循环水系统运行分析和解决措施

国　龙

(中国石油长庆石化分公司，陕西　咸阳　712000)



生产技术

循环水系统运行分析和解决措施

国龙

(中国石油长庆石化分公司，陕西咸阳712000)

循环冷却水在使用之后，溶解固体和悬浮物相应增加，空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄漏等，均可以进入循环冷却水，使系统中的设备和管道腐蚀、结垢，造成换热器传热效率降低，甚至导致设备管道腐蚀穿孔。文章汇总了长庆石化公司南厂区循环水系统运行过程中存在的问题，并对这些问题进行分析总结，提出针对性的解决措施，保证循环水系统的长周期运行。

循环水系统；分析总结；解决措施

循环水作为工业生产中的冷却用水，对装置的平稳运行起着极为关键的作用。如何在保证水质、水量的前提下使水不断的进行循环，如何降低循环过程中在系统产生腐蚀、结垢、微生物黏泥的几率，确保装置和设备的长周期运行，成为迫切需要解决的问题。

长庆石化公司南厂区循环水系统，采用敞开式循环冷却系统，集水池存量800 m3，系统存量1000 m3，设计流量900 m3/h的循环水泵2台。主要向硫磺回收联合装置、污水处理装置臭氧氧化加后生化单元、液化气站螺杆压缩机等提供冷却水。三套装置共用一套循环水系统，一旦运行过程中出现上述问题，将直接影响三个岗位的正常生产，存在一定的安全和环保隐患。本文就此展开探讨，分析问题产生的原因，提出针对性的解决措施，保证循环水系统的长周期运行。

1　现阶段环水系统问题汇总

1.1物料泄漏

2015年6月初，循环水水质出现浑浊现象，且水中伴有难闻的气味，化验室取样分析，循环水pH较正常范围(7.8～9.2)偏低。立刻对装置内所有循环水换热器进行排查，发现E3502酸性气冷却器存在泄漏，立刻将其切出。为防止水循环对其它换热器的间接腐蚀，对系统进行排污置换，并加碱处理，控制pH。跟踪取样，发现pH逐渐恢复正常，6月中旬，水质再次出现浑浊。检查发现E3506氨气二级冷却器、E3604酸性气冷却器存在不同程度的内漏。(泄漏的E3502和E6304见图1)由于两台换热器均没有副线流程，无法正常切出。在风险评估和制定了应急操作卡后，关闭E3506换热器循环热水进循环水总线阀门(并加盲板隔离)，循环热水通过皮带引入消防井内，并通过消防水稀释、冲洗，排放至污水管网。硫化氢微溶于水，若通过此方法处理，风险较大，紧急情况下，只好投用2014年新建的50 t/h溶剂再生装置。暂时停用目前运行的老溶剂再生装置，待检修维护后，留作备用。

硫化氢泄漏进入循环水系统，最初阶段表现为pH、碱度上升，但泄漏一段时间后，水中的硫细菌将循环水中的硫化物转化为硫酸，反应如下：

循环水的碱度、pH均会明显下降。

氨气泄漏进入循环水系统，以NH3为营养物质的硝化细菌加速繁殖，发生硝化反应。

亚硝酸细菌将氨或铵盐氧化成亚硝酸：

在碱性条件下发生发应：

硝酸细菌将亚硝酸氧化成硝酸：

亚硝酸根离子为还原性物质，在通卤杀菌时，只有将亚硝酸根离子全部氧化为硝酸根离子之后，才有余卤出现，否则水中不会存有余卤，因而也就不能控制微生物。进而出现氧化性杀菌剂消耗高、化学耗氧量增大、浊度上升、系统粘泥量增加等问题[1]。

危害：

(1) 硫化氢和氨气的泄漏，最终导致循环水水质偏酸性，在系统循环作用下，腐蚀其它冷换设备；

(2) 产生大量的生物粘泥，导致浊度升高。当形成的生物粘泥附着在设备上，在各类微生物共同作用下，加速了冷换设备的腐蚀。介质因设备腐蚀而泄漏，泄漏的介质又加剧了设备的腐蚀，形成恶性循环，大大降低了冷换设备的运行周期，成为装置长周期运行的潜在隐患；

(3) 冷却器内漏严重情况下，将导致大量恶臭介质泄漏至循环水系统，进入冷却塔通过风道扩散至大气，将对周边大气环境造成一定的污染。

图1　腐蚀泄漏的E3502和E3604

1.2偏流

均匀的布水有利于冷却塔保持良好的冷却效果，使循环水系统维持良性运转状态。而在近期运行过程中，冷却塔填料破损、坍塌，导致冷却水出现严重的偏流现象。(见图2)。偏流一定程度上影响了循环水的冷却效果，也为细菌及藻类的滋生提供了有利条件。同时由于水流的不均导致冷却塔入口流速不均，在流速过慢的位置容易结垢，产生的微生物粘泥也不容易被冲刷至集水池，长期运行下去便会产生垢下腐蚀，进而引发恶性循环[2]。

图2　冷却塔填料破损，布水出现偏流

1.3循环水水量不足

伴随公司的发展，部分装置设施都进行了相应的扩建和技术改造，循环水需求量较之前大幅增加。夏季气温较高，在水量和水温双重因素影响下，现有循环水水量已无法满足一些冷换设备的设计要求，存在一定的安全隐患。特别是在今年7月份，冷却塔风机减速箱故障，风机无法正常运行，导致循环水温度偏高，对各装置造成了严重的负面影响：

(1) 4000 t硫磺回收装置，急冷水冷却不足，过程气温度偏高，进入吸收塔后不利于吸收，导致外排二氧化硫偏高。若过程气温度进一步升高，将直接导致尾气加氢系统自保，外排二氧化硫超标；

(2) 外供贫液温度偏高，不能满足上游装置需求。其次，降低了尾气吸收塔吸收效果，造成外排二氧化硫偏高；

(3) 酸性气、氨气，无法得到相应的冷却，携水进入主燃烧炉、氨气炉，造成炉温波动，(酸性气带水)影响硫磺收率和质量，甚至引发装置自保；

(4) 污水处理装置外排水优化系统，臭氧机温度偏高，存在跳停风险。一旦跳停，容易造成外排水水质超标；

(5) 液化气站回收气压缩机润滑油温度升高，存在跳停风险。一旦跳停，大量气体直排火炬，将产生大量黑烟和废气，对环境影响较大。且造成大量可回收气的浪费。

1.4系统自控程度低

(1) 循环水水温随季节变化较大，以往冬季运行过程中，气温低时启风机容易造成冷却水结冰。为防止冷却塔填料被冰柱坠塌损坏，只能采取关停风机的措施。但风机关停后水温上升较大，不能满足一些设备的冷却要求；

(2) 现有循环水系统，水质分析受取样时间、地点、水温、频次等因素影响，不能直接有效的反应水质变化情况。且加药模式为手动加药，受员工技术水平和加药位置等因素影响，药剂不能更好的发挥作用。其次，冬季气温较低时，药剂容易冷冻结块，往往不能按要求及时投加。这些因素都将影响水质稳定，不利于系统的平稳运行；

(3) 集水池中的悬浮物和底部污泥，仅仅依靠排污来解决，操作性不强，且每次排污都会造成大量循环水的浪费；

(4) 硫磺、污水、液化气站三个岗位共同使用一套循环水系统，一旦出现介质泄漏，将造成整个系统受到污染，不利于各个装置的平稳运行，甚至引发环境污染问题。

2　解决措施

2.1提高冷换设备运行周期

(1) 建议更换涉及恶臭介质的循环水冷却器管束为不锈钢材质，降低腐蚀内漏的几率；

(2) 泄漏管束封堵、管束回装、打压测试等，各个环节都要认真检查、确认，严把施工质量。

2.2冷却器增加副线流程

建议对其它涉及恶臭介质的循环水冷却器进行改造，增加副线流程。改造的工艺管线、阀门最好采用耐腐蚀材质，保证出现泄漏时，切出的安全性。改造后，当发现换热器出现泄漏时，便于及时切出处理，避免停工更换导致的装置波动。

2.3更换冷却塔的填料、喷头和收水器

冷却塔填料、分布器老化破损，冷却水偏流较为严重，冷却效率大大降低。收水器收水效率也不高，造成大量水蒸气挥发，增加了系统补水量。建议在检修过程中更换新的填料层、分布器和收水器，提高冷却塔的冷却效率。同时，减少循环水挥发量，达到节能降耗的目的。

2.4增加循环水水质分析仪

目前的取样手段和分析方法不能及时有效的反应循环水水质变化情况。建议增加循环水水质分析仪，并将数据接入DCS系统，便于监测水质变化情况，指导药剂添加。

2.5优化排污系统，增加旁滤过滤器

集水池需定期进行排污，排污分两处进行：一是集水池底部排污，排除池底沉积物；二是提高集水池液位，通过溢流的方式清除水面上的悬浮物和杂质等。

池底排污，死角污垢不易排出，且水量浪费较大。建议池底面做成一定角度的倾斜面，高处为循环水泵进口，低处为排污口。一是有利于底部污垢的排出，减少死角堆积；二是，更好的杜绝污垢进入循环水泵。

通过溢流来排污，操作性不强，循环水浪费也很大。建议增加旁滤过滤器，从循环水系统中分流出一定量的旁流水进行过滤处理，通过过滤器的连续运行，不断地除去水中的悬浮物。此方法降低了循环水的排污量，其反洗水可直接利用冷却塔的过滤水，达到水的重复利用[3]。

2.6冷却塔风机变频改造

对冷却塔风机进行变频改造，避免冬季启停风机造成冷却水结冰对塔体、填料等构件的损坏以及冷却水水温偏高造成的生产波动。

2.7冷却塔扩容、优化

现有冷却塔仅占有集水池面积的1/2，可在原有基础上增建一座2000 m3冷却塔，与现有冷却塔互为备用，并联运行，便于事故状态下切换操作。同时增加循环水泵数量，与现有循环水供水系统并联运行，可单独向三个岗位供水，降低污染风险，提高系统抗风险能力。

2.8优化加药设施

现在的加药效果较以前有了很大的提高，但加药方式仍然是人工投加。人工投加不可避免的造成加药量的失误和药剂的浪费。而且选择投加的地点是集水池边，这样就会使局部药剂浓度偏大，药剂循环起来也需要更长的时间。建议增加一套自动加药系统，根据水质需求配好药品和药量，然后由计量泵打入集水池的中间部位，实现药剂和药量的精确投加。这样不仅可以节约药量，也能提高药剂的使用效果。

目前药剂存放地点简陋，夏季受阳光暴晒，存在高温分解的可能。冬季，特别是气温较低时，药剂溶剂受冻结块，不利于及时添加甚至无法添加。建议增建药品存放间。

2.9提高管控能力

(1) 之前由于员工循环水相关知识缺乏，思想重视程度不足，不利于循环水系统的运行管理。为此部门精心组织员工对循环水相关知识进行重复学习，提高员工的思想意识和知识水平；

(2) 日常巡检加强冷各换设备的排查频次，发现有介质泄漏时，要及时汇报处理，确保循环水水质安全。

3　结　论

解决好循环水的问题，不仅是节能减排的需要，更是装置长周期运行的保障，特别是面对新常态下日趋严格的环保压力，需要引起我们足够的重视。

(1) 控制微生物的生长，是循环水处理的关键，否则一旦形成微生物黏泥，将很难从系统中排出，其产生的危害极其严重；

(2) 加强培训，提高操作人员分析判断能力。加大冷换设备的排查频次，发现泄漏及时处理。同时做好事故预警，完善紧急处置预案；

(3) 通过一系列的改造，提高循环水系统的抗风险能力，保证循环水系统的长周期运行；

(4) 冷却塔塔体及附属填料、分水器、喷头、收水器等相关部件，受当地自然环境、水质和循环水自身冲刷、腐蚀等不可避免因素影响较大，这就要求新建塔器要充分考虑设备选材，保证冷却塔自身的长周期运行。

[1]王鹏,王彩凤，吉祥，等.NH3泄漏对循环水系统的危害及处理措施[J].广东化工,2011,38(10):76-78.

[2]赵杉林.工业循环冷却水处理技术[M].北京:中国石化出版社,2014:40-41.

[3]齐冬子.敞开式循环冷却水系统的化学处理[M].北京:化学工业出版社,2005:33-36.

Operation Analysis and Solutions of Circulating Water System

GUO Long

(PetroChina Changqing Petrochemical Company, Shannxi Xianyang 712000, China)

In the use of cooling water,dissolved solids and the suspension of a correspo-nding increase in air pollutants such asdust, debris,gas and heat exchanger soluble m-aterials such as leakage,can enter the cycle of cooling water, cooling water system of equipment and pipeline corrosion, scaling, resulting in heat exchanger efficiency, even the equipment pipeline corrosion perforation. The essay the problems existing in the operaion of the circulating water system of the southern factory mill plant of the Changqing Petrochemical Company were summarized and analyzed, and the solutions were proposed, so as to ensure a long perior operation of the circulating water system.

circulating water system; analysis and summary; solution

国龙(1987-)，男，学士，助理工程师。

TE991.1

A

1001-9677(2016)014-0162-03