扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处理设计

1工程概况杨子总线苯乙烯合资工厂是杨子石化公司和德国总线公司合资建设的工厂，由13万t/a乙苯(EB )、12万t/a苯乙烯(SM )和10.2万t/a聚苯乙烯(PS )装置和相应的辅助生产设施和公共工程系统组成。 工程总投资额约18亿元，1997年10月正式开始开工。 其循环水站的设计规模为15000m3/h，循环冷却供水温度t2=33，凝结水温度t1=43，冷却温度差t=10。 循环冷却水系统为开放型，设计选用马里奥600型横流式机械通风冷却塔，共3组6格，其辅助风扇为L85A型轴流风扇。2循环冷却水处理的基本要素循环冷却水处理流程的设计，根据交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求，在补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准的同时，吸取了扬子石化公司现有循环水站的成功运行经验，通过技术经济比较而确定。2.1热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求杨子总线苯乙烯合资厂换热设备对污垢热阻和腐蚀率的要求如下污垢热阻： 1.7210-43.4410-4m2.K/W； 腐蚀率： 0.125毫米/a。2.2补充水的水质指标扬子巴士苯乙烯合资厂循环冷却水系统的补充水为扬子石化公司的工业用水，水质指标如下温度34； 88.2； 浊度2毫克/l； 甲基橙碱度(以CaCO3计):86mg/L； 全固体： 146毫克/升； 溶解固体： 132mg/L； 总硬度(以CaCO3计):100mg/L； 碳酸氢盐硬度(以CaCO3计):85.5mg/L； 游离CO2:2.2mg/L； HCO-3:104.9毫克/升； cl-: 9.57毫克/升； so2-4: 24.0毫克/升； f-: 0.08毫克/升； SiO2: 12.4毫克/升； po3-4:0. 02毫克/升； CO2-3:无k:1.6毫克/升； na:8.2毫克/升； no-3:2.0毫克/升； ca2: 29.4毫克/升； mg2:6. 21毫克/升； 总Fe:0.077毫克/升； Cu2:0.012毫克/升； 溶解氧： 9.52mg/L； cod Mn:2.32毫克/升； 油： 1.0毫克/升。2.3循环冷却水的水质标准杨子总线苯乙烯合资工厂循环冷却水的水质标准为工业循环冷却水处理设计规范 (GB50050-95 )，具体如下浮游物10mg/L； pH值： 7.09.0； 甲橙碱度500mg/L； Ca2 :30200mg/L； Fe20.5毫克/升； 三百毫克/毫升； SO2-4和Cl-之和1 500mg/L； 硅酸(用Mg2 SiO2计算) 15 000mg/L； 游离氯： 0.51.0mg/L； 石油类5毫克/升。2.4循环冷却水处理的内容循环冷却水系统由6个流程组成，除主流程外，剩馀的给药流程、添加氯流程、添加酸流程、监视热交换流程、旁路流程均为循环冷却水处理的5个构成内容。 下面也参考图1简要说明。图1循环冷却水系统(1)主流程：循环冷却水系统补给水为扬子石化公司的工业用水，5台循环泵(3用2台)在冷却塔塔下池吸水加压后进入循环冷却供水管，供给工艺装置的冷却用水。 循环冷却冷凝水通过循环冷却回水管返回循环水站，通过冷却塔的供水系统均匀分布后，在冷却塔内从上下进行气水热交换冷却，冷却后，进入塔下池，用循环泵加压供给。 像这样循环往返。(2)给药流程：为了控制循环冷却水流动的管道和热交换设备的腐蚀垢，必须向循环冷却水中给予缓蚀停止剂。 另外，在系统正常工作之前，必须投用预薄膜剂，在金属表面形成健全的缓蚀保护膜。 在本系统中，药剂原液通过吸引泵或手动输送被送到储药罐，以一定的比例加入稀释水(工业水或循环冷却水)，或者直接搅拌原液后流入药剂溶液罐，再用2台计量泵(1用1准备)被送到冷却塔的下罐。(3)加氯过程：为了抑制菌藻类等微生物的繁殖，必须向循环冷却水供给杀菌剂。 在本系统中，设计中选择的杀生剂是液氯。 氯气从氯气瓶中蒸发，依次通过氯气过滤器、真空调节器、添加氯的控制盘，最终通过喷水被输送至冷却塔下的池塘。 本系统还包含控制氯0.51.0mg/L的在线氯分析仪。 同时，在线氯分析仪与添氯机联动，可以实现连续自动添氯。 设计了两套加氯系统，每台准备一台，可以自动或手动切换。(4)添加酸的流动：每当循环冷却水系统正常运转时，对系统进行酸洗，此外，在系统正常运转的期间，为了保证缓蚀剂的处理效果，需要降低系统的pH值的情况下，也要进行添加酸的处理。 本系统中，设计中选择的浓硫酸用硫酸泵送入硫酸罐，用水射流送入冷却塔塔下的池子。(5)监测换热流程：在循环冷却水系统正常运行的过程中，要随时掌握循环冷却水处理的效果，并根据监测到的数据采取适当措施，以期获得良好的效果。 在本系统中，在循环冷却供水管的旁路上设置模拟处理装置的热交换设备的小型热交换器(监视热交换器)，其热源为低压饱和蒸汽。 通过在监视热交换器的循环冷却回水管上安装挂钩，定期分析挂钩，可以推定循环冷却水流动的配管和热交换设备的腐蚀、水垢状况。(6)旁路流：旁路的目的是维持循环冷却水的水质，在满足浓缩倍数的条件下高效、经济地运行系统。 在高浓缩倍数条件下运行时，可以减少补充水量和排量，减轻环境污染。 在本系统中，约2.5%的循环冷却水流过两组全自动无阀过滤器，过滤后的水进入冷却塔下的池塘。 两组全自动无阀滤波器可以利用虹吸原理实现自动反洗。三循环冷却水处理设计概述3.1浓缩倍数的计算和值浓缩倍数是循环冷却水的盐分浓度和补给水的盐分浓度的比。 循环冷却水在系统运行中有蒸发损失、风吹损失和污染损失(包括生产中的泄漏损失)三种水量损失，这三种水量损失的合计由补充水补充。 当系统运行达到平衡时，系统排出的盐量与进入系统的盐量相同Cri.(Qb Qw)=Cmi.Qm=Cmi.(Qe Qw Qb )因此。式中的N浓缩倍数；Cri循环冷却水的盐分浓度、mg/L；Cmi补充水的盐分浓度、mg/L；Qm补充水量、m3/h；Qb排水量、m3/h；Qe蒸发水量、m3/h；Qw风吹损水量，m3/h。为了防止水垢的发生，请使循环冷却水的碳酸盐硬度小于极限碳酸盐硬度。 从上式可以看出，在补给水的盐分浓度(Cmi )不变化的情况下，如果降低循环冷却水的浓缩倍数(n )，即循环冷却水的盐分浓度(Cri )，就能有效地控制系统尺度。 但是，降低浓缩倍数以增加污染物排放量为代价，既影响环境保护，又增加了补充水量，浪费了水资源。 因此，无限制地降低浓缩倍率是不经济的，不合理的。本系统根据补给水的水质指标、循环冷却水的水质标准，吸收扬子石化公司现有循环水站成功运行的经验，同时考虑到节约用水、保护环境因素，将浓缩倍数定为2.15。 经过两年的运转，浓缩倍数达到了3.0。3.2循环冷却水处理药剂的选定和计算3.2.1药剂的选定循环冷却水处理常用药剂有缓蚀剂、缓蚀剂、复合型药剂三种。缓蚀剂的作用是在金属表面形成致密连续的金属氧化膜或其他种类的膜，复盖金属表面，与腐蚀介质隔离，防止腐蚀。电阻剂的作用是与水中的金属离子发生络合反应，产生可溶性络盐，从而抑制金属离子的结垢倾向，难以形成硬垢，同时，电阻剂的作用是通过提高还具有吸附作用和分散作用的结垢物质的微粒表面的电荷密度，来增大微粒间的排斥力，降低结晶速度，使晶格结构循环冷却水处理包括结垢、污垢、腐蚀和微生物等几个方面的控制，缓蚀剂、洗涤剂和其他药剂也有单方面的作用范围，难以满足多方面的需要。 因此，采用具有相乘效果，而且相互相乘的复合配方复合型药剂，对于保证循环冷却水的水质，高效、可靠地运行系统具有重要意义。本系统设计选择的JC-463型缓蚀剂是有机磷、共聚物和铜缓蚀剂的复合配方。 该处方经过多年运行长江南京段水质，效果良好，具有缓蚀、阻力、分散等多种作用。 该配方的优异性能表明可以在碱性条件下使用，无需调节循环冷却水的pH，环境污染轻微，碳酸钙水垢、磷酸钙水垢的防止效果高等。3.2.2剂量的计算系统的最初剂量如下所示式中Gf系统首次加入了药量、kgV系统容积，m3；g单位体积循环冷却水的剂量，mg/L。随着系统的运行，风吹损失和污染损失带走了部分药剂，而进入系统的补给水不含药剂，导致循环冷却水中的药剂浓度降低，无法获得预期的效果。 因此，必须继续向循环冷却水中补给药剂，以使循环冷却水中的药剂浓度相对稳定。 那个药的量是多少式中Gr系统正常运转时每单位时间的剂量、kg/h；其馀符号的意思相同。冷却塔入水温度差为t=10，设计干球温度为32.6时，蒸发损失水量约占总水量的1.6%，循环水站的设计规模为15000m3/h，浓缩倍数N=2.15，JC-463型缓蚀抑制剂在长江南京段水质中的给药量为g=60mg/L3.3菌藻处理方法的确定和计算循环冷却水系统的水温和pH适合微生物的生长，冷却塔下的池塘长年暴露于室外，阳光充足，这为微生物的生长繁殖创造了条件。 微生物主要是菌藻类，其存在不仅使水质恶化，还与其他有机和无机杂质附着堆积，增加水流阻力，显着降低热交换设备的传热效率，粘度不仅阻碍缓蚀剂的防腐蚀功能的发挥，还促进了腐蚀过程。 因此，必须用适当的措施控制细菌藻类在循环冷却水中的繁殖。 现在最常用的方法是给杀生剂。3.3.1杀生剂类型的选定杀生剂根据机制可分为氧化型杀生剂、非氧化型杀生剂和表面活性剂杀生剂三种。氧化型杀生剂主要是液氯和氯酸盐，它们在水中会发生如下的水解反应cl2h2ohcloHClOH ClO-2ClO- H2OHClO ClO- OH-发挥杀菌作用的是HClO，ClO-的杀菌能力只有HClO的1%2%。 用氯杀菌，可与许多缓蚀阻垢剂并用，相互干扰小，杀菌效果高，且廉价容易买到，广泛应用于水处理领域。非氧化型杀菌剂主要是硫酸铜和氯酚类。 通常，硫酸铜不能单独使用，另一方面，为了防止Cu2的沉淀，需要同时投入铜的螯合剂，另一方面，为了使Cu2能渗透到菌藻内部，多同时投入表面活性剂。 氯酚及其衍生物可以杀死多种菌藻，但对水生动物和哺乳动物有危害，不能被其他微生物迅速分解，容易造成环境污染。表面活性剂类杀生剂以季铵盐类化合物为代表。 季铵盐具有杀生力强、毒性低、对污泥有剥离作用、化学稳定性好、使用方便等特征。 但是，水中的有机物含量多的话，季铵盐容易吸附，会降低药效，增大药的消耗，而且水中金属离子的存在也会对药效产生影响，季铵盐类容易引起发泡现象，因此多配合消泡剂使用。综上所述，本系统设计了液氯作为杀生剂。3.3.2液氯的投入方式液氯的投入方式主要分为连续投入和间歇投入两种，连续投入是根据循环冷却水中剩馀氯保持在一定浓度的要求，连续投入药剂。 连续投入能获得很高的杀生效果，但运行成本高，操作工作量大。 间歇投入比较经济，一般每天投入13次，每次投入34h。 考虑到夏天高温季节菌藻繁殖旺盛，危害显着，本系统的设计采用了夏天连续投入、其馀季的间歇投入方式。3.3.3氯添加量的计算氯添加量的计算公式如下式中Gc的氯添加量、kg/h；Q循环冷却水量、m3/h；gc单位循环冷却水的氯添加量、mg/L。国内调查结果显示，循环冷却水的残留氯量通常保持在0.51.0mg/L。 剩馀氯量小于0.5mg/L时，投入次数增加，操作管理变得困难，进一步降低了杀菌藻的效果。 馀氯量超过1.0mg/L时，杀菌藻的效果不显着提高，相反氯消耗量增大，金属点的腐蚀加剧，钢材破损。 因此，在采用间歇接通方式的情况下，gc取24mg/L的值的连续接通方式的情况下，gc取0.50.8mg/L的值。根据计算，本系统的设计氯添加量为3060kg/h。3.4横向流水处理的设计3.4.1旁路流水处理的必要性由于循环冷却水在循环中被污染(空气中带进灰尘、粉尘等浮游固体，或者热交换设备的材料漏出，带进油和其他杂质等)，水质恶化，另外，由于循环冷却水的浓缩作用，水中的某些成分和几个成分超过标准。 此时，为了使循环冷却水的水质指标在允许范围内，必须分流处理循环冷却水的一部分。横向流水处理可以降低补充水的水质要求，减少补充水的量和排放量，对节约水源、减少环境污染也有重要意义。3.4.2旁路水的处理内容横向流水的处理包括凝聚、沉淀、过滤、去除油分、软化、去除盐分等。 根据本系统循环冷却水的水质指标及其循环过程中的环境状况和其他污染因素的分析，本系统旁路流水处理的主要目的是去除浮游物。 因此