大型敞开式循环冷却水系统设计及运行研究

2014-08-30

河南化工 2014年1期

关键词：滤料浊度杀菌剂

(河南能源集团龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

大型敞开式循环冷却水系统设计及运行研究

赵小磊

(河南能源集团龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

主要对循环水系统中关键的过滤器设置及选择，系统泄漏排查及处理，杀菌系统选择等进行研究讨论。

敞开式循环水系统；设计；运行；研究

大型敞开式循环水系统运行过程中，通常由于换热器泄漏、过滤系统故障、药剂投加管理不善等原因，导致循环水水质恶化，最终导致循环水系统管道及换热器腐蚀，结垢加重，加重泄漏，甚至导致化工企业的安全事故。循环水系统是化工企业的血液，管理好循环水系统，是保证化工企业安全稳定运行的基础。做好循环水系统的稳定运行工作，需要从设计到运行管理关注一些关键点，从硬件到软件均做好工作才能从根本上解决循环水系统运行过程中出现的问题。本文着重从大型敞开式循环水系统设计时排污，补水口位置安装，过滤器的选择及换热器设置，运行过程中系统杀菌管理等方面做进一步实际运行研究总结。

河南龙宇煤化工有限公司是一家年产50万t甲醇、20万t二甲醚项目的大型煤化工企业，与之相配套的循环冷却水系统循环水量为47 500 m3/h，系统保有水量为17 000 m3，采用敞开式机械通风冷却塔。循环水系统冷却的工艺介质主要有：氨、甲醇、二甲醚、合成煤气、各种润滑油等。由于设计及运行管理等问题，在循环水系统运行的7年来，遇到各种困难和问题，其中有因为设计缺陷导致的运行问题，有由于换热器泄漏导致的水质问题。在此，对循环水系统运行中的问题进行一一总结研究，为后续建设运行的循环水装置提供参考。

1 大型循环水系统设计需考虑的几点问题

1.1循环水旁滤的选择

大型化工装置配套敞开式循环冷却水系统建议采用带气擦洗功能的砂滤过滤器，不宜采用纤维束滤元或不带气擦洗的过滤器。推荐使用多介质过滤器或V型滤池。

由于大型化工装置换热介质种类较多，成分复杂，一旦发生泄漏，往往会导致系统浊度升高，黏泥量增加，由于有机污染物往往有较强的黏性，附着性较强，纤维束滤料污染板结，导致反洗效果较差，纤维束过滤器过滤流量下降明显。而不带气体擦洗的石英砂过滤器同样会由于反洗不彻底，导致滤料污染逐步加深最终板结，随后反洗时水帽正上方的滤料会由于局部流速高，滤料流失，形成短流区，导致完全失去过滤效果。

公司最初设计使用的过滤器为纤维束过滤器，过滤量200 m3/台，设置10台。最初运行，由于换热器均是新设备，不存在泄漏问题，运行状态良好，循环水系统浊度维持在4 NTU左右，由于使用矿井涌水，浓缩倍数选择2±0.1。在运行2年后，系统换热器出现泄漏，系统浊度直线升高至40 NTU左右，纤维束滤料板结严重，10台过滤器总处理量从2 000 m3/h降低至300 m3/h。经过个别更换滤料试验发现，新更换的滤料，使用7天后，反洗就出现罗茨风机风压升高，滤料再次板结的情况。

2011年7月，循环水系统增加24台浅层砂过滤器，石英砂滤料填装高度为40 cm，单台过滤流量37.5 m3/h，填装滤料为粒径1～2 mm的石英砂滤料。反洗仅通过产水背压水力反冲洗，反洗形式单一，反洗强度控制难度较大。但是冬季使用效果较好，夏季由于换热器泄漏甲醇，生产白色絮状，胶体类物质，导致砂滤反洗效果较差，需要不定期进行人工滤料疏松。最终经过试验论证，絮状物主要成分为甲醇和纤维素生成的甲基纤维素。浅层砂过滤器由于只进行水力反洗，未配备气体擦洗装置，导致在发生有机物污染时，滤料附着物较多，无法有效去除，最终导致滤料板结。并且由于过滤器反洗局部流速高，导致水帽上方位置滤料流失严重形成短流区，浅层砂失去过滤效果。

2013年6月，公司将一台纤维束过滤器更改为多介质过滤器，使用原有罗茨风机为擦洗气源。多介质过滤器主要由本体、滤帽、布水器、滤料、气水反冲洗装置等组成。多介质过滤器主要依靠滤料的机械过滤作用滤除水中的细小颗粒、悬浮物、胶体及少量有机物等杂质。多介质过滤器的运行状态有过滤、水反洗、气擦洗、气水反冲洗4种，水反洗、气擦洗、气水反冲洗均为恢复滤料过滤作用的反洗手段，只是反洗强度有大有小。该厂所采用多介质过滤器的滤料种类和规格见表1。

陆地森林里死去或倒下的树木通过风雨侵蚀或洪水进入暴涨的河流和溪流中，流向海洋，伐木业通过河流运输的原木筏子中也会有一些木材脱离运输队伍最终进入茫茫大海。从溪流到河口，再到深海，这些被称为漂流木或浮木的树木残骸，是海洋生物食物和栖息地的重要来源，对连接森林和海洋的食物网做出了巨大贡献。

表1 多介质过滤器的滤料分布

7号旁滤改造为多介质过滤器后产水浊度数据如表2所示。经过试验使用，可以看出多介质过滤器不仅过滤效果良好，应对各类污染物均有良好效果，只需适当调整气体擦洗时长就能适应各类污染情况，并且产水量及水质在反洗后恢复良好。

表2 7号旁滤改造为多介质过滤器后产水浊度数据

根据实际使用效果观察，由于循环水系统容易产生各类介质泄漏情况，水质复杂，对过滤系统的自清洗能力要求较高，所以带气擦洗功能的砂滤过滤器是最佳选择。

1.2系统重要换热器设置

系统重要换热器宜采用双联可切换设置，并在进出水管路设置清洗对接阀和法兰，便于在必要时对个别换热器进行拆开检查、检修堵漏或离线独立化学清洗。

1.3循环水池排污设置

循环水池排污设置很重要，在设计之初就需要考虑将排污口和补水管分开，避免位置过于接近导致补水利用率降低。另外排污口要设置在池底最低点位置，整个循环水池池底要保持一定的倾斜度，便于每次停车时快速方便地将池底及池壁积泥进行冲洗清理，排出池外。

循环水池设置溢流口时，考虑到系统会发生润滑油泄漏或杀菌加药剂产生较多泡沫时需要进行表面排污的情况，建议在设计溢流口时，将水平溢流堰板应用与循环水池，保证溢流堰板有足够的长度，就可以在发生油泄漏、循环水池有大量泡沫和浮泥时，通过提高水池液位进行表面溢流的方式快速有效的将表面污染物排出池外，在完成水池溢流作用的同时担负表面排污作用。

2 工艺运行研究

2.1杀菌剂的选择及应用

循环水系统杀菌可配备成套的二氧化氯发生装置和冲击式药剂投加系统，日常使用二氧化氯进行杀菌，可间隔一定的时间批量投加非氧化性杀菌剂(以异噻唑啉酮为主要成分)或卤素类杀菌剂(DBNPN溴类杀菌剂)，提高杀菌效果并防止长期使用氧化性杀菌剂导致菌藻产生抗药性。但是根据季节不同，可以调整投加频次，通过多年运行摸索，以下投加周期完全可以实现在无泄漏或微量泄漏情况下控制循环水的菌藻生长情况。

冬春季节11月至次年4月，每周投加1次二氧化氯，每次开车实现余氯在0.5～1 mg/L并保持4 h。1个月冲击投加1次其它类型杀菌剂，以非氧化杀菌剂为主，投加浓度提高到100×10-6～200×10-6，保证冲击投加效果。

夏秋季节5月至10月，每间隔三天投加1次二氧化氯，每次开车实现余氯在0.5～1 mg/L并保持4 h。1个月冲击投加2次其它类型杀菌剂，以非氧化杀菌剂和氧化性杀菌剂交替投加为宜，投加浓度建议提高到100×10-6～200×10-6，保证冲击投加效果。

2.2低含量甲醇泄漏导致系统产生甲基纤维素的判断和应对措施

情况判断：由于系统换热器出现甲醇泄漏情况时，甲醇会和菌藻分泌及死亡后细胞壁破损释放的纤维素合成甲基纤维素，该物质在循环水中呈絮状胶体形态，直接导致系统悬浮物升高，在严重时会附着在末端低流速管道、换热器内部，循环水池壁之上，形成致密的弹性乳白色半透明薄膜，严重影响系统的安全稳定运行。

甲基纤维素污染出现判断方法：①系统存在甲醇换热器并检测到泄漏情况；②循环水中悬浮物升高，明显存在胶体状物质，过滤系统反洗出水取样明显有较多的絮状物，破碎的悬浮物很快会积聚沉淀；③循环水周期性的浊度波动，约5 d出现一次浊度突然升高，其它时间浊度较低，但是浊度低时，换热器明显出现换热效果降低；④水池内壁出现明显的黏附物；⑤通过对悬浮物取样和甲基纤维素进行色谱分析，对比样品曲线做定性分析。应对措施：①加强对过滤系统的反洗，保证系统过滤量稳定；②对泄漏换热器进行隔离检修，如果无法隔离，可以增加换热器的排污，降低该换热器的回水流量；③在换热器温度升高明显时，使用氧化性杀菌剂，增加甲基纤维素的氧化速度，能够有效剥离在换热器管道中黏附的物质，在浊度升高时进行大量快速排污置换。防止其再次成膜；④对可切换换热器可以停运后，拆开封头，直接使用高压水枪进行冲洗，效果最好；⑤对换热器进行在线清洗，使用冲击气流对甲基纤维素成膜有良好的控制效果；⑥对设置有胶球清洗的换热器可以进行胶球清洗，但是要注意控制好流速，防止污染物过多，导致胶球堵塞在换热器管路系统，影响换热效果。

2.3循环水补充水采用更好的水质有利于水的节约和腐蚀的控制

根据龙宇煤化工的实际运行使用，可以看见，通过提高循环水水质不仅能够实现水的节约，而且还可以有效控制系统的腐蚀，降低由于换热器泄漏导致的化工系统停车风险，从而大大降低的开停车期间的资源浪费。

2012年10月以前，煤化工使用的循环水补充水为仅仅经过单纯的絮凝、沉淀和过滤以后的矿井涌水，水矿化度高，电导率高达4 340 μS/cm，Cl-浓度达到257.26 mg/L，浓缩倍数控制为2±0.1。

2012年10月后，煤化工变更循环水补充水水质，使用脱盐水和石灰软化处理后的原水按照1∶3比例进行补充，浓缩倍数控制在3～4倍。

选取气温最高的2012年7月份和2013年7月份数据进行比较消耗数据对比见表3。

根据表3可以直观看出，调整水质后，不仅系统腐蚀率有所下降，而且综合水耗降低明显，各项辅材消耗均有明显降低。循环水系统运行更加经济，换热器无泄漏运行周期更长，更安全。然而，也有数据表明，完全采用脱盐水作为敞开式循环冷却水，会导致腐蚀的增加，所以不建议完全使用除盐水。