优化调整循环水浊度

许 海，曹 珍，李家栋，李加松

(兖矿新疆煤化工有限公司， 乌鲁木齐 830000)

兖矿新疆煤化工有限公司是一家从事煤化工生产经营的大型高科技绿色化工企业，年产52万t尿素、30万t甲醇。厂址选在天山山脉中段北麓、准噶尔盆地南缘，远离海洋,深居内陆，风沙多、降水量少。生产用水来自天山融雪后的地表水，水质差、固含量高，导致循环水水质差，严重影响生产运行安全。为降低循环水浊度，优化循环水系统运行效率，减少水资源的浪费，降低系统运行风险，杜绝夏季高温期因各换热设备换热量不足而被迫减量情况的发生，公司成立管理小组对循环水系统进行优化调整[1]。

1 概况

根据各工段所需循环水水量、水压、水质、水温等要求，分设两套循环水系统。其中，一循供给热电站主厂房、脱盐水站、仪表空压站，以及煤浆制备、空压机组、空气分离、气化框架、渣水处理等工段，系统循环水体积流量为13 000 m3/h；二循供给甲醇合成压缩、甲醇合成、甲醇精馏、氨合成气压缩、尿素合成与回收、氨合成、中低压变换、低温甲醇洗、液氮洗、二氧化碳压缩、硫回收等工段，系统循环水体积流量为30 000 m3/h。

经换热升温后的循环回水(温度约为40 ℃、压力为0.2 MPa)进入冷却塔(一循，单塔循环水体积流量为4 800 m3/h，风机风量为260万m3/h；二循,单塔循环水体积流量为5 000 m3/h，风机风量为260万m3/h)，与轴流风机(φ9 140 mm、380 V、185 kW)吸入的空气在填料表面形成逆向接触，循环水冷却至28 ℃后靠重力流入循环水吸水池，再由循环水泵(一循，质量流量为6 400 t/h，扬程为57 m，额定电压为10 000 V，额定功率为1 250 kW；二循，体积流量为7 080 m3/h，扬程为57 m，额定电压为10 000 V，额定功率为1 400 kW)加压送入循环水系统管网，供各循环水用户使用[2-3]。

2 对系统的影响

因生产系统用水为天山融雪后的地表水，固含量高，导致循环水系统浊度过高，特别是在春夏两季农田灌溉时，水位低引起水质更差，对生产系统带来极大危害。

(1) 冷却效果差。

循环水浊度高，会在换热设备中沉积，降低换热效率，影响生产运行系统的负荷。

(2) 堵塞阀门管线。

循环水浊度高，固体悬浮物会在阀门、弯头、换热器管束等流速较慢的地方沉积甚至堵塞，造成循环水流速下降，导致循环水流量无法正常供给，生产系统无法满负荷正常运行。

(3) 加速腐蚀。

循环水浊度高，一些微生物产生的黏泥会在金属表面沉积(不单是微生物本身，同时也黏附了水中的悬浮物)，引起垢下腐蚀。同时，微生物的新陈代谢也参与了电化学过程，加速阀门、管件、弯头腐蚀。

(4) 影响循环水泵。

循环水浊度升高，增大了与循环水泵涡壳、叶轮的摩擦力，导致水泵的使用寿命缩短，生产成本增加。同时，循环水浊度越高，循环水泵的工作效率越低。

(5) 温度与热负荷。

循环水浊度升高，导致流速减慢、流量减小，换热效率降低。一般情况下，在密闭式换热器中，随温度升高金属的腐蚀速度直线上升。

3 原因分析

3.1 外在因素

3.1.1 季节性风沙

新疆受暖高压脊控制，减压升温明显，同时新疆东部气压高，形成东高西低的气压差，造成东南大风，引起乌鲁木齐市的气温明显升高。3—5月，新疆地区大风卷起的尘土、微生物等进入地表水，导致地表水浊度升高。

3.1.2 微生物

循环冷却水中，由于养分的浓缩，随着水温升高和日光照射，细菌和藻类分泌出大量黏液，将水中漂浮的灰尘杂质和化学沉淀物黏附在一起，导致换热效率降低。在进行日常灭菌维护工作时，系统中的泥垢被剥离下来，浊度随之增高，不符合GB 50050—2007 《工业循环冷却水处理设计规范》中间冷开式系统循环冷却水中的异养菌总数不大于105个/mL的规定。

3.2 内在因素

3.2.1 补水浊度控制因素

循环水补水经净水站处理后，2017年出水浊度平均值为3 NTU，2018年出水浊度平均值为9.4 NTU,2019年出水浊度平均值为25 NTU。均不符合浊度<3 NTU的要求，且有呈逐年上升的趋势。补水浊度高是循环水系统水质差的主要因素。

3.2.2 旁滤、排污因素

旁滤和排污是处理循环水浊度的两大手段。旁滤器为手动反洗形式的过滤器，近两年环保部门监管越来越严，排污水量受限，前道系统产生的污水已占据污水处理工段80%的负荷，留给循环水排污的容量有限，故旁滤器反洗、排污均不能按需进行。长时间高浊度的循环水通过旁滤器，导致旁滤器沙层板结、硬化，过滤能力逐渐下降，出水浊度逐渐攀高。水质恶化，导致旁滤器内均布器腐蚀严重，旁滤器易被击穿。同时，一循循环水体积流量为13 000～15 000 m3/h，旁滤水容量仅为420 m3；二循循环水体积流量为29 000～30 000 m3/h，旁滤水容量仅为1 260 m3，对于高浊度循环水，远远不能满足过滤需求。

3.2.3 流量、流速分布不均及换热器泄漏因素

现场各个换热器高低位置和距离不同，处于管道末端、高处的换热器因压力损失导致循环水流量、流速、压力较低。循环水流速低，导致管道的阀门、弯头和换热器等阻力大的地方黏泥淤积，堵塞了管道和换热器管束。循环水上水压力低，导致循环水上水和循环水回水压差小，在换热器内流速降低，换热效率降低，轻则出现结垢堵塞管道现象，重则出现漏点导致设备损坏。循环水水量分配平衡不好导致循环水管网压力低，循环水无法通过泵送至高处换热器内，恶化了换热器的运行状态，加剧了结垢的形成[4]。

3.2.4 药剂添加因素

在循环水药剂添加管理方面，由药剂厂家提供药剂，日常管理由现场操作人员巡检代管，如需要集中投加药剂时，厂家派技术人员到现场指导操作人员完成。粗放式的管理模式难以保证质量。

4 制定对策

4.1 外在因素

季节性风沙问题，因地理和气候原因不能人为控制，此处不再叙述。针对微生物问题，可加强药剂添加管理，微生物的季节性增多现象已得到控制。

4.2 内在因素

4.2.1 针对补水浊度高的解决对策

在不改变现有设备和装置的情况下，根据设计要求更换补水入口处吸吮式过滤器(型号为HF30-14P，过滤精度为130 μm)的滤料，补水流程见图1。为提高吸吮式过滤器过滤效果，在补水管线厂区外设置一个加药点，持续添加食品级聚乙烯醇。

图1 补水流程

4.2.2 针对旁滤使用效果不佳的解决对策

考虑有效性、实施性、操作性，更换旁滤(浅层过滤器)滤料，检修设备内附件，保证旁滤器正常运行。

4.2.3 针对流量、流速分布不均及换热器泄漏的解决对策

在春季排查记录各换热器循环上水和循环回水的温度、压力等指标。循环水上水和循环回水的温度差控制在3 K以内，对温差超过3 K的换热器，在保证工艺指标不超标的情况下，关小该换热器循环回水阀门。排查整改后，末端循环水上水回水压差由0.1 MPa上升到0.23 MPa；循环水系统末端高点的换热器上水压力升高0.1 MPa，压差升高至0.19 MPa。严禁私自调整各工段换热器上回水阀门，如工艺指标有超标趋势时，上报调度室经同意后调整。

4.2.4 针对药剂添加影响的解决对策

目前，药剂厂家安排4名专业技术人员长期驻守，每天负责药剂添加管理和日常水质监督。同时，添置了自动加药装置，实现了远程监控。加药方式变更为定时稳定投加与不定期冲击投加相结合的模式，水质合格率大幅提升。

5 运行效果评价

5.1 系统补水运行效果评价

经过更换补水入口处吸吮式过滤器滤料，净水站出水浊度<3 NTU，达到设计指标(见表1)。

表1 来水浊度情况 NTU

5.2 旁滤器运行效果评价

旁滤器进出水浊度变化见表2。

表2 优化后浊度情况 NTU

由表2可知：更换旁滤(浅层过滤器)滤料并检修设备内附件后，循环水浊度降到20 NTU以内，循环水水质得到改善，保证了生产正常运行。

5.3 微生细菌控制效果评价

对比2017年、2018年、2021年循环水系统中的异养菌检测结果(见图2)，结果显示异养菌含量明显降低，且控制在合格指标范围内。

5.4 系统负荷情况

在循环水系统调整后，系统没有因换热不足减量运行的记录。抽取2018年、2019年、2020年中气温最高的月份，对比系统运行周期相同时的日平均产量情况(见表3)。

由表3可知：甲醇和尿素的产量逐年升高。

(a) 2017年

(b) 2018年

(c) 2019年

表3 历史产量记录

6 结语

综上所述，循环水系统通过一系列处理，降低了浊度，消除了因黏泥和固体悬浮物堵塞腐蚀管道和换热器的危害，提高了换热效率。在安全方面，换热器始终在良好的环境中运行，大大减少了非计划停车减量的次数，保证了系统的长周期稳定运行。在节能环保方面，循环水浊度降低，带有药剂的循环水排污水量减少，防止污染环境，降低了生产成本。