石化行业循环冷却水系统的水质处理

　　我国是一个缺水大国，石油企业又是用水大户，冷却水的用水量在总用水量的90%左右，节约冷却水的用量是企业至关重要，而循环使用又是节约冷却水的最有效措施，因此从节能、经济及环保角度考虑，冷却水都应该实现循环利用。

　　敞开式循环冷却水系统是石化行业中最为常用工艺。但是，在该循环冷却水系统的生产运行过程中常常会出现如下问题：

　　1)冷却水在循环过程中由于蒸发造成系统水量的损失，发生浓缩作用，使水中的钙、镁等离子的浓度增高而析出，在管道及换热器的内表面结垢，导致换热器的传热效率下降，系统管道断面减小，甚至堵塞管道。

　　2)冷去水从在冷却他的冷却过程，实际上是一种曝气过程，既能散除水中的二氧化碳，又能溶解空气中的氧气，使水的碱度升高，碳酸钙沉淀，溶解的氧又能对金属管道产生电化学腐蚀。

　　3)冷却水在与空气接触过程中，空气中灰尘、泥沙、微生物等混入循环水中，在管道表面形成污垢;另外，混入的细菌和藻类等在循环水系统中生长繁殖，形成黏垢，即会堵塞管道，降低换热器传热效率，又会对系统产生生物性腐蚀。

　　基于以上问题，使循环水水质在运行过程中逐步恶化，对换热器等设备造成危害。因此，对循环水水质的处理对整个循环水系统十分重要。

　　1 循环水处理概述

　　1.1 结垢控制

　　结构控制的主要方法有两类：第一类是控制循环水中结垢的可行性或趋势，如减少钙镁离子浓度、降低水的pH 值或碱度。

　　1.1.1 排污法：减少浓缩倍数

　　经常排放循环水系统中累积的污水量，减少循环水中的盐类等杂质的浓度，控制浓缩倍数来防止结垢。对于新鲜水充足的地区，控制排污量3%～5%，有助于减少结垢。

　　1.1.2 酸化法：降低补充水的碳酸盐硬度采用酸化法将碳酸盐硬度转化为溶解度较高的非碳酸盐硬度。当循环水中钙硬度与碱度之和大于1 100 mg/L，且稳定指数小于3.3 时，宜采用加酸处理。其化学反应式如下：

　　Ca(HCO3)2 +H2SO4→CaSO4 +2CO3↑+2H2O

　　Mg(HCO3)2 +HCl→MgCl2 +2CO3↑+2H2O

　　1.1.3 投加阻垢剂

　　向水中投加化学药剂,使水中的碳酸钙等处于过饱和的亚稳定状态，提高水的极限碳酸盐硬度。阻垢剂具有静电排斥作用，使颗粒间相互排斥，呈分散状态悬浮在水中，增加了碳酸钙在水中的溶解作用，使硬垢变软、垢层松软。常用的阻垢剂有聚磷酸盐、有机磷酸盐聚羧酸类聚合物等。

　　1)聚磷酸盐——循环水中使用的是六磷酸钠和三聚磷酸钠，他们既有阻垢作用，有又缓蚀作用。六磷酸钠的投加量一般控制在1～5 mg/L, 三聚磷酸钠加药量控制在1～5 mg/L。

　　2)有机磷酸(盐)——有机磷酸及其盐类具有良好的阻垢作用，它的性质与聚磷酸盐相似，但比聚磷酸盐稳定，即使较高温度下也不宜水解。有机膦酸(盐)也同时具有缓蚀和阻垢的作用。有机磷酸(盐)投加量一般控制在 1～5 mg/L。

　　1.2 微生物控制

　　微生物和藻类的生长会产生黏垢，黏垢导致腐蚀和污垢，因此如何控制微生物的滋生对循环水水质稳定有很重要的作用。其控制方法有以下几种：

　　1.2.1 对补充水的进行前处理

　　经过处理的补充水，不仅可以去除悬浮物，而且可以去除部分细菌。

　　1.2.2 增加旁滤设施

　　使部分循环水通过过滤，可以有效的除去系统中的部分悬浮物及藻类。大、中型循环冷却系统常采用石英砂过滤器进行旁滤处理。小型循环冷却水系统可采用滤芯过滤器处理。一般旁滤处理的水量占循环水量的1%～5%。

　　1.2.3 投加杀生剂。

　　通常投加的杀生剂可分为氧化型及非氧化型等。

　　目前常用的氧化杀生剂有氯及次氯酸盐等。氯具有杀生能力，价格低廉，来源方便等优点，一般氯的投加量控制在0.5～1.0 mg/L，余氯控制在0.1～0.5 mg/L 左右。

　　二氧化氯的杀生能力较强，杀生作用较氯快，药剂持续时间长。投加量控制在0.2～0.6 mg/L，剩余总的有效氯控制在0.2～0.4 mg/L 左右。非氧化型杀生剂具有如下优点：高效、广谱、低毒，pH 值适用范围广;对剥离微生物粘泥有较好的作用，且不与阻垢剂、缓蚀剂不相互干扰;易于降解。非氧化型杀生剂常与氧化类杀生剂一起使用。常用非氧化型杀生剂包括：氯酚类、季铵盐类等。

　　1.3 循环水的浓缩倍数对水质、补水量的影响循环冷却水含盐量与补充水含盐量之比称作浓缩倍数。

　　如果排污量大，N 值小，则补充水量和水处理药剂耗量较大，并且会由于药剂浓度不足而难控制腐蚀。适当减少系统的排水水量和补充水量，增大N 值，可节约用水和水处理药剂，减少对环境的污染。但是，如果过分提高N，会导致冷却水含盐量显著增大，有结垢或腐蚀的危害。通常情况下敞开系统的设计浓缩倍数不宜小于5.0，且不应小于3.0，直冷系统设计浓缩倍数不应小于3.0。

　　1.4 循环水系统的清洗、预膜

　　尽管采用如上的方法可以有效的避免结垢、腐蚀等危害，但是，在系统运行一段时间后，系统中仍会形成一层沉积物。另外，系统刚刚安装完毕后，管道中会存有铁锈、泥沙等杂质，因此在循环水系统运行前或每次停检时对系统的清洗十分必要，常用的清洗方法可分为物理清洗和化学清洗。

　　物理清洗主要包括人工清洗、风洗、水洗等;化学清洗包括酸洗、碱洗和络合剂清洗等，其中酸洗一般采用5%～15%的盐酸配合一些缓蚀剂，如苯胺、乌洛托品等;碱洗常用强碱性或碱性药剂做为清洗剂，两种清洗方式交替使用;络合剂清洗剂有聚磷酸盐、乙二胺乙酸(EDTA)等，络合剂清洗腐蚀小、费用高，往往用于两次停检之间的不停车清洗。

　　预膜是在清洗后，系统运行之前，通过投加预膜药剂，使金属表面形成一层保护膜，以减缓系统的腐蚀，预膜剂一般采用系统投加的缓蚀剂配方，亦可以根据需要采用专门的预膜剂配方。

　　2 结 论

　　敞开式循环水系统在运行过程中常常伴随着结垢、腐蚀及微生物等一系列问题，通过投加缓蚀阻垢剂，杀生剂等药剂并结合旁滤、排污、补水等措施，可有效的保证系统的稳定运行。另外，在系统的运行初期及停检大修时，对整个系统进行清洗、预膜也对保证系统的稳定运行有着非常重要的作用。