高浓缩倍数无磷方案在乙烯循环水系统的应用

刘 伟，高 勇



高浓缩倍数无磷方案在乙烯循环水系统的应用

刘 伟，高 勇

（中国石油抚顺石化公司， 辽宁 抚顺 113008）

采用高浓缩倍数无磷水处理方案，使循环水在5倍以上高浓缩倍数下运行处理，运行指标和监测数据均达到并优于国标和中石化规定的要求。运行结果表明，该方案达到了很好的抗腐蚀、结垢和微生物控制效果，同时兼具环保、节水效果。

无磷水处理药剂；高浓缩倍数；环保；节水减排

换热设备的结垢和腐蚀是循环冷却水处理需要解决的问题。换热器结垢会影响冷却效率，降低装置收率，多消耗循环水，影响装置生产。腐蚀会降低换热器使用寿命，泄漏入循环水中的工艺介质会严重干扰循环水水质控制。磷系水处理剂因其无毒、低价、具有较好的缓蚀、阻垢性能，有效控制了水垢和腐蚀,占当今水处理剂的70％～80％以上。但是，磷系药剂存在不容忽视环保问题，并且磷是生物必需的营养物，循环水排污水中残留的含磷药剂造成了水体中菌、藻等微生物的过度繁殖，磷系配方药剂易水解，限制了循环水浓缩倍数的提高，不利于节约用水。为满足节水、经济、环保的要求，循环冷却水采用新型绿色无磷水处理方案，克服了传统水处理剂的弱点。水处理药剂应用更加安全、费用节约和环境保护。乙烯厂循环水场，从系统优化的角度确定循环水系统采用无磷运行方案，增强了节能创效能力[1]。

1 循环水系统概况

乙烯厂共有2套循环水系统，总循环量10.5万m3/h。第一循环水场设计总规模60 000 m3/h,保有水量28 000 m3,为乙烯及汽油加氢装置提供循环冷却水。第二循环水场设计总规模45 000 m3/h，保有水量24 000 m3,为除乙烯以外的生产装置提供冷却用水。水冷设备材质构成如如表1、2。

表1 一循换热器材质构成

表2 二循换热器材质构成

循环水系统采用大伙房水库原水经公司新建电厂预处理后作为补充水，新鲜水水质见表3。2013年循环水场共计补入回用水53.27万t，补充新鲜水349.85万t，回用水占新鲜水量的15%。

表3 2013年新鲜水分析数据平均值

表中硬度、碱度以CaCO3计

根据补充水的水质， 经计算，30 ℃时， 补水的LSI 为-0.58，RSI 约为8.81。由于补水具有低钙硬度、总碱度和pH，其LSI 较低，RSI 较高，因此补水具有腐蚀趋势。该水随着循环水浓缩倍数的提高，钙硬度、总碱度和pH 将逐渐升高， 系统水质逐渐转变为结垢趋势。当浓缩倍数达到7时，循环水的LSI 为1.66，属于一般结垢性水质。无磷水处理方案能够控制LSI在2.85 以下而不会结垢，因此该系统浓缩倍数不会受到碳酸钙垢的影响[2]。

2 采用无磷环保处理方案、满足提高浓缩倍数和可持续发展的需要

为满足乙烯厂高浓缩倍数循环水系统节水和环保要求， 其循环冷却水系统采用无磷水处理方案。系统正常运行时的浓缩倍数控制在5~7，所用的主要药剂见表4。其中CBF-94 为以聚环氧琥珀酸为主剂复配的无磷阻垢剂，3DT139为以HSP高应力聚合物为主剂复配的无磷阻垢剂；AZ-201、3DT125为含锌无磷缓蚀剂，3DT125为以苯丙三唑为主剂复配的铜缓蚀剂；MF-216为二氯乙氰尿酸钠，MF-217、7330 为异噻唑啉酮类非氧化性杀菌剂。

无磷缓释阻垢剂与磷系配方相比，不但具有良好的缓蚀阻垢性能，而且经济成本相当，并具有显著的环境效益。下面从三方面分别论述无磷水处理剂优越性。

2.1 无磷水处理方案、具有良好的缓蚀阻垢性能

目前乙烯循环水场选用的无磷配方技术很成熟，均有多年的实际应用案例。无磷配方的好处是防止了超量的磷酸根和钙镁等离子的反应。同时它与其它药剂一起产生协同作用，可形成性能良好的无磷缓蚀阻垢剂。无磷药剂监控现在已经成熟，不存在控制不稳定的问题。无磷药剂的检测目前有第一循环水场采用的荧光示踪剂和第二循环水场采用的聚合物检测两大类方法，都可以解决无磷药剂浓度控制问题[3]。

表4 第一、二循环水场正常运行时系统所用主要药剂

2.2 采用无磷水处理剂、是循环水高浓缩倍数运行，实现节水减排的需要

乙烯厂生产给水中冷却水用量占80％~90％，因此，节水的主要目标是循环冷却水补充水量，应当尽可能地提高水重复利用率，同时减少循环水排污。因此，减少循环水排污量成为节水的关键，而减少排污量的主要措施是提高循环水浓缩倍数[3]。但随着浓缩倍数的提高，有机磷药剂存在水解的问题。在高浓缩倍数情况下，无磷药剂优势明显。（1）循环水浓缩倍数提高后，系统杀菌问题矛盾突出，无磷阻垢剂在菌、藻控制和微生物控制方面比膦系阻垢剂要容易；（2）系统可长期在自然pH条件下运行，避免循环水系统Ca3(PO4)2垢的形成，提高冷换设备的换热效率[4]。

2.3 采用无磷环保水处理方案、是保护环境，满足可持续发展的需要

无磷环保型缓蚀阻垢剂可生物降解，有很好的环保效益，无磷缓蚀阻垢剂不含磷，降低了污水处理难度和费用；由于不含磷，使循环水菌、藻控制难度降低，节约了循环水杀菌剂、粘泥剥离剂的消耗量，满足了保护环境，可持续发展的需要[5]。

3 无磷水处理方案应用情况

3.1 无磷缓释阻垢剂机理

3.1.1 缓蚀机理

缓蚀剂3DT-125

是一种提供良好缓蚀性能的含锌无磷缓蚀剂。3DT125包含的荧光追踪剂，可以实现在线实时监测药剂浓度，是3DTRASAR自动控制和检测方案的主要成份。

缓蚀剂AZ-201

从淀粉中提取的低分子量有机物，无磷非氮含锌无磷缓蚀剂，经过改性处理，应用在水处理方面具有好的缓蚀性，并可与其它水处理剂配伍，耐氧化，可与多种氧化性杀菌剂配合使用。

3.1.2 阻垢机理

分散剂3DT139

是一种以HSP高应力聚合物为主剂复配的无磷阻垢剂，同时它在循环冷却水系统可以有效控制悬浮物，分散系统中铁的氧化物的沉积。3DT139包含的荧光追踪剂，可以实现在线实时监测药剂浓度，是3DTRASAR自动控制和检测方案的主要成份。

分散剂CBF-94

是以PESA 为主剂复配的无磷阻垢剂，是聚环氧琥珀酸与唑类化合物复合而成的分散剂。本产品适用于高浓缩倍数、高硬、高碱的循环冷却水系统。

表5 第一、二循环水场水质数据

3.2 实际应用

无磷缓蚀阻垢剂在实际应用中环境友好，在排放后可以迅速生物降解，对污水场运行影响较小；循环冷却水系统缓释阻垢效果控制良好；实际应用中与异噻唑啉酮类非氧化性杀菌剂、次氯酸钠和二氯乙氰尿酸钠等氧化性杀菌剂有优异的协同效应，提高了循环水处理的综合效果。在目前的补充水条件下，可以使循环水系统浓缩倍数在5~7倍时保持良好的水质控制效果，充分起到节水、减排的作用。

3.3 应用效果

乙烯厂循环水场从2012年9月末清洗预膜后正式投用到2013年5月末停工检修，实际应用过程中循环水各项水质指标均优于GB50050-2007《循环冷却水处理设计规范》要求，达到中石化现场监测指标“很好”的评价级别[6]。应用结果见表5。

4 结论

乙烯厂循环冷却水系统采用绿色无磷缓释阻垢剂，从清洗到预膜全部采用无磷配方进行，循环水在浓缩倍数大于5条件下稳定运行，现场监测结果及循环水水质数据均达到并优于国标规定的要求。沉积速率和腐蚀速率均明显优于石化公司的限定指标。在保证循环水系统安、稳、长、满、优运行的同时还满足了环保排放要求，清洗、预膜期间置换排污水除了初期色度较高需进污水场处理外，后期排水可以直接排放或经过简单处理后回用，减少了环境污染，特别适用于大型循环水场。在系统运行8个月后，检修时打开生产装置的碳钢、不锈钢和铜合金换热器，通过现场观察、采集垢样分析，系统结垢、腐蚀情况控制良好，保证了循环水系统稳定、安全和高效运行，保证了装置的长周期运行和正常生产。

［1］王旭珍，蒙延峰，郭振良，唐清华.冷却水缓蚀阻垢剂的绿色化研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2003（4）：50-54.

［2］刘建中，李大刚，易勇智.高浓缩倍数无磷方案在电厂循环冷却水系统的应用[J].工业水处理，2010，30（12）：92－94.

［3］李胜兵，朱辰瀚，王晓辉.水处理阻垢缓蚀剂的绿色化研究[J].广东化工，2012，（5）：128-129.

［4］朱城临，邱靖.循环冷却水高浓缩倍数运行配方及工业应用研究[J].工业水处理，1999（5）：33-35.

［5］曹立新.低磷.无磷配方的研究和应用[J].工业水处理，2003，23（10）：74－76.

［6］赵荣明，顾海峰，陈志龙. 无磷水处理方案在空分系统的应用[J].冶金动力，2009，131（1）：61-63.

Application of High Concentration Multiple and Non-phosphate Plan in Cooling Water System of Ethylene Plant

，

(PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113008, China)

High concentration multiple and non- phosphate plan was adopted in cooling water system of ethylene plant, concentration multiple was above five times, the cooling water system could run under good situation. Operation indicators and monitoring data were superior to the international and Sinopec requirements. The running results show that, the plan achieves excellent anti-corrosion, anti- scale and microbial control effect, but also has good economic benefit of water saving and environmental effect

Non-phosphate water treatment agent; High concentration multiple;Environmental protection;Water saving and emission reduction

TQ 221.21

A

1671-0460（2014）06-1026-04

2014-04-25

刘伟（1966-），女，辽宁抚顺人，高级工程师，工程硕士，1989年毕业于天津大学环境工程专业，研究方向：从事给排水技术管理工作。E-mail：liuwei3@petrochina.com.cn。