循环水系统换热效率降低的原因分析及对策

循环水系统换热效率降低的原因分析及对策循环水系统换热效率降低的原因分析及对策 摘要 介绍塔河分公司循环水系统运行的现状 分析影响循环水系统换热效率降低的主要因素 以及如 何提高循环水系统换热效率的改进措施 关键词 循环水 换热效率 结垢 黏泥 运行管理 在石化企业中循环冷却水系统运行的优异 对企业的产品质量 炼油收率 装置的能 耗 以及节水等方面都有着较大的影响 因此 提高循环水的有效运行效率 维持循环水 的换热效率达到或优于设计指标 对企业而言有着显著的经济效益 环境效益和社会效 益 1 系统现状 塔河分公司循环水系统是塔河分公司120万吨 年稠油技改项目的配套公用工程 主要 承担为各生产装置提供循环冷却水的任务 设计供给量为4000m3 h 实际供给量3800m3 h 循环水进出口水温差6 8度 浓缩倍数4 6偏高 电导率2800 3400 us Cm偏高 ph值7 6 9 从以上数据中可以看出循环水量与以往实际运行的水量相比 2800 3200 m3 h 偏大 进出口水温温差偏小 机械通风式为可大于8 10度 循环水系统热效率降低的主要因素是 1 循环水冷却塔的冷却效率下降 2 水质中 的离子含量超过系统控制量 造成系统设备结垢趋势增大 3 系统细菌量超过控制量 引 起大量黏泥产生 使系统的黏附速率增大等 对照循环水系统热效率降低的主要因素 塔 河分公司循环水存在的主要问题是 1 风损水量大 造成浓缩倍数上升较快易使设备结 垢 2 循环水冷却塔的冷却效率下降 3 系统黏泥产生快 有异味 挂片的腐蚀速度快 主要以点蚀为主 4 装置高温高位换热器结垢快 5 药剂和运行成本增加 在存在 问题中反映出循环水系统结垢和腐蚀的趋势在上升 逐渐破坏换热设备中的换热介质与被 换热介质间的热传递 从而导致循环水系统换热效率的降低 2 原因分析 2 1 风损水量大 造成浓缩倍数上升较快 易使设备结垢 塔河分公司循环水系统在设计上虽考虑了当地的环境因素 但因设备制造 干燥的高 温气候以及较大的风沙环境的原因 与其它地区的循环水系统相比存在蒸发和风损水量大 其次 09年5月大检修时 填料上面的吸水板的安装间隙较大 部分吸水板的安装方向不对 造成吸水板不能有效阻止水的外泄 在循环水机械风机的作用下 引起较多水的外泄 傍 晚时分可明显看见风筒上部有大量的水汽排出 且水滴较大 在塔附近就能明显感觉到 这必然会造成循环水浓缩倍数的上升 而浓缩倍数的上升就会加剧系统的结垢趋势的增大 表 1 循环水浓缩倍数 时间 2009 年 1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月 月平均浓缩倍数 3 53 583 83 0 3 623 64 43 在循环水的控制指标中 浓缩倍数表明了系统中盐分的浓缩程度 其值等于循环水的 含盐量与补充水的含盐量之比 是循环水运行中一项重要指标 循环冷却水的浓缩倍数常 通过调节强制排污量和补充水量来控制 其值的大小决定了水的重复利用率和节水水平的 高低 它可用下式表示 N 1 B M B FBWE 式中 N 浓缩倍数 M 补水量 m3 h B 强制排污量 m3 h E 蒸发水量 m3 h W 飞散损失量 m3 h F 漏损 m3 h 整理后得 N E B 1 提高循环水的浓缩倍数是一项系统工程 它可以反映循环水的补充水用量 提高后可 节约水资源 还可以降低排污量 从而减少对环境的污染和废水的处理量 但必须是在自 然环境下水的总损失 避免异常损失 和水质情况 以及所选药剂等 将循环水控制在不 结垢和腐蚀的状态下 才能逐渐提高 蒸发水量大 可提高循环水的浓缩倍数 蒸发水量E可用式表示 E 2 HL TR 01 0 式中 R 循环水量 m3 h t 进出水温差 HL 水的蒸发潜热 kcal kg 通常高负荷生产阶段比低负荷生产阶段浓缩倍数要高 冷态运行时浓缩倍数很难提高 依据以上两式可知 若蒸发 飞散 损失量变大 其它水量不变 则浓缩倍数N会变大 循环水量变大 浓缩倍数N也会变大 表 2 新鲜水数据 2009 年 序号分析项目单位5 月平均值6 月平均值7 月平均值备注 1 硬度 mg l323314367 2 碱度 mg l140137145 3 电导率 us cm6808501185 因当地环境属干燥高温少雨以及特殊的地质结构 造成新鲜水为高硬高碱水质 硬度 高达约300 400mg l 电导率约700 800us Cm 也就是说 达到了国内其它地区新鲜水浓 缩4倍后的水质 如在此条件下 浓缩倍数的快速提高或循环水量变大 都更易使设备结垢 造成循环水换热效率的降低 2 2循环水冷却塔的冷却效率下降 塔河分公司的循环水冷却水塔是逆流机械通风冷却塔 冷却风量为100万标立每吨 喷 水头在淋水填料的上方 进水布水管上方是收水板 2009年5月检修开工后不久 喷水头脱 落的较多 造成进水不能均布在淋水填料处 使得局部冷却风与进水的接触面降低 且局 部的风阻减少漏风量较大 降低了冷却塔的冷却效率 循环水的出水的温度上升 2 3系统黏泥产生快 水体有异味 挂片的腐蚀速度快 主要以点蚀为主 循环水给大量微生物提供了良好的栖息环境 微生物的生长所必须的营养物 可以通 过补充水和周围空气带入的有机物或无机物供给 特别是装置物料频繁泄漏到循环水系统 中 从宏观看 使水质颜色经常出现变化 时而是红色 时而是灰白色 有时是黄色 并 伴随有不同的气味 这主要是汽油 轻柴油 重柴油 蜡油和油气泄漏造成 漏量越大以 上特征就越明显 生产过程中装置物料的泄漏给循环水系统中的微生物种群提供了充足的 养料 表3泄漏次数 油含量变化 表 4 异养菌 2009 年 5 月值6 月值7 月备注 分析时 间 异养菌 个 ml 分析时 间 异养菌 个 ml 分析时间 异养菌 个 ml 5 52 5 1046 26 8 1037 26 5 103 5 7 9 8 1046 4 6 9 1037 7 6 5 103 5 121 9 1046 78 4 1037 91 1 104 5 148 9 1046 94 8 1037 141 5 104 5 199 9 1046 117 8 1047 161 2 104 6 141 2 1057 211 4 104 6 16 8 9 1047 232 0 104 6 213 8 1047 28 9 0 103 6 23 1 9 105 水质颜色的变化 从化验分析的结果看 油含量 1 2 6mg l 明显升高 浊度迅速上 升 有时高达 100NTU 以上 同时 出现总磷快速下降 表明缓蚀阻垢药剂的作用效果下降 悬 浮物快速增高 水体出现异味 藻类大量产生 系统温度开始逐渐上升 表 5 腐蚀率 黏附速率 2009 年 序号分析项目单位1 月值2 月值备注 2009 年 6 月份2009 年 7 月份序号 泄漏时间油含量 mg l 泄漏时间油含量 mg l 备注 1 4 日 2 0 1 日 1 58 2 9 日 1 47 7 日 1 96 3 12 日 1 81 16 日 1 42 4 20 日 1 88 23 日 1 84 5 28 日 1 32 28 日 1 31 1 挂片腐蚀 mm a 0 220 29 2 监测试管腐蚀率 mm a0 230 52 3 监测试管黏附速率 mcm21 9866 56 当投用大量氧化性杀菌剂和剥离剂后 塔池水面就会出现大量的悬浮物质 而且很难 被清理掉 不断在系统中运行 造成黏泥沉积在换热设备的死角和相对水流速度较低的部 位 并逐渐变大 进一步降低设备的水流速度而使黏泥沉积加剧 换热效率逐渐降低 严 重时会造成管束堵塞 使换热器设备彻底失效 同时 循环水检测挂片上有明显的灰黑色水垢 经化验分析为碳酸盐和硅酸盐类 挂 片上还有较多的黄色和褐色的黏泥 拨开黏泥发现挂片有较多的点状的腐蚀坑点 这主要 是铁细菌和硫酸盐还原菌造成的 引起的原因是 1 循环水系统的浓缩倍数偏高 使硬度 即钙镁离子的浓度偏大 系统又在碱性状态下运行 造成盐类物质的结晶析出沉积在挂片 上 2 介质泄漏浊度上升悬浮物增多 在挂片上形成结晶点 为盐类的沉积和细菌的成长 提供了有利的条件 使得菌类的繁殖呈现几何式暴涨 黏泥快速增多 循环水系统换热效 率迅速降低 反映为循环水温差减小 循环水量增大 系统悬浮物增多 装置换热介质温 差变小 物料不能被有效冷却 甚至对装置的生产造成威胁 2 4 装置高位高温换热器结垢快 装置的高位换热器换热温度相对比较高 换热器在生产时 考虑到装置的最大生产负 荷和其长期的有效运行 换热面积一般比实际面积略大 同时 留有15 20 的富裕量 又 因换热器的安装位置较高 使进入换热器的循环水压力减小 一般只有0 30 0 35MPa 系统 压力为0 40 MPa 回水压力为0 20 0 25 MPa 造成循环水在换热器内的流速降低 结垢 趋势加剧 黏泥量快速增加 使换热器腐蚀严重 换热效率下降 在以往的大检修时 发 现焦化的高位高温换热器E1206 E1207结垢较重 黏泥量较大 就是典型的例子 有资料证实 水中碳酸钙 镁 和氢氧化钙 镁 等硬度盐类 其溶解度均随温度升 高而减小 水温越高越容易结垢 同时 结垢的速度也随水流速度的增大而减小 水流速 度在0 8 1 0m s以上时 换热器中的沉积污垢易被水流冲走 不易在设备和管壁上沉积 相反 在换热器中 若某些部位的水流速度太小 或水流分布不均的滞流区或死角处 就 容易结垢 水流速度在0 6m s时结垢量约为水流速度在0 2m s时的1 5 2 5 药剂和运行成本增加 塔河分公司使用的水属高硬高碱水质 水中钙硬和碱之和超过300 400mg L 若将浓缩 倍数提高至4 6 则循环水中钙硬和碱之和达到1200 2000mg L 而目前水稳药剂处理钙 硬和碱之和在350 1050mg L时的水质效果较好 但对于钙硬和碱之和超过1100mg L的循环 水而言效果降低 因此浓缩倍数进一步提高必然带来系统结垢等问题 为减轻系统的结垢 就要加大缓蚀阻垢剂的投用量 以改变水中碳酸钙等微溶盐类晶体的生长过程和形态 使 其处于相应过饱和的介穏状态分散在水中 在减缓结垢的同时 对已沉积的垢物进行剥离 特别是系统漏油频繁 造成药剂不能有效发挥作用 微生物的生长难以控制 黏泥危害 严重 旁流过滤对油和细微的悬浮物质的过滤效果差 在以上情况下 为了尽快使循环水 水质恢复正常 必须大排大补的置换循环水 排出多余的盐类和泄漏的油污改善水质 同时 还要对系统进行清洗和补膜 严重时要对系统进行重新预膜 这样都增加了药剂和水的用 量 使运行成本显著增大 3 改进措施 3 1 检修冷却塔 对循环水两间冷却塔分步进行检修 查明喷水头脱落的原因 重新安装好喷水头 收 水板按要求重新安装 对变形或不能达到技术要求的收水板进行更换 使进水能够均匀分 布在淋水填料上 充分与冷却空气接触换热 收水板有效对风机抽出的微小进行回收 减 小因此而产生的水损 增大冷却塔的换热效率 经与以往对照和测算 可节水3 5m3 h 可 降低循环水温度2 3度 能有效缓解浓缩倍数的快速上升 即减慢了水体中硬度盐类的含量 和结晶速度 破坏了结垢的条件 水体温度的降低 为换热器的热交换创造了条件 总体 上降低了循环水量 又可降低电能和药剂的消耗 3 2 加大中水的回用量 利用塔河分公司现有的一套100 m3 h污水深度回用设施 将处理后的水回用锅炉补充 水多余部分补入循环水 现已进行该项工作 补入量为5 10m3 h 只要回用水量允许可完 全替换新鲜水 从短期的回用效果看十分理想 补入后降低了水体中盐类的相对含量 减 少了定期排污水量 药剂性能明显恢复 加药量减少20 30 初期还对系统已形成的水 垢有溶解性作用 水体的PH值先是缓慢升高 然后逐渐呈现下降趋势 循环水回水温度上 升了0 5 1度 且趋势换 还在上升 从经济角度看 在目前其它成本不变的情况下 没回 用一顿中水可节约成本1 90元 经济效益可观 同时 减少了外排污水量 在后期运行中 要注意水质PH值的调整 使其在7 8的范围内运行 杜绝PH值偏低状态下的运行 3 3 增设加酸运行措施 对循环水系统投加酸液 中和循环水的碱度 提高循环水对钙离子的溶解度 降低循 环水的结垢倾向 改善水质质量 提高系统换热效率 3 4 加大循环水系统换热器的管理力度 对循环水系统的每一台换热器都建立详细的档案 对每一次的换热器的泄漏进行认真 的分析查明原因 特别是周期泄漏的时间 定期进行监测或更换 如发现腐蚀是从被换热 介质端产生 就应对换热管束的材质进行升级 如发现腐蚀是从换热介质端产生 应对换 热器中的水流速度进行监测 常压焦化 硫磺 加氢装置换热器安装位置高的进出水温差 普遍较小 应调整进水阀门的开度 在热负荷不增加的情况下 提高每台换热器的进出水量 若还偏低 在有条件的情况时 实施工艺技术改造 使水流速度不低于0 8m s 当发现系统有介质泄漏时 应在第一时间进行排查 及时切除漏点 避免对系统水质 造成严重的污染 减少处理