化工循環(huán)水系統(tǒng)存在問題及應(yīng)對措施

戴先進

（福建聯(lián)合石油化工有限公司，福建泉州 362800）

關(guān)健詞：循環(huán)水 烯烴裝置 泄漏

丙烯制冷壓縮機是乙烯裝置的心臟，也是影響生產(chǎn)穩(wěn)定的關(guān)鍵設(shè)備。丙烯制冷壓縮機平穩(wěn)運行，才能保證乙烯穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，最終實現(xiàn)效益最大化。而循環(huán)水對裝置平穩(wěn)生產(chǎn)，增收創(chuàng)效，起著保駕護航的作用。

1 化工循環(huán)水制約丙烯制冷壓縮機的運行

烯烴裝置丙烯制冷壓縮機出口壓力經(jīng)常超過高限值1.75 MPa，詳見圖1，其一旦接近高高限聯(lián)鎖值1.92 MPa，就會造成壓縮機聯(lián)鎖停車。為此，某公司在優(yōu)化運行策略中明確要求，將該裝置的生產(chǎn)負荷從400~436 t/h調(diào)整至380~416 t/h。

圖1 丙烯壓縮機出口壓力變化

丙烯制冷壓縮機出口壓力由最后一級壓縮后的丙烯氣體在冷凝器實現(xiàn)全部冷凝后的溫度決定。循環(huán)冷水溫度的高低直接影響著丙烯制冷壓縮機的運行[1]。化工循環(huán)水場熱水溫度高、換熱器結(jié)垢嚴重，導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱系數(shù)下降[3]，并縮小了流通截面積[4]，因此造成丙烯冷凝器的冷凝溫度上升。

2 化工循環(huán)熱水溫度高的原因和解決措施

2.1 烯烴熱負荷超過循環(huán)水冷卻能力

對烯烴裝置近期的運行數(shù)據(jù)進行整理，發(fā)現(xiàn)烯烴裝置的熱負荷超過循環(huán)水的冷卻能力。特別是夏天，循環(huán)冷水與熱水溫差最高接近14℃，平均10.97℃，已超過設(shè)計能力，如表1所示。

表1 烯烴裝置循環(huán)冷水與熱水溫度及溫差

2.2 降低化工循環(huán)水的熱負荷

要降低烯烴裝置的循環(huán)熱水溫度，就需要降低化工循環(huán)水的熱負荷。化工循環(huán)水原供應(yīng)烯烴裝置、聚丙烯裝置、聚乙烯裝置和丁二烯裝置，2014年新建西區(qū)循環(huán)水場后，聚丙烯、丁二烯裝置已由西區(qū)循環(huán)水場供應(yīng)循環(huán)水。

目前化工循環(huán)水負荷中，烯烴裝置占73.24%，聚乙烯裝置占20.56%。西區(qū)循環(huán)水場可擴能至4萬t/h，可消化聚乙烯裝置的循環(huán)水量。故利用停工大檢修的機會，分別在西區(qū)循環(huán)水場的循環(huán)冷水與循環(huán)熱水主管線上增設(shè)了甩頭和控制閥。

3 換熱器結(jié)垢的原因和解決措施

因烯烴裝置與循環(huán)水進行熱交換的冷卻器系統(tǒng)存在著工藝側(cè)長期泄漏，個別換熱器大檢修開工后僅3個月就出現(xiàn)了泄漏。曾對烯烴裝置進行過排查，發(fā)現(xiàn)換熱設(shè)備存在泄漏。且因泄漏，導(dǎo)致化工循環(huán)水水質(zhì)中的COD濃度上升，如表2所示。

表2 烯烴裝置換熱設(shè)備泄漏情況

因烯烴裝置循環(huán)水COD濃度上升，造成其濁度上升，濃縮倍數(shù)下降，見表3，導(dǎo)致粘泥沉積，換熱器結(jié)垢。

表3 泄漏前后化工循環(huán)水的濃縮倍數(shù)和濁度

濃縮倍數(shù)下降造成循環(huán)水補水量增加15.26%，藥劑消耗量增加，如表4所示。

表4 泄漏前后氧化性殺菌劑和堿投加量

因烯烴裝置為該公司的利潤大戶，若停工處理泄漏，則損失較大，因此只能減輕泄漏對循環(huán)水的影響，同時降低循環(huán)水的濁度。

3.1 針對泄漏采取的措施

在泄漏點投加殺菌劑，既能快速避免因工藝側(cè)泄漏而為微生物提供營養(yǎng)源，導(dǎo)致微生物滋生，產(chǎn)生生物粘泥；又能減少藥劑投加量。

針對烯烴裝置壓縮機段間冷卻器E20204、丙烯單元E50501因泄漏長期帶病運行的情況，除正常投加常規(guī)氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑外，將余氯≤0.25 mg/L為控制標準，加大次氯酸鈉投加量和頻次來進行應(yīng)急殺菌處理。《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50050－2017）規(guī)定循環(huán)水余氯為0.1~0.5 mg/L。據(jù)此，重新調(diào)整循環(huán)水系統(tǒng)藥劑投加量，如表5所示。

表5 化工循環(huán)水藥劑投加規(guī)定

3.2 針對濁度采取的措施

3.2.1 循環(huán)水濁度的主要來源

循環(huán)冷卻水補水：經(jīng)新鮮水處理系統(tǒng)之后的泥土、砂粒的少量懸浮物（濁度＜1 NTU）進入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，經(jīng)循環(huán)過程蒸發(fā)而濃縮，使?jié)岫戎饾u升高。

工藝側(cè)介質(zhì)泄漏：系統(tǒng)持續(xù)泄漏會造成循環(huán)水濁度升高，水質(zhì)惡化[5]。惡化的水質(zhì)又加劇了腐蝕的發(fā)生，同時腐蝕產(chǎn)物又為沉積物提供聚集地[6]。泄漏還消耗氧化性殺菌劑，形成有機粘泥。

3.2.2 循環(huán)水濁度高的危害

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行過程中，懸浮于冷卻水中的污泥會牢固地附著在設(shè)備表面上，產(chǎn)生污垢熱阻，影響換熱效率；另一方面，懸浮物黏附在金屬表面，將形成氧的濃差電池，引起垢下腐蝕。懸浮物與微生物尸體也是營養(yǎng)源的載體，會加速微生物繁殖。

3.2.3 降低循環(huán)水濁度的措施

1）嚴控循環(huán)水補充水的濁度

凈化站加強對源水水質(zhì)和微渦絮凝高效斜板沉淀池及V型濾池出水水質(zhì)的在線監(jiān)控，依據(jù)源水水質(zhì)調(diào)整PAC投加量，沉淀池及時排泥以及對濾池進行反沖洗等措施來控制循環(huán)水補充水濁度低于控制指標。

2）改善旁濾系統(tǒng)，提高過濾效果

具體采取了更換旁濾罐虹吸管，避免漏氣，影響過濾效果；調(diào)整旁濾罐設(shè)備運行策略，旁濾設(shè)施的砂濾層由一年更換一次改為半年一次；調(diào)整旁濾設(shè)施的操作，由自動反沖洗改為每天進行一次手動反沖洗；在不能增加旁濾量的情況下，在旁濾進口，創(chuàng)造添加助濾劑和針對性殺菌劑的加注設(shè)施，改善旁濾效果，使濾后水濁度有所降低。在旁濾量受限的情況下，加大循環(huán)水塔池底部排污量。

上述措施實施后，在運行過程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場降濁效果十分有限，無法將循環(huán)水濁度降到控制指標以下，如表6所示。

表6 旁濾系統(tǒng)改善后的循環(huán)水濁度

3）現(xiàn)有旁濾系統(tǒng)存在的問題

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有旁濾系統(tǒng)存在如下問題：

①旁濾量過低。《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50050－2017）中規(guī)定，旁濾水量宜為循環(huán)水量的1%~5%，旁流過濾器出水濁度應(yīng)小于3 NTU[7]。《石油化工循環(huán)水場設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50746－2012）[8]中也有同樣的要求。而化工循環(huán)水的旁濾能力靠下限，如圖2所示。同行企業(yè)旁濾量多接近5%。

圖2 旁濾量占總循環(huán)水量的比值

②旁濾罐選型不合適，過濾效果差。化工循環(huán)水所用旁濾罐為重力式無閥過濾器，且進水采用的循環(huán)熱水（壓力低）。凈化站生產(chǎn)給水即循環(huán)水系統(tǒng)補充水處理裝置砂濾器石英砂濾料粒徑為0.9~1.2 mm，旁濾罐石英砂濾料粒徑為1.2~1.6 mm，過濾器過濾時此類粒徑的石英砂濾料對懸浮物無法起到攔截作用，導(dǎo)致水中的絕大部分懸浮物直接穿透濾料層，間接造成了出水水質(zhì)與進水水質(zhì)相比無明顯改善；由于濾料層中沒有截留到懸浮物，整個濾料層上下長時間仍處于一個壓差接近零的狀態(tài)，此種情況導(dǎo)致了系統(tǒng)中虹吸上升管水位無法上升，無法與虹吸下降管中的水匯合在一起，從而造成系統(tǒng)長時間不能形成反洗，導(dǎo)致旁濾罐除濁效率不高，平均43.12%，見圖3。故無閥過濾器只適用于循環(huán)水水質(zhì)正常時的工況。若遇上工藝介質(zhì)頻繁泄漏，則除濁效果異常差。

圖3 旁濾進出水濁度與除濁率

4）改進旁濾系統(tǒng)效果差的措施

因化工循環(huán)水旁濾系統(tǒng)設(shè)計能力僅滿足系統(tǒng)正常運行或偶然泄漏的工況，在烯烴裝置內(nèi)部長期連續(xù)泄漏狀態(tài)下，其應(yīng)急能力嚴重不足，導(dǎo)致系統(tǒng)濁度超標。故應(yīng)改造化工循環(huán)水旁濾系統(tǒng)，增加濾速、濾量，縮短濁度指標恢復(fù)到正常的時間。因烯烴的泄漏長期存在，故旁濾水量應(yīng)選循環(huán)水量的5%，即2 868.33 t/h。

經(jīng)過反復(fù)比選和招投標后，最終選用了SHMF-3000＊5全自動過濾器（簡稱撬裝旁濾），撬裝旁濾用石英砂作濾料，通過濾料進行截污清洗，當濾料因截留過量的機械雜質(zhì)而影響其正常工作時，過濾器設(shè)置的反沖刷系統(tǒng)對濾料進行反洗。運用逆向進水，使過濾器內(nèi)砂濾層松動，可使粘附于填料外表的截留物剝離并被反沖水流帶走，有利于排除濾層中的沉渣、懸浮物等，避免濾料板結(jié)。撬裝旁濾工藝技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 撬裝旁濾工藝技術(shù)參數(shù)

3.2.4 撬裝旁濾投用后的效果

撬裝旁濾投用后，盡管烯烴泄漏狀態(tài)未發(fā)生改變，但循環(huán)水濁度卻得到快速下降，詳見表8。且撬裝旁濾投用后，因濃縮倍數(shù)上升，循環(huán)水補水量減少20.05%。

表8 撬裝旁濾投用前后濃縮倍數(shù)與濁度及COD

4 結(jié)論

循環(huán)水是生產(chǎn)裝置的“血液”，濁度的變化會對水質(zhì)產(chǎn)生很大的影響[11]。針對存在長期持續(xù)泄漏的循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)先快速找到泄漏點，在泄漏點投加殺菌劑，避免微生物滋生；然后將旁濾水量選為循環(huán)水量的5%。且采用壓力式的過濾系統(tǒng)，才能盡快降低循環(huán)水的濁度，避免因換熱設(shè)備腐蝕和結(jié)垢使生產(chǎn)裝置處理能力受到約束的狀況發(fā)生。