扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处..

1、扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处摘要：石油化工装置循环冷却用水约占生产总用水量的90%。结合扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的工程实例，从浓缩倍数的计算与取值、循 环冷却水处理药剂的选择和计算、菌藻处理方法确实定、旁流水处理 的设计等几方面具体说明循环冷却水处理的设计。关键词：循环冷却水处理监测换热旁流浓缩倍数缓蚀阻垢1 工程概况 扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂是扬子石化公司和德国巴斯夫公司合资建 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装置及其相应的配套辅助生产设施和公用工程系统组成。工程总投资约 18亿元人民币，于 1997年 10 月正式

2、投产运行。其循环水 站的设计规模为15000m3/h，循环冷却给水温度t2=33 C、回水温度 t1=43C，冷却温差 t=102。循环冷却水系统为敞开式，设计选用仿 玛利 600 型横流式机械通风冷却塔，共 3 组 6 格，其配套风机为 L85A 型轴流风机。2 循环冷却水处理的根本要素循环冷却水处理工艺流程的设计是根据热交换设备对污垢热阻和腐蚀 率的要求，补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准，同时吸取了 扬子石化公司现有循环水站成功的运行经验，通过技术经济比拟后确 定的。2.1 热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求 如下：污垢热阻

3、：1.72 X 10-43.44 x 10-4m2.K/W/ 腐蚀率：0.125mm/a。2 . 2补充水的水质指标 扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂循环冷却水系统的补充水为扬子石化公司 的工业用水，其水质指标如下：温度v 34C； pH值88.2;浊度2mg/L甲基橙碱度以CaCO3计: 86mg/L ;总固体：146mg/L;溶解固体：132mg/L;总硬度以CaCO3 计：100mg/L;重碳酸盐硬度以 CaCO3计:85.5mg/L;游离 CO2 2.2mg/L; HCO-3：104.9mg/L; Cl-：9.57mg/L; SO2-4：24.0mg/L; F-：0.08mg/L;SiO2:

4、12.4mg/L; PO3-4: 0.02mg/L; CO2-3 无；K+ : 1.6mg/L; Na+: 8.2mg/L; NO-3: 2.0mg/L; Ca2+ 29.4mg/L; Mg2+: 6.21mg/L;总 Fe： 0.077mg/L; Cu2+: 0.012mg/L;溶解氧：9.52mg/L; CODMn： 2.32mg/L; 油： 1.0mg/L。2.3循环冷却水的水质标准 扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂循环冷却水的水质标准执行?工业循环冷 却水处理设计标准?GB50050-95具体如下：悬浮物w 10mg/L pH值：7.09.0;甲基橙碱度 500mg/L Ca2+ 30 200

5、mg/L; Fe2+&lt0.5mg/L; Cl-w 300mg/L SO2-4与 Cl-之和 w 1500mg/L 硅酸以Mg2X SiO2计v 15000mg/L;游离氯：0.51.0mg/L;石油类v 5mg/L。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，其余的加药流程、加 氯流程、加酸流程、 监测换热流程、 旁流流程均为循环冷却水处理的 5 个组成内容。现简述如下，同时参见图 1。图 1 循环冷却水系统(1) 主流程：循环冷却水系统的补充水为扬子石化公司的工业用水，5台循环水泵(3用 2备)由冷却塔塔下水池吸水加压后进入循环冷却给水 管，用于供给

6、工艺装置的冷却用水。循环冷却回水那么通过循环冷却回 水管返回循环水站，经冷却塔的配水系统均匀分布后，在冷却塔内自 上而下进行气水换热降温，冷却后进入塔下水池，再经循环水泵加压 供出。如此循环往复。(2) 加药流程：为控制循环冷却水流经的管道和热交换设备的腐蚀、结 垢，必须向循环冷却水投加缓蚀阻垢药剂。另外，在系统正常运行之 前，必须先投加预膜剂，使金属外表形成一层完好的缓蚀的保护膜。 本系统中，药剂原液通过自吸泵或人工搬运送入贮药罐，然后按一定 比例参加稀释水 (工业水或循环冷却水 )，或者直接将原液搅拌后自流进 入药剂溶液罐，再由 2台计量泵 (1用 1备)将药液送入冷却塔塔下水池。(3)

7、加氯流程：为控制菌藻类等微生物的繁殖，必须向循环冷却水投加 杀生剂。本系统中，设计选用的杀生剂为液氯。氯气从氯瓶中蒸发， 依次经过氯气过滤器、真空调节器、加氯控制柜，最终通过水射器送入冷却塔塔下水池。本系统还包括一个在线余氯分析仪，控制余氯0.5 1.0mg/L,同时在线余氯分析仪与加氯机联锁， 可实现连续自动加 氯。设计 2套加氯系统， 1 用1备，可自动或人工切换。(4) 加酸流程：循环冷却水系统在每次正常运行之前，应对系统进行酸 洗；另外，在系统正常运行的过程中，为保证缓蚀阻垢剂处理效果而 需降低系统 pH 值时，也进行加酸处理。本系统中，设计选用的浓硫酸 通过硫酸泵进入硫酸贮罐中，然后

8、通过水射器送入冷却塔塔下水池。(5) 监测换热流程：循环冷却水系统在正常运行的过程中，应采用必要 的监测手段，以随时掌握循环冷却水处理的效果，并根据监测所得的 数据及时采取相应的措施，以期到达良好的效果。本系统中，在循环 冷却给水管的旁路上设置了一个模拟工艺装置热交换设备的小型热交 换器 (监测换热器 )，其热源为低压饱和蒸气。在监测换热器的循环冷却 回水管上安装挂片，通过对挂片的定期化验分析，可以推断循环冷却 水流经的管道和热交换设备的腐蚀、结垢状况。(6) 旁流流程：旁流的目的是保持循环冷却水水质，使系统在满足浓缩倍数的条件下有效、经济地运行。在高浓缩倍数条件运行时，可减少 补充水量和排污

9、水量，减轻对环境的污染。本系统中，约2.5%的循环冷却回水流经 2组全自动无阀过滤器，滤后水进入冷却塔塔下水池。 2 组全自动无阀过滤器利用虹吸原理可实现自动反冲洗。扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处理设计3 循环冷却水处理设计简述3.1 浓缩倍数的计算与取值 浓缩倍数即循环冷却水的含盐浓度与补充水含盐浓度的比值。循环冷 却水在系统运行过程中有蒸发损失、风吹损失和排污损失 (包括生产中 渗漏损失 )3 种水量损失，这 3 种水量损失的总和由补充水补给。系统 运行到达平衡时，从系统排出的盐量等于进入系统的盐量，即： Cri.(Qb+Qw)=Cmi.Qm =Cmi.(Qe+Qw+Qb) 因此，

10、式中N浓缩倍数；Cri循环冷却水的含盐浓度，mg/L;Cmi补充水的含盐浓度，mg/L;Qm补充水量，m3/h ;Qb排污水量，m3/h ;Qe蒸发水量，m3/h ；Qw风吹损失水量，m3/h。为防止产生结垢， 应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，在补充水含盐浓度(Cmi)不变的情况下，如果降低循 环冷却水的浓缩倍数(N),即降低循环冷却水的含盐浓度(Cri),就可以 有效地控制系统结垢。但是，降低浓缩倍数，势必以增加排污量为代价，这样一方面影响环境保护；另一方面增加了补充水量，造成水资 源的浪费。因此，不加限制地降低浓缩倍数是不经济且不合理的。 本系统中，根据补充水

11、的水质指标、循环冷却水的水质标准，并吸取 扬子石化公司现有循环水站成功的运行经验， 同时也考虑到节约用水、 保护环境因素，将浓缩倍数取为 2.15。经过 2 年来的运行，浓缩倍数 已到达 3.0。3.2 循环冷却水处理药剂的选择和计算3.2.1 药剂的选择 在循环冷却水处理中经常使用的药剂有缓蚀剂、 阻垢剂和复合型药剂 3 种。缓蚀剂的作用是能在金属外表形成一层致密而连续的金属氧化膜或其 它类型的膜， 将金属外表覆盖起来， 从而与腐蚀介质隔绝， 防止腐蚀。 阻垢剂的作用是利用其与水中的金属离子起络合反响而产生可溶性络 合盐，使金属离子的结垢倾向受到抑制， 不易结成坚硬的水垢； 同时， 阻垢剂的

12、作用还在于其吸附作用与分散作用；通过提高结垢物质微粒 外表的电荷密度，使微粒间排斥力增大，降低结晶速度，并使晶格结 构发生畸变，从而防止结成硬实的水垢。循环冷却水处理包括对结垢、污垢、腐蚀和微生物等几方面的控制， 无论是缓蚀剂、阻垢剂或其它药剂都有其片面的作用范围，难以满足 多方面的需要。因此，采用具有协同效应进而是互为增效的复合配方 即复合型药剂，对保证循环冷却水的水质，使系统运行高效、可靠，均具有重要意义。本系统中，设计选用的JC-463型缓蚀阻垢剂，是有机磷、共聚物和铜 缓蚀剂的复合配方。该配方经长江南京段水质多年运行的结果说明， 效果良好，具有缓蚀、阻垢、分散等多种作用。该配方的优异性

13、能表 现在其可在碱性条件下使用， 不需调节循环冷却水的 pH 值，对环境的 污染轻微，以及防止碳酸钙垢、磷酸钙垢效果好等方面。3.2.2 加药量的计算 系统的首次加药量应为： 式中Gf系统首次加药量，kg;V系统容积，m3 ；g单位体积循环冷却水的加药量， mg/L。伴随系统运行，风吹损失及排污损失均会带走局部药剂，而进入系统 的补充水是不含药剂的，这将导致循环冷却水中的药剂浓度下降，不 能到达预期效果。因此，应不断向循环冷却水中补充药剂，以确保循 环冷却水中的药剂浓度相对稳定。其加药量应为：式中Gr系统正常运行时单位时间内的加药量，kg/h ；其余符号含义同上。当冷却塔进出水温差为 t=10

14、C,设计干球温度为32.6C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型缓蚀阻垢剂在长江南京段水质的投用量 g=60mg/L,由此可得系统正常运行时单位时间内的加药量为：3.3 菌藻处理方法确实定与计算 循环冷却水系统的水温和 pH 值均适宜微生物生长， 冷却塔塔下水池又 常年露置室外，阳光充足，这更给微生物的生长繁殖创造了条件。微 生物主要是菌藻类，它们的存在不仅使水质恶化，还与其它有机或无 机杂质构成粘垢附着、沉积在系统内，增加了水流阻力，并且严重地 降低了热交换设备的传热效率，粘垢不仅阻碍缓蚀剂发挥其防腐蚀功 能

15、，甚至促进腐蚀过程。因此，必须采取适当措施控制菌藻类在循环 冷却水中的生长繁殖。目前最常用的方法是投加杀生剂。3.3.1 杀生剂类型的选定 杀生剂按机理分为氧化型杀生剂、非氧化型杀生剂和外表活性剂杀生 剂 3 类。氧化型杀生剂主要为液氯及氯酸盐，它们在水中发生如下水解反响：CI2+H2O H+C+HCIOHC" H+CIO2CIO+H2SH CIO+CIO-+OH-起杀菌作用的主要是HCIO, CIO的杀菌能力只有HCIO的1%2%。用 氯杀菌， 能与较多缓蚀、 阻垢剂配合使用， 彼此干扰少， 杀菌效果好， 而且价廉、制取方便，在水处理领域中应用广泛。非氧化型杀生剂主要有硫酸铜和氯酚

16、类。通常硫酸铜不能单独使用， 一方面是为了防止Cu2+沉淀出来，需同时投加铜的螯合剂；另一方面 是为了使Cu2+能渗进菌藻内部，往往需同时投加外表活性剂。氯酚及 其衍生物虽可杀灭多种菌藻，但对水生动物和哺乳动物有危害，不能 被其它微生物迅速降解，易造成环境污染。 外表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，使用方便等特点。但当 水中有机物含量较多时， 季铵盐易被吸附， 从而降低药效， 加大药耗； 另外，水中金属离子的存在也会使药效受到影响，季铵盐类还易引起 发泡现象，常需配合使用消泡剂。 综上所述，本系统设计选用液氯作为杀生剂。3.

17、3.2 液氯的投加方式 液氯的投加方式主要有连续投加与间歇投加 2 种，连续投加是按照使 循环冷却水中余氯保持一定浓度的要求，连续投加药剂。连续投加可 以得到很高的杀生效果，但运行费用高，操作的工作量大。间歇投加 较为经济，一般每天投加13次，每次34h。考虑夏季高温季节时 菌藻繁殖旺盛，危害明显，因此本系统设计采用夏季连续投加、其余 季节间歇投加的方式。3.3.3 加氯量的计算加氯量计算公式如下：式中G加氯量，kg/h ;Q循环冷却水量，m3/h ;gc单位循环冷却水的加氯量，mg/L。根据国内调查的结果，循环冷却水的余氯量一般保持在 0.51.0mg/L。余氯量小于 0.5mg/L 时，将

18、增加投加次数，给操作、管理带来困难， 而且降低了杀灭菌藻的效果。余氯量大于 1.0mg/L 时，并没有明显提 高杀灭菌藻的效果，反而增大了耗氯量，并会加剧金属点腐蚀，造成 钢材损坏。鉴于此，当采用间歇投加方式时，gc取值24mg/L;当采 用连续投加方式时，gc取值0.50.8mg/L。经计算，本系统设计加氯量为 3060kg/h。3.4旁流水处理的设计3.4.1 旁流水处理的必要性循环冷却水在循环过程中由于受到污染 包括由空气带入灰尘、粉尘等 悬浮固体，以及由于热交换设备的物料渗漏而带入油及其它杂质等 ， 将会使水质不断恶化;另外，由于循环冷却水的浓缩作用也会引起水 中某一项或几项成分超标。

19、在此情况下，必须分流出局部循环冷却水 进行处理，以控制循环冷却水水质指标在允许范围内。旁流水处理还可以降低对补充水的水质要求，减少补水量和排污量， 因而对节约水源，减少环境污染也具有重要意义。旁流水的处理内容 旁流水的处理包括混凝、沉淀、过滤、除油、软化、除盐等内容。根 据本系统循环冷却水的水质指标及通过对其在循环过程中的环境情况 和其它污染因素的分析， 本系统旁流水处理的主要目的是去除悬浮物 因此，过滤就成为本系统旁流水的处理内容。3.4.3 旁流过滤水量的计算敞开式循环冷却水系统的旁流过滤水量计算公式如下：式中Qsf旁流过滤水量，m3/h ;Cm 补充水的悬浮物含量，mg/L;Crs循环冷

20、却水的悬浮物含量，mg/L;Css循环冷却水旁流过滤后的悬浮物含量，mg/L;A冷却塔的空气流量，m3/h ；Ca空气中含尘量，g/m3 ；Ks悬浮物沉降系数，通过试验确定，通常取 0.2。根据公式计算的结果，同时吸取扬子石化公司现有循环水站成功的运 行经验，并考虑经济合理的因素，在本系统设计中取2.5%的循环冷却水量作为旁流过滤水量。扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处理设计 :4 主要工艺设备的 选型4.1 加药设备 加药设备包括贮药罐、药剂溶液罐和加药计量泵。4.1.1 贮药罐设计选用的JC-463型缓蚀阻垢剂，在常温20C 下，密度为 1.15 士 0.05g/cm3粘度小，可采用原

21、液直接投加。系统正常运行时加药 量为12.52kg/h。当气温较低时，药剂粘度增大，易造成管道、设备的 堵塞，因此需加适量的水进行稀释后再投加。考虑以70%的水进行稀释时，经计算15天的加药量约为7.7m3。因此，设计贮药罐的容积为 8m3,可贮存1525天的加药量。贮药罐内设有1台功率0.75kW的 搅拌机，在药液发生沉淀或需对原液进行稀释时使用。贮药罐和搅拌 机的材质均为不锈钢，贮药罐内安装液位计，与控制进水 用作稀释 的电磁阀联锁， 能够按照设置的稀释倍率自动完成稀释、 搅拌的工作。 药剂溶液罐药剂溶液罐容积1m3,即23天的投药量，材质为不锈钢。药剂溶液 罐内安装液位计， 与控制进液的

22、电磁阀联锁， 可自动从贮药罐内进液。加药计量泵加药计量泵设计选用2台美国W&ampT公司生产的P44-216型计量泵，1用1备。单台计量泵流量 Q=045L/h,扬程H=1.00.6MPa,功率 P=0.5kW。计量泵可根据操作情况采用手动或自动改变容量，重复精度高，并能输出粘度较大的液体。每台计量泵还配备了 1 台均流器，可 以将计量泵的脉冲输出转变为平缓均匀的直线输出，以便于对流量进 行记录和累计。计量泵与循环冷却水的补充水量联锁，在系统运行稳 定的情况下，实现根据补充水量而自动控制加药量。4.2加氯设备本系统设计 2套加氯设备， 1用 1备，其核心局部为加氯机。 加氯机设 计选用美国W&ampT公司生产的V-2100型真空加氯机，其包括真空调 节阀、加氯控制柜和水射器 3 个根本部件。真空调节阀安装在氯瓶间， 控制柜安装在加氯间，水射器安装在冷却塔塔下水池附近。当水射器 产生的真空通过