循环水系统运行分析及处理措施

窦宏剑

（灵石中煤化工有限责任公司，山西灵石031300）

我公司在灵石中煤焦化循环经济工业园利用中煤九鑫焦化公司生产焦炭的剩余焦炉煤气建设年产180 kt合成氨、300 kt尿素项目。循环水系统主要供压缩、联合净化、氨合成、空分等装置的设备使用。循环水水质一旦出现异常波动且无法在线处理，会导致全厂停工检修的严重后果。通过近年来的实践和摸索，我们总结了一些控制措施，循环水系统运行状态良好。

1 循环水运行现状及存在问题

由于冷却水不断循环使用，水温升高、蒸发、流速变化、各种无机离子（如Ca2+、Cl-等）和有机物质的浓缩，使得循环水中悬浮物和溶解固体相应增加。空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热设备物料（氨、MEDA溶液等）泄漏，均进入循环冷却水，使换热设备结垢、腐蚀，降低了传热效率，甚至使多台设备管道腐蚀穿孔，造成生产系统被迫停工检修。

1.1 扬尘大环境恶劣

我公司循环水系统（敞开式）距离中煤九鑫公司的煤场不足50m，冷却塔北边不足15m处为中煤九鑫公司的主运输煤道，空气中含有大量粉尘。循环冷却水反复与大量工业空气接触，洗涤下大量工业粉尘最后被带入循环水中，使水中悬浮物含量增高，这些悬浮物会因流速改变而沉积在换热设备和管道中，影响热交换效果。

1.2 微生物的滋生与污垢

微生物既能促进循环冷却水系统中污垢沉淀，又能引起腐蚀，导致水冷器腐蚀穿孔。我公司起初使用的是无磷缓蚀阻垢剂，菌藻粘泥导致大量繁殖。这些物质沉积在换热设备和管道的表面，降低了换热效率，同时微生物腐蚀也给系统带来严重危害；另外，菌藻粘泥附着于设备表面后，影响了缓蚀阻垢剂在设备表面形成保护膜。大量滋生的细菌和藻类会大大增加杀菌灭藻剂的使用量和水处理费用。

在循环水系统中，盐类的浓度随蒸发浓缩而增加。当其浓度呈过饱和状态时，会以水垢形态析出沉积在水冷器表面，其导热性能降低至≤1.24W/（m.K）（钢材一般为45W/（m.K））。严重时换热设备阻力使堵塞增加，水泵和冷却塔效率下降、能耗增加、局部腐蚀，甚至导致被迫停产。

1.3 管线堵塞

由于循环水冷却塔填料老化，碎片进入水体中，使换热器、管道堵塞，从而降低了换热器的冷却效果。

1.4 旁滤处理效率低，水质波动大

1.5 工艺设备泄漏，水质污染严重

由于冷却系统中各换热器等设备长周期运行，已导致多次工艺介质（氨、MEDA溶液等）外泄。当有氨氮泄漏时，由于NH4+的存在，会发生硝化和反硝化反应。亚硝酸菌将水中的NH3-N转化为NO2-，而硝酸菌将NO2-转化为 NO3-。将1mg的NH3-N转化为NO3-需4.57mg氧，同时消耗约7.14mg重碳酸盐碱度(以CaCO3计)。因此，硝化反应会导致水中碱度迅速降低，当碱度不足会导致pH下降，进而腐蚀管道、设备。氨的进入使得硝化菌、亚硝化菌等迅速繁殖，从而带来一系列的危害，如浊度升高、粘泥量增加、堵塞喷头和填料、设备局部腐蚀，影响生产安全，导致经济损失。循环水水质分析结果见表1。

2 循环水系统技改措施

2.1 水处理设施改造

（1）消除管道堵塞源。在循环水池内出水管道口处安装不锈钢筛网；另外，在日常管理上及时清除池面塑料袋、昆虫尸体等杂物，从而降低杂物堵管的可能。

（2）更换部分冷却塔填料及喷头。为增强冷却效果，2014年全厂检修时，对冷却塔内部分破损、变形的填料（PVC折板波纹型）进行更换，同时更换冷却塔内堵塞喷头，改造塔内配水渠的喷淋管线，使冷却塔水流分布均匀、阻力降低。

表1 2013年泄漏前后循环水分析数据（mg/L）

表2 2014年合成循环水分析数据

（3）粘泥清理。循环水系统长周期运行，冷却塔水池底部积累了大量的淤泥。2014年全厂检修时，彻底清理了池底淤泥，对循环水系统设备、管线进行清洗，微生物生长得到了有效控制。

（4）加强旁滤装置处理效果。为保证循环水中悬浮物浓度小于20mg/L，系统增置旁滤装置，将循环水总量的3%～5%进行过滤。由循环水出口给水管道至过滤器接一根管道进行旁滤，过滤后的旁滤水直接进入循环水水池，保证系统循环水质的长周期稳定运行。

2.2 清洗预膜

针对循环水系统垢下腐蚀严重及粘泥生长过快的情况，2014年元月对系统进行了不停车化学清洗，采取大量排污置换，清洗后进行36 h预膜。2014年底循环水挂片检测腐蚀结果：2007号碳钢挂片腐蚀率0.005mm/a，国标0.075mm/a；2001号不锈钢挂片腐蚀率0mm/a，国标0.005mm/a。

2.3 选择优质药剂，及时调整配方

循环水系统试用全有机膦复合配方，生物粘泥、冷却设备结垢、腐蚀现象得到明显改善。同时，为防止水中异养菌升高，先后对杀菌剂配方多次调整更换，季胺盐类非氧化性杀生剂与氧化性杀生剂交替使用，达到了很好的杀菌效果，异养菌数量最高为1.0×105个／mL，最低为0.3×105个／mL。

2.4 消除泄漏，杜绝污染

由于泄漏，联合净化、压缩、氨合成的工艺介质（NH3、H2S、CO2、H2）及油污进入循环冷却水，为细菌生长提供大量生物粘泥，导致水质恶化。为防止工艺介质泄漏，我们定时对循环冷却水总碱度、pH、氨氮等项目进行分析，及时了解各换热设备是否有泄漏情况，确保工艺介质不进入循环冷却水中。

2.5 漏氨情况下的循环水控制措施

（1）循环水系统漏氨时，首先应根据具体情况，尽可能切断氨源或减少进入循环水系统的氨量，以减少氨对系统造成的危害。

（2）加强微生物的日常监测，注意系统中NH4+、碱度、NO2-、NO3-的变化情况，发现异常时及时调整药剂配方，防止水质恶化造成水处理费用大幅增加。

（3）氨漏入时，为更好控制循环水中微生物繁殖，应交替使用氧化性和非氧化性杀菌剂。漏氨时建议采用非氧化性杀菌剂，其杀菌效果明显优于氧化性杀菌剂。

（4）漏氨后水质严重恶化，为减少粘泥在循环水中的浓度，应增加排污、补充水量置换循环水系统，从而降低对水冷设备的危害，维持低浓缩倍数（2.3～2.8）下操作。加大旁滤器处理量，增加旁滤器反冲洗频次。

（5）开备用泵，循环水加大流速,降低温度，可减少微生物的生长和沉积。添加剥离剂控制微生物沉积,促使粘泥变得疏松,失去粘性,使其难以在循环水中沉积。

3 结论

经过一系列整改，循环冷却水水质明显改善（见表2）。目前系统运行稳定，水质达到国家腐蚀率标准（碳钢≤0.075mm/a）及Ⅱ级水浊度要求（≤20mg/L）。浓缩倍数控制在2～4，很大程度降低了设备、管道的腐蚀率和药剂消耗，提高了生产系统运行周期和能力，从而达到经济运行的效果。□