无磷水处理方案在循环冷却水系统的应用

刘 沛，潘新明

（中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州 730060）

循环冷却水处理效果，直接影响炼化企业设备运行周期和稳定性。同时在石化行业工业用水中，循环冷却水用量约占全厂用水的80%。大力推广循环冷却水高浓缩倍数无磷技术，可以节约大量水资源，减少排污，具有很好的经济效益和环保效应[1]。

1 循环冷却水无磷技术应用进展

目前冷却水技术的主要发展趋势在于最小化废水排放，减少水耗及减少或消除含磷化合物的使用。“绿色药剂”的概念已被提出并成为21世纪水处理剂的发展方向，新型的缓蚀阻垢剂要围绕性能、环境和经济三大目标，根据绿色化学原理和观点来设计研究。由于研究成功的绿色阻垢剂和缓蚀剂很少，磷系缓蚀阻垢剂仍然是当今水处理剂的主流[2]。但磷系缓蚀剂易造成水体富营养化，随着人们环境保护意识的增强，许多国家已经开始限制磷的排放，无磷缓蚀阻垢剂是未来水处理剂的发展方向。国家污水综合排放标准（GB8978-2002）对磷酸盐和锌盐的排放具有严格的限制（见表1）。

表1 国家污水综合排放标准

新型无磷阻垢剂具有更优异的阻垢性能，高的钙容忍度；耐氧化性，热稳定性，水解稳定性；适用于高浓缩倍数下，长停留时间运行；聚合物在高剂量下对碳钢有缓蚀效果，与锌盐具有协同缓蚀效应，可以有效抑制碳钢的腐蚀，组成的无磷水处理方案，可很好地应用于工业循环冷却水系统中。目前国内已有一些大型石化行业采用无磷方案的实际应用案例，如南京巴斯夫，BP赛科，中海壳牌，四川石化等[3]。

2 兰州石化循环水系统参数和补水情况

兰州石化公司石化厂为年产30×104t乙烯及配套化工项目，327循环水场主要供乙烯裂解装置冷却，循环量为11 000 m3/h，保有水量约5 000 m3。342循环水场主要供聚乙烯，聚丙烯等化工配套装置冷却。循环量为17 500 m3/h，保有水量约4 500 m3。换热器材质主要为碳钢和少量不锈钢，循环水管道为碳钢。采用黄河水经预处理后作为补充水，水质指标（见表2）。

根据补水的水质，对其碳酸钙结垢和腐蚀趋势进行了计算。在40℃时，补水的朗格列尔指数LSI为1.02，雷诺指数RSI约为6.27。由于补水具有中等钙硬度、总碱度和pH值，故补水具有弱结垢趋势。

随着循环水浓缩倍数的提高，钙硬度、总碱度和pH值逐渐升高，水质逐渐转变为结垢趋势。浓缩倍数达到4倍时，40℃循环水的朗格列尔指数LSI为2.9，RSI为3.3（未加酸），故属于严重结垢性水质。因此正常运行需要加酸控制循环水pH值约8.5，同时需要注意系统内钙镁硅垢。

表2 补充水水质

3 循环冷却水无磷方案

为满足兰州石化的节水和环保要求，在部分循环水场采用无磷水处理方案。正常运行时浓缩倍数控制在4～5倍，所用的主要药剂和作用（见表3）。其中Bulab9420为复配含有示踪剂的无磷聚合物阻垢剂；Bulab9050为含锌无磷缓蚀剂；Bulab8012为DMAD系列有机分散剂；Bulab6158为异噻唑啉酮类复配非氧化性杀菌剂；Bulab6042为DBNPA类非氧化性杀菌剂。

4 循环冷却水系统运行情况

由于黄河水高浓缩倍数下属于严重结垢性水质，为有效防止运行期间的腐蚀，在正常运行时控制浓缩倍数4～5倍，加硫酸控制循环水pH在8.0～8.5。从2016年12月起开始采用无磷方案运行，水质运行参数（见表4和表5）。

由表4和表5可见，正常运行时循环水浓缩倍数稳定运行约4倍，具有很好的经济效益和社会效应。

5 水处理效果评价

5.1 腐蚀控制

每月对碳钢挂片的腐蚀率进行了监测，数据曲线（见图1）。碳钢腐蚀率一直保持小于0.075 mm/a。循环水中铁离子小于1.0 mg/L。同时检修期间打开换热器检查，未见明显腐蚀痕迹，说明系统腐蚀得到了很好地控制。

5.2 结垢控制

每月监测换热器对碳钢试管的粘附速率进行了监测，监测结果（见图2）。碳钢试管粘附速率始终保持＜5 mcm，说明系统内结垢控制达到了优异的水平。

5.3 微生物控制

每月对循环水中的异氧菌数进行了监测，平均数据结果（见图3）。异氧菌数除327系统除5月因有微量介质泄漏稍高外，其他均小于正常值，达到很好的水平。循环水场的水池周围立柱非常清洁，说明系统内微生物控制良好。

表3 正常运行主要药剂

表4 327水场循环水系统水质数据

表5 342水场循环水系统水质数据

图1 循环水碳钢腐蚀速率曲线

图2 循环水粘附速率曲线

图3 异氧菌数月平均数据

6 结论

无磷水处理方案在石油化工厂的327、342循环水场运行8个月以上，达到了理想的防腐蚀、阻垢和微生物控制效果，有效实施节水减排，综合水处理成本低，良好的缓蚀阻垢处理为设备稳定长周期运行保驾护航，由此带来的提高产品收益和节约设备维护费用也相当可观，具有很好的经济和环保效应。