優(yōu)化調(diào)整循環(huán)水濁度

許 海，曹 珍，李家棟，李加松

(兗礦新疆煤化工有限公司， 烏魯木齊 830000)

兗礦新疆煤化工有限公司是一家從事煤化工生產(chǎn)經(jīng)營的大型高科技綠色化工企業(yè)，年產(chǎn)52萬t尿素、30萬t甲醇。廠址選在天山山脈中段北麓、準噶爾盆地南緣，遠離海洋,深居內(nèi)陸，風沙多、降水量少。生產(chǎn)用水來自天山融雪后的地表水，水質差、固含量高，導致循環(huán)水水質差，嚴重影響生產(chǎn)運行安全。為降低循環(huán)水濁度，優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)運行效率，減少水資源的浪費，降低系統(tǒng)運行風險，杜絕夏季高溫期因各換熱設備換熱量不足而被迫減量情況的發(fā)生，公司成立管理小組對循環(huán)水系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整[1]。

1 概況

根據(jù)各工段所需循環(huán)水水量、水壓、水質、水溫等要求，分設兩套循環(huán)水系統(tǒng)。其中，一循供給熱電站主廠房、脫鹽水站、儀表空壓站，以及煤漿制備、空壓機組、空氣分離、氣化框架、渣水處理等工段，系統(tǒng)循環(huán)水體積流量為13 000 m3/h；二循供給甲醇合成壓縮、甲醇合成、甲醇精餾、氨合成氣壓縮、尿素合成與回收、氨合成、中低壓變換、低溫甲醇洗、液氮洗、二氧化碳壓縮、硫回收等工段，系統(tǒng)循環(huán)水體積流量為30 000 m3/h。

經(jīng)換熱升溫后的循環(huán)回水(溫度約為40 ℃、壓力為0.2 MPa)進入冷卻塔(一循，單塔循環(huán)水體積流量為4 800 m3/h，風機風量為260萬m3/h；二循,單塔循環(huán)水體積流量為5 000 m3/h，風機風量為260萬m3/h)，與軸流風機(φ9 140 mm、380 V、185 kW)吸入的空氣在填料表面形成逆向接觸，循環(huán)水冷卻至28 ℃后靠重力流入循環(huán)水吸水池，再由循環(huán)水泵(一循，質量流量為6 400 t/h，揚程為57 m，額定電壓為10 000 V，額定功率為1 250 kW；二循，體積流量為7 080 m3/h，揚程為57 m，額定電壓為10 000 V，額定功率為1 400 kW)加壓送入循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)，供各循環(huán)水用戶使用[2-3]。

2 對系統(tǒng)的影響

因生產(chǎn)系統(tǒng)用水為天山融雪后的地表水，固含量高，導致循環(huán)水系統(tǒng)濁度過高，特別是在春夏兩季農(nóng)田灌溉時，水位低引起水質更差，對生產(chǎn)系統(tǒng)帶來極大危害。

(1) 冷卻效果差。

循環(huán)水濁度高，會在換熱設備中沉積，降低換熱效率，影響生產(chǎn)運行系統(tǒng)的負荷。

(2) 堵塞閥門管線。

循環(huán)水濁度高，固體懸浮物會在閥門、彎頭、換熱器管束等流速較慢的地方沉積甚至堵塞，造成循環(huán)水流速下降，導致循環(huán)水流量無法正常供給，生產(chǎn)系統(tǒng)無法滿負荷正常運行。

(3) 加速腐蝕。

循環(huán)水濁度高，一些微生物產(chǎn)生的黏泥會在金屬表面沉積(不單是微生物本身，同時也黏附了水中的懸浮物)，引起垢下腐蝕。同時，微生物的新陳代謝也參與了電化學過程，加速閥門、管件、彎頭腐蝕。

(4) 影響循環(huán)水泵。

循環(huán)水濁度升高，增大了與循環(huán)水泵渦殼、葉輪的摩擦力，導致水泵的使用壽命縮短，生產(chǎn)成本增加。同時，循環(huán)水濁度越高，循環(huán)水泵的工作效率越低。

(5) 溫度與熱負荷。

循環(huán)水濁度升高，導致流速減慢、流量減小，換熱效率降低。一般情況下，在密閉式換熱器中，隨溫度升高金屬的腐蝕速度直線上升。

3 原因分析

3.1 外在因素

3.1.1 季節(jié)性風沙

新疆受暖高壓脊控制，減壓升溫明顯，同時新疆東部氣壓高，形成東高西低的氣壓差，造成東南大風，引起烏魯木齊市的氣溫明顯升高。3—5月，新疆地區(qū)大風卷起的塵土、微生物等進入地表水，導致地表水濁度升高。

3.1.2 微生物

循環(huán)冷卻水中，由于養(yǎng)分的濃縮，隨著水溫升高和日光照射，細菌和藻類分泌出大量黏液，將水中漂浮的灰塵雜質和化學沉淀物黏附在一起，導致?lián)Q熱效率降低。在進行日常滅菌維護工作時，系統(tǒng)中的泥垢被剝離下來，濁度隨之增高，不符合GB 50050—2007 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》中間冷開式系統(tǒng)循環(huán)冷卻水中的異養(yǎng)菌總數(shù)不大于105個/mL的規(guī)定。

3.2 內(nèi)在因素

3.2.1 補水濁度控制因素

循環(huán)水補水經(jīng)凈水站處理后，2017年出水濁度平均值為3 NTU，2018年出水濁度平均值為9.4 NTU,2019年出水濁度平均值為25 NTU。均不符合濁度<3 NTU的要求，且有呈逐年上升的趨勢。補水濁度高是循環(huán)水系統(tǒng)水質差的主要因素。

3.2.2 旁濾、排污因素

旁濾和排污是處理循環(huán)水濁度的兩大手段。旁濾器為手動反洗形式的過濾器，近兩年環(huán)保部門監(jiān)管越來越嚴，排污水量受限，前道系統(tǒng)產(chǎn)生的污水已占據(jù)污水處理工段80%的負荷，留給循環(huán)水排污的容量有限，故旁濾器反洗、排污均不能按需進行。長時間高濁度的循環(huán)水通過旁濾器，導致旁濾器沙層板結、硬化，過濾能力逐漸下降，出水濁度逐漸攀高。水質惡化，導致旁濾器內(nèi)均布器腐蝕嚴重，旁濾器易被擊穿。同時，一循循環(huán)水體積流量為13 000～15 000 m3/h，旁濾水容量僅為420 m3；二循循環(huán)水體積流量為29 000～30 000 m3/h，旁濾水容量僅為1 260 m3，對于高濁度循環(huán)水，遠遠不能滿足過濾需求。

3.2.3 流量、流速分布不均及換熱器泄漏因素

現(xiàn)場各個換熱器高低位置和距離不同，處于管道末端、高處的換熱器因壓力損失導致循環(huán)水流量、流速、壓力較低。循環(huán)水流速低，導致管道的閥門、彎頭和換熱器等阻力大的地方黏泥淤積，堵塞了管道和換熱器管束。循環(huán)水上水壓力低，導致循環(huán)水上水和循環(huán)水回水壓差小，在換熱器內(nèi)流速降低，換熱效率降低，輕則出現(xiàn)結垢堵塞管道現(xiàn)象，重則出現(xiàn)漏點導致設備損壞。循環(huán)水水量分配平衡不好導致循環(huán)水管網(wǎng)壓力低，循環(huán)水無法通過泵送至高處換熱器內(nèi)，惡化了換熱器的運行狀態(tài)，加劇了結垢的形成[4]。

3.2.4 藥劑添加因素

在循環(huán)水藥劑添加管理方面，由藥劑廠家提供藥劑，日常管理由現(xiàn)場操作人員巡檢代管，如需要集中投加藥劑時，廠家派技術人員到現(xiàn)場指導操作人員完成。粗放式的管理模式難以保證質量。

4 制定對策

4.1 外在因素

季節(jié)性風沙問題，因地理和氣候原因不能人為控制，此處不再敘述。針對微生物問題，可加強藥劑添加管理，微生物的季節(jié)性增多現(xiàn)象已得到控制。

4.2 內(nèi)在因素

4.2.1 針對補水濁度高的解決對策

在不改變現(xiàn)有設備和裝置的情況下，根據(jù)設計要求更換補水入口處吸吮式過濾器(型號為HF30-14P，過濾精度為130 μm)的濾料，補水流程見圖1。為提高吸吮式過濾器過濾效果，在補水管線廠區(qū)外設置一個加藥點，持續(xù)添加食品級聚乙烯醇。

圖1 補水流程

4.2.2 針對旁濾使用效果不佳的解決對策

考慮有效性、實施性、操作性，更換旁濾(淺層過濾器)濾料，檢修設備內(nèi)附件，保證旁濾器正常運行。

4.2.3 針對流量、流速分布不均及換熱器泄漏的解決對策

在春季排查記錄各換熱器循環(huán)上水和循環(huán)回水的溫度、壓力等指標。循環(huán)水上水和循環(huán)回水的溫度差控制在3 K以內(nèi)，對溫差超過3 K的換熱器，在保證工藝指標不超標的情況下，關小該換熱器循環(huán)回水閥門。排查整改后，末端循環(huán)水上水回水壓差由0.1 MPa上升到0.23 MPa；循環(huán)水系統(tǒng)末端高點的換熱器上水壓力升高0.1 MPa，壓差升高至0.19 MPa。嚴禁私自調(diào)整各工段換熱器上回水閥門，如工藝指標有超標趨勢時，上報調(diào)度室經(jīng)同意后調(diào)整。

4.2.4 針對藥劑添加影響的解決對策

目前，藥劑廠家安排4名專業(yè)技術人員長期駐守，每天負責藥劑添加管理和日常水質監(jiān)督。同時，添置了自動加藥裝置，實現(xiàn)了遠程監(jiān)控。加藥方式變更為定時穩(wěn)定投加與不定期沖擊投加相結合的模式，水質合格率大幅提升。

5 運行效果評價

5.1 系統(tǒng)補水運行效果評價

經(jīng)過更換補水入口處吸吮式過濾器濾料，凈水站出水濁度<3 NTU，達到設計指標(見表1)。

表1 來水濁度情況 NTU

5.2 旁濾器運行效果評價

旁濾器進出水濁度變化見表2。

表2 優(yōu)化后濁度情況 NTU

由表2可知：更換旁濾(淺層過濾器)濾料并檢修設備內(nèi)附件后，循環(huán)水濁度降到20 NTU以內(nèi)，循環(huán)水水質得到改善，保證了生產(chǎn)正常運行。

5.3 微生細菌控制效果評價

對比2017年、2018年、2021年循環(huán)水系統(tǒng)中的異養(yǎng)菌檢測結果(見圖2)，結果顯示異養(yǎng)菌含量明顯降低，且控制在合格指標范圍內(nèi)。

5.4 系統(tǒng)負荷情況

在循環(huán)水系統(tǒng)調(diào)整后，系統(tǒng)沒有因換熱不足減量運行的記錄。抽取2018年、2019年、2020年中氣溫最高的月份，對比系統(tǒng)運行周期相同時的日平均產(chǎn)量情況(見表3)。

由表3可知：甲醇和尿素的產(chǎn)量逐年升高。

(a) 2017年

(b) 2018年

(c) 2019年

表3 歷史產(chǎn)量記錄

6 結語

綜上所述，循環(huán)水系統(tǒng)通過一系列處理，降低了濁度，消除了因黏泥和固體懸浮物堵塞腐蝕管道和換熱器的危害，提高了換熱效率。在安全方面，換熱器始終在良好的環(huán)境中運行，大大減少了非計劃停車減量的次數(shù)，保證了系統(tǒng)的長周期穩(wěn)定運行。在節(jié)能環(huán)保方面，循環(huán)水濁度降低，帶有藥劑的循環(huán)水排污水量減少，防止污染環(huán)境，降低了生產(chǎn)成本。