢监测仪D3台17.87.8电导仪0-5000s/cm台24.89.6仪表控制系统流量、压力、温度、液位及二次表显示点12250250合计217352、运行费用估算以萨南动力站为例，循环量1200m3/h,7个月补水量20m3/h，5个月补水量为60m3/h，缓蚀阻垢剂使用浓度为30ppm，杀菌剂使用浓度为20ppm，年补水量为20243076024305316800吨年缓蚀阻垢剂用量30ppm(0.03公斤/吨)316800吨9504公斤年缓蚀阻垢剂费用13元/公斤9504123552元夏季补水量：6024305216000吨年杀菌剂用量：20ppm(0.02公斤/吨)2160004320公斤年杀菌剂费用16元/公斤4320公斤69120元年化验服务费10000元合计每年运行费用为202672元七、质量标准及质量保证措施（一）质量标准 1、循环冷却水水质符合GB90095工业循环冷却水系统设计规范 2、循环冷却水系统化学清洗预膜符合CECS103:99工业循环冷却水系统不停车清洗、预膜工艺技术规程 3、缓蚀剂性能符合GB/T18175-2000 水处理剂缓蚀性能的测定 4、阻垢剂性能符合GB/T16632-1996水处理剂阻垢性能的测定 5、水处理设备应符合JB/T2932-1999水处理设备制造技术条件（二）质量保证措施 1、改造所采用的旁滤设备、补水过滤设备、加药设备、凉水塔化冰设备均为全自动运行，不需要增加岗位运行人员，设备、药剂供应商设专职设备维护人员负责对设备巡检、保养，确保设备平稳运行。 2、设备、药剂供应商应设专职水质化验员，每周对循环水水质进行一次全分析，评定水处理效果，发现水质异常，及时调整加药处理方案，避免设备结垢、腐蚀现象的发生。3、设备、药剂供应商负责旁路结垢腐蚀监测仪的运行，每月检测一次，结垢速率和腐蚀速率。评定水处理效果。 4、每次设备检修时，设备、药剂供应商应与厂方技术人员一起检查换热器内部结垢、腐蚀情况，如发生结垢现象应免费负责设备的化学清洗和预膜处理。八、天然气分公司水系统改造施实内容序号