中水作冷却水补充水的试验及应用

张树萍（天津石化公司机械研究所，天津 300271）

　　摘　要：利用部分中水作为循环冷却水的补充水，用静态和动态方法筛选出了YJ-3028水稳剂配方，研究和试用结果表明，利用该配方处理和入中水的循环冷却水，完全可满足生产设备需要。
　　关键词：循环冷却水；缓蚀；阻垢；粘泥抑制
　　中图分类号：TU991.27；TU991.57
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2002）02－0013－03

前言

　　天津石化公司生产用水取自120多公里外的宝坻区。公司20×104t聚酯装置是华北地区最大的用水设备，由于远距离输水成本高，而且水源地区严重缺水，所以我们对利用加入中水的混合水作生产补充用水进行了试验。中水是各生产厂的污水经过生化处理，再经深度处理后的回用水^[1]，按照目前天津石化公司中水的最大供应量，将宝坻水和中水按1：亚比例进行混合，通过对混和了中水的补充水（以下简称混合水）进行多次缓蚀、阻垢及动态模拟实验，筛选出了水处理配方，并在生产中进行了初步试用，其结果均达到《工业循环冷却水处理设计规范》要求。

１ 水质类型

　　混合水的水质分析见表1。

表1 混合水水质分析 项目 总磷/（mg.L^-1) 总硬/（mg.L^-1) 总溶固/（mg.L^-1) Ca^2+/（mg.L^-1) Cl^-/（mg.L^-1) CODcr/（mg.L^-1) 浊度/（mg.L^-1) pH 最大值 354.1 462.2 990.0 205.5 290.5 58.5 2.39 7.99 最小值 316.9 354.0 859.0 163.5 239.0 34.7 1.19 7.36 平均值 335.9 408.1 942.0 148.3 246.8 46.6 1.87 7.53

　　由表1知：混合水的钙、总硬、总碱都很高，属高硬度水，Cl^-也非常大，加大了混合水的腐蚀程度，同时CODCr比较高。因此混合水的有机物和微生物较多，用作循环冷却水时易产生粘泥。
　　计算混合水在不同浓缩倍数下的水质稳定指数，判断其水质类型。稳定指数计算结果见表2。

表2 混合水稳定指数计算结果 浓缩倍数/倍 实际pH值 稳定指数] 水质倾向 1.0 7.52 6.98 腐蚀 1.5 8.84 4.36 结垢 2.5 9.15 3.25 严重结构

　　由表2可知，随浓缩倍数的增大，有严重结垢倾向。

2 药剂的选择

　　由于混合水具有严重结垢倾向，而且＊一含量较高，为此首先选用具有高分散性能带磺酸盐基团的阻垢剂、国内较新使用具有缓蚀和阻垢双重性能的磷羧酸及缓蚀性能优秀的羟基膦羧酸等多种药剂的复配产品，以控制结垢和腐蚀；同时由于中水CODcr很高，也不稳定，因此粘泥的控制也非常关键，为此选用法国生产的抑制粘泥菌藻的专用产品TALLOFINOT（太勒芬）和国产YJ－4011交替使用，控制粘泥的产生。实际试验中，选择了YJ－A、B、C、D、E、F等6种复配药剂。

3 试验情况

3.1 静态试验
　　静态试验混合水的浓缩倍数为1.5倍，阻垢试验的温度为 80±1℃，时间10h；挂片试验的温度为50±1℃，时间为72h；根据天津石化公司空分厂使用中水的经验，药剂的浓度均定为40mg／L。静态试验结果见表3。

表3 静态试验结果 药剂名称 阻垢率/% 缓蚀率/% YJ-A 93.26 96.44 YJ-B 77.93 95.98 YJ-C 65.96 95.49 YJ-D 70.21 96.24 YJ-E 51.06 96.68 YJ-F 94.38 67.93

　　由表3可知：尽管YJ－B～E药剂配方的缓蚀率比较优越，但是其阻垢率比较低，对于所研究的混合水水质而言，首先考虑的是阻垢，其次是缓蚀；而对于YJ－F药剂配方来说，虽然它的阻垢率比较高，其缓蚀率却比较低。不难发现，YJ－A药剂配方在缓蚀和阻垢方面效果均较好，并且缓蚀试验后的挂片光亮，无腐蚀产物。所以可以把它作为混合循环冷却水的基本药剂配方，在动态模拟装置上进行进一步的试验。
3.2 动态模拟试验
3.2.1 试验方法和工艺条件
　　试验方法参照中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中的“循环冷却水动态模拟实验法”；采用具有两个系统的动态实验装置，系统1试管和挂片材质为碳钢、系统2试管和挂片材质为不锈钢。采用同样比例的混合水及同一试验参数：预膜温度为常温，时间为48h；运行时混合水浓缩倍数控制在2.5倍，进口温度32±1℃，蒸汽温度100±1℃，流量500L/h，药剂YJ－A浓度为40mg／L，运行时间为238h。
　　由于混合水CODct较高且不稳定，易产生粘泥，所以本次试验交替投加了法国产TALLOFINOT和国产的YJ－4011（投加浓度均为20mg／L）杀菌灭藻剂，以控制粘泥滋生。
3.2.2 动态模拟试验结果
　　经238h运行，碳钢挂片表面无腐蚀产物，不锈钢挂片表面无点蚀发生；碳钢、不锈钢试管的平均腐蚀速率、极限污垢热阻均达到中国石化总公司《冷却水分析和试验方法》中规定的标准，不锈钢试管内无粘泥、内壁光亮，碳钢试管内无粘泥只有一层非常薄的极易剥离的垢。动态模拟试验结果分别见表4和表5。

表4 挂片试验结果 材质 平均腐蚀速率/（mm.a^-1) 级别 碳钢 0.0041 很好 不锈钢 未测出 很好 表5 试管试验结果 材质 平均腐蚀速率/（mm.a-1) 级别 粘附速度/（mcm） 级别 极限污垢热阻/（10-4.m2.h.℃.w^-1) 级别 碳钢 0.0165 很好 25.7 可以允许 3.71 可以允许 不锈钢 未测出 很好 22.8 可以允许 2.62 好

4 工业初步应用

　　为考核YJ－A（商业名称YJ－3028）的现场应用效果，2001年4月将其在天津石化20×10⁴t聚酯装置上进行试用。该装置循环水量每小时为26000－28000t，系统水量为12000t，每小时设计补水量为800t，按照目前公司中水的最大供应量，每小时300t，使用了YJ－3028配方，混水运行6个多月后，现场监测换热器数据见表6和表7。

表6 现场挂片监测数据材质 平均腐蚀速率/（mm.^-1) 级别 碳钢 0.0573 好 不锈钢 0.0002 很好

表7 现场碳钢试管监测数据 管号 腐蚀速率/（mm.a^-1) 平均腐蚀速率/（mm.a^-1) 级别 粘附速度/（mcm) 平均粘附速度/（mcm) 级别 1 0.0659 　 　 10.622 　 　 2 0.0658 　 　 13.897 　 　 3 0.0695 0.0648 好 12.416 11.95 好 4 0.0588 　 　 9.803 　 　 5 0.0639 　 　 13.010 　 　

　　由于中水CODcr比较高，投加德国生产的TALLOFINOT和国产的杀菌剂交替使用后，异养菌能控制在1.03×10⁴－1.0 × 10⁵个／mL范围内，符合循环水运行管理指标。但是中水的CODCr有时不太稳定，时而造成细菌超标，所以控制中水的CODcr是非常重要的，以确保混合水的水质。

5 经济效益分析

　　技术可行只是使用混合水获得成功的一个方面，经济可行才是决定性的因素。天津石化公司从120km外宝场区取水，成本4.5元／t。20×10⁴t聚酯装置按中水使用量300t／h，中水处理费用为1.0元/t，该装置年运行时间8760h。
　　年节约新鲜水：
　　300×8760=26.28×104/t
　　年节约费用：
　　(4.5-1）×26.28×104=919.8万元

6 结论

　　经过大量的分析、试验，得出以下结论
　　①YJ－3028水稳剂对混合水具有优异的缓蚀和阻垢性能，在混合水及其它类似于混合水水质运行的循环冷却水系统中应用是可行的，并具有良好的应用前景。
　　②部分中水口用于工业循环冷却水，不仅可解决用水短缺状况而且减少了排污市约了大量的新鲜水，给公司带来了显著的经济效益和社会效益。
　　③当中水CODcr较高时，很容易滋生细菌和粘泥，抑制粘泥是非常重要的，必须选择较好的粘泥抑制剂，避免大量粘泥产生，建议选用YJ－4011和德国生产的TALLOFINOT，同时CODcr控制在50mg／L以下较为合适。
　　④当浓度为40mg／L、混合水浓缩倍数为2.5倍时，实际运行指标均达到循环水运行管理要求。

参考文献：

　　[1] 赵秀云.工业污水回用于循环冷却水[J].工业用水与废水，2000，31（1）：32－34.

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　　作者简介：张树萍（1967-），女，天津人，工程师，学士学位，电话（022）63802683。