组合药剂在硫酸装置循环水系统的应用

黄文勇

（云南磷化集团有限公司，云南 晋宁 650600）

0 引言

云南磷化集团有限公司（以下简称公司）80万t/a 硫黄制硫酸装置循环水系统设计循环水量4 000 m3/h，实际循环水量2 500 ～3 000 m3/h。该装置循环水系统主要将循环水供给干吸工序、低温位工序、透平机组、开车风机、中压发电机组、低压发电机组、尾吸脱硫工序。因该装置循环水系统关联的工序、设备、接触介质较多，重点涉及油系统油温调控、动力设备轴承温度控制、硫酸温度控制，直接关系到装置“安、稳、长、满、优”运行，故自2014 年化工投料试车以来，公司一直采用加入药剂的方式调控水质，通过降低设备腐蚀和结垢提升设备运行率。

加入缓蚀剂、阻垢剂、杀菌剂、灭藻剂等可以有效稳定水质、降低设备腐蚀和结垢，从而延长设备寿命、节能降耗［1］。从减排、缓蚀阻垢、稳定水质、降低成本出发，公司和云南绍勋科技有限公司（以下简称绍勋科技）建立了合作关系，共同对循环水系统的水质进行管控。

1 主要仪器和药剂

仪器：浊度快速测定仪；pH 计；电导仪；温度计；721分光光度计；光电分析天平；原子吸收分光光度计；0.9 m3米顿罗计量加药装置；防酸工作服；电源控制系统；取样器等。

药剂：缓蚀阻垢剂；非氧化性杀菌剂；铜缓蚀剂。

2 项目实施目的

1） 控制藻类滋生 项目冷却塔系统吸水池为露天设置，在阳光直射条件下滋生大量藻类。加之补水取水源为滇池水，原本就携带大量成核蓝藻，补充至系统，导致系统藻类疯长。交替投加非氧化性杀菌剂有利于控制藻类滋生，提高换热效率和防止点蚀［2］。

2） 保护铜制设备 系统风机冷却换热设备为铜制设备，必须投加铜缓蚀剂，保护设备［3］。

3） 提高浓缩倍率 在保障阻垢性能的前提下，提高循环水的浓缩倍数，有利于企业减少新鲜水用量，降低排污量，同时高浓缩倍率有利于设备缓蚀。

4） 减少药剂投加量 减少药剂投加量，有利于企业再生水利用和保护环境。

5） 降本增效 引进更加适宜冷却循环水的控制技术，为企业实现降本增效。

3 项目的制定

根据循环水系统运行过程中面临的一般问题，由于Ca2+、 HCO3-、SO42-、Mg2+、SiO32-等离子，以及悬浮物、有机物、油脂等物质在水中的溶解度受温度、流速、pH 等因素影响［4］，在高温和低流速地方沉积，引发结垢和沉积问题。水中含有微生物（可分为细菌、真菌及藻类），微生物生存能力强，散布在自然界各角落，而冷却水的温度、pH 均适合微生物繁衍，若不加控制微生物不断繁殖，会在换热器管内产生黏泥污垢，引发微生物问题。以上问题会引起传热效率降低、非计划性停车、设备使用寿命缩短、设备腐蚀堵塞、管线压差增大、清洗费用增加等后果。

根据以上分析，统计了2017—2020 年循环水补水指标，见表1。

表1 循环水补水指标

从表1可以看出，2017—2020年循环水补水水质较为稳定，在循环水药剂厂家发生变更时，可以不考虑循环水补水水质的影响。

根据表1数据、排水量、循环水量等参数、指标，采用绍勋科技的碱性水处理配方，将循环水pH 控制在8.5～9.0、浓缩倍数5 倍以上，达到减排、缓蚀阻垢目的［5］；同时为防止微生物大量繁殖和耐药，采用高效、广谱的非氧化性杀菌剂SXKJ-401 和SXKJ-712 交替投加，制定了循环水系统组合药剂加入方案［6］（见表2）。

表2 循环水组合药剂加入方案

4 项目的实施过程

由于循环水系统瞬时加药量较小，缓蚀阻垢剂采用往复式活塞计量泵连续加入，非氧化性杀菌剂则采用每周人工投入方式实施。在运行9 个月时，统计使用绍勋科技药剂前后循环水水质指标，并对各项指标进行分析，具体见表3。

表3 循环水水质指标

表3 统计的数据均为运行周期的累计平均数据。从表3 可以看出，在浓缩倍率上升2.246，环比上升59.57%时，ρ（PO43-）下降了2.747 mg/L，环比下降39.34%，说明所使用的药剂为低磷药剂，循环水蒸发、置换时带出的磷相对减少，从而对水资源保护有一定的辅助作用；吨硫酸循环水消耗量下降0.051 t［7］。和循环水系统关联的油系统油温调控、动力设备轴承温度控制、硫酸温度控制所涉及的静设备运行正常，各项工艺指标、参数均正常，满足工艺技术规程要求。

自开始使用绍勋科技研发的药剂，装置已经连续运行300余天，目前装置运行稳定，循环水系统未发现异常。

5 项目的经济效益和效果分析

以开始使用绍勋科技药剂时间为分割点，前、后两个厂家对循环水处理的服务内容一致，药剂结算方式一致。故在计算经济效益时，主要从循环水消耗量、耗电量进行核算。

5.1 循环水消耗量

2020 年1—4 月运行时间为2 880 h，生产硫酸293 037 t，且根据表3 可知，吨硫酸排水量下降0.051 m3。工艺水单价为3.058 元/t，每小时节约工艺水5.189 m3，故可以得出，每小时节约费用15.87元；1—4月节约费用45 701.5元，每年按运行8 000 h计算，预计节约费用12.7万元。

5.2 耗电量

以开始使用绍勋科技药剂时间为分割点，前、后两个厂家使用的循环水泵未发生改变，主要是在计量泵的数量上发生改变，使用绍勋科技药剂后计量泵比之前少使用1台，功率为0.5 kW，因计量泵较小无代表性，故按80%负荷计算，电价以0.386元/（kW·h）计，从而得出1—4月节约用电产生的效益为：0.5×0.8×2 880×0.386元=447.67元。

从以上计算可知，主要产生的经济效益在排水量减少上，电耗节约较少。根据以上数据得出运行2 880 h 获得的净经济效益为：（45 701.5+444.67）元= 46 146.17元。

5.3 运行效果

冷却循环水系统自2020 年4—5 月检修后，采用了新的药剂配方和控制方法，运行至2021年5月设备在高浓缩倍数下运行未滋生藻类，也未发现结垢，铜质设备和不锈钢换热器均未发现腐蚀倾向。

6 结语

采用组合药剂配方，即非氧化性杀菌剂交替使用（对藻类有较好的抑制作用），以缓蚀剂、阻垢剂和分散剂复配缓蚀阻垢剂（比分开投加效果更佳，且操作方便），对循环水系统运行维护，具有稳定性和保障性。高浓缩倍率下，既有效地减缓了设备的腐蚀和结垢倾向，又节约了新鲜水使用量，减少了系统排污量，为企业带来了经济效益和环保效益。