武汉石化循环水处理工艺新进展

曾凡亮　吴宇峰
武汉石化设备监测防护中心 （430082）

　　摘要：介绍了2003年武汉石化一循使用循环水处理新设备、新工艺、新药剂以来水质所取得的成绩，列举了影响循环水水质和系统正常运行的主要水质参数，并与2002年的有关数据进行了对比，分析了水质数据变化的主要原因，提出了循环水系统存在的主要问题和不足以及今后改进的方向。
　　关键词：循环水　 自动加药　 水质　 效益

1 序言

　　随着科技的进步，循环冷却水处理新设备、新工艺、新技术得到应用。循环冷却水的应用领域越来越广泛，技术也越来越成熟，为安全、高效的工业生产，为增加水的重复利用率，合理利用有限的水资源，减少排污量，为环境保护事业等方面作出了巨大的贡献。
　　武汉石化各循环冷却水系统使用的水处理药剂基本上自行研制生产，主要品种有钨系阻垢缓蚀剂，聚合无机磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸等为代表的磷系阻垢缓蚀剂。随着循环水浓缩倍数逐年提高，对水处理剂的性能要求有较大的差异。浓缩倍数低时，循环水主要表现为腐蚀性，要求水处理剂具有良好的缓蚀性能；浓缩倍数较大时要求水处理剂既有良好的缓蚀性能又具有优良的阻垢性能。水处理药剂也由原来的人工分次投加方式到现在的自动加药控制系统根据水质状况自动控制。
　　武汉石化目前共有五个循环水场，近年来各循环水场水质逐年好转，其中第一循环水场（以下简称“一循”）已成功应用荧光示踪型自动加药控制系统，2004年二循、三循也将应用这一技术，其它循环水系统将陆续使用类似的技术。2003年初一循开始应用荧光示踪型自动加药控制这一新的专利技术，研制开发了与这一技术匹配的示踪型阻垢缓蚀剂ZH345SJ，实现了循环水系统自动加药。这一技术的应用，实现了水处理药剂的连续、均匀投加，保证循环水中药剂浓度均匀分布并控制在最为合理的小范围内，从而发挥药剂的最佳使用效果，保证循环水水质。下面以一循循环水监测数据为基础，介绍武汉石化水处理工艺的新进展。

2 水质进步

　　一循是该厂系统容量最大、工艺条件最复杂的的循环水系统，也是过去几年冷换设备腐蚀和结垢最严重的系统。2003年元月自动加药控制系统YL-100和示踪型阻垢缓蚀剂ZH345SJ投用以来，水质优良，各项水质指标达到历史最好水平。该技术于2003年6月通过了厂级鉴定，并获得一致好评，鉴定会认为示踪型阻垢缓蚀剂ZH345SJ达到了国内领先水平。前期使用效果表明，其与自动加药控制系统配套使用具有良好的经济、社会和环保效益，该厂已批准在其它循环水系统推广应用。一年来，循环水场和自动加药控制系统运行平稳，最重要的循环水质指标-系统腐蚀速率和粘附速率明显降低。现将2003年的重要水质监测数据进行分析,并与2002年相对应数据进行比较。
2.1 浓缩倍数
　　在敞开式循环冷却水系统中，由于蒸发使循环水中的盐类不断累积浓缩，循环水中盐含量大大高于补充水中盐含量，两者的比值称为浓缩倍数。水处理剂的阻垢性能越好，浓缩倍数可控制的越高，补充水的用量越小。2003年之前，一循循环水浓缩倍数最高值在3.2左右，年平均值低于2.5，特别是气温低的冬季浓缩倍数总是小于2.0，难以达到控制指标， 2003年元月，一循投用自动加药控制系统，换水起步，循环水浓缩倍数就稳步上升，见表1。

表1　　 2002、2003年春季一循浓缩倍数比较

表2　　 2002与2003年一循浓缩倍数比较

　　由表2的数据可以看出，2003年一循循环水浓缩倍数大幅提高，最高值接近4.0，年平均值大于3.0，浓缩倍数合格率高达96.85%，是历年来的最高水平，这与循环水加药工艺的改进关系密切。
2.2 浊度
　　浊度是循环水中含有悬浮及胶体状态微粒量的指标，反映水的浑浊程度，其值受循环水浓缩倍数、水场周围环境和系统泄漏等因素影响，2003年浊度基本在控制指标范围内，统计数据见表3。

表3　 　2002与2003年一循水质浊度比较

　　　　　一循一年没有进行系统清洗预膜，用非氧化性杀菌剂一次，系统排污量小，循环水浓缩倍数从年初开始逐步攀升。由于循环水系统供水量增大，浓缩倍数大幅升高，带入循环水中的灰尘杂物增多，生物旁滤池过滤量有限，使循环水浊度年均值有较大幅度的上升；生产装置停工及检修后冷换设备再启动，将污物带入系统，使循环水浊度异常。
2.3 加药合格率
　　加药合格率是指循环水中水处理剂浓度在控制范围内的比率。在使用磷系阻垢缓蚀剂的循环水系统中，加药合格率通常由循环水中总磷含量来确定。药剂加入过多，一方面总磷含量大，增加污染物排放量，另一方面药剂使用效率低，增大循环水生产运行成本；反之，总磷含量过小，易引起冷却器的腐蚀和结垢，影响循环水系统的正常运行。一循加药合格率2003年与2002年比较见表4。
表4　　 2002与2003年一循总磷监测数据比较

　　　　　使用自动加药控制系统初期，由于操作不熟练，没有及时根据化学分析数据对控制系统进行调整，使少数加药量受到影响。但总的来说，加药合格率显著提高。
2.4 腐蚀与结垢
　　循环水系统的腐蚀与结垢情况主要通过对监测换热器进行数据采集、分析，2003年应用自动加药系统和阻垢缓蚀剂ZH345SJ期间，系统腐蚀率、粘附速率明显优于2002年使用阻垢缓蚀剂ZH343SJ和人工间断式投加水处理剂的情况。

　　从图1可以看出，2003年系统的粘附速率远优于≯20M.C.M的控制指标，均在8.0 M.C.M以下，且波动幅度小，年平均值仅6.16 M.C.M。
　　从图2分析，2003年循环水系统腐蚀率月度监测数据好于2002年。特别是8～11月连续四个月系统腐蚀率低于0.02mm/a，一年中有一半时间控制在这一水平范围内，腐蚀率年平均值仅0.0396mm/a，与2002年比降低了40.18%。
　　系统腐蚀速率和粘附速率双双达到历史最好水平，主要是新设备和新技术应用的结果，使循环水中水处理药剂分布均匀、浓度变化幅度小、使用效率高。
2.5 生物粘泥、COD、悬浮物、细菌
　　生物粘泥主要是由菌胶团、藻类、软泥、原生动物和昆虫及由微生物分泌物所粘附的有机物、无机物、沙粒、泥浆、化学污染物等组成。生物粘泥和生产装置的泄漏会引起COD的升高，细菌超标和悬浮物的增多。
　　循环水通过生物旁滤池过滤，可有效降低循环水中的生物粘泥、COD、悬浮物和微生物。人工间断式投加水处理剂期间，一循旁滤池每年反冲洗超过30次。2003年生物粘泥监测值基本控制在＜0.1mL/m³的水平，全年旁滤池只清洗了10次。不但减轻了工作人员的劳动强度，更重要的是旁滤池能长周期正常运行，节约了大量的反冲洗用水，降低了循环水的生产成本。
　　从表5的统计数据比较2003年与2002年的情况，循环水生物粘泥、铁细菌、硫酸盐还原菌有所降低，COD、异养菌监测值增大，悬浮物量基本持平。

表5　 2002-2003年COD、悬浮物、生物粘泥、细菌监测数据统计表

3 管理水平提高

　　2003年一循水质达到历年来的最好水平，管理水平也进一步提高。主要物耗数据见表6。

表6　 2002-2003年生产物耗数据比较

　　在循环水生产量增加12.14%情况下，补充水量却下降了33.41%，吨循环水耗药量基本持平。循环水浓缩倍数的提高是补充水量下降的主要原因。

4 效益显著

4.1经济效益
　　一循自动加药控制系统和示踪型阻垢缓蚀剂ZH345SJ投用的经济效益是显著的。降低了冷换设备的腐蚀率和粘附速率，降低了新鲜水的消耗量，也降低了排污量，减少污水处理费用。主要表现在：
　　⑴有利于提高冷换器的换热效率，降低循环水的用量，降低动力消耗，提高产品收率；
　　⑵使设备处于长周期良好运行状态，减少了非计划维修和停车检修次数，降低了维修费用；
　　⑶改善循环水水质，降低设备腐蚀，延长设备使用寿命；
　　⑷自动控制加药实现无人化操作，具有自动化程度高、控制准确、运行安全可靠、管理方便的优点，而且节省人力，降低人工成本。
　　仅降低新鲜水的消耗量和减少排污量方面：
　　⑴节约新鲜水费用：[（75.73-50.43）×24×365+20×15]×0.5＝11.10万元/年（按每吨新鲜水成本0.50元计算）；
　　⑵减少污水处理费用为：[（75.73-50.43）×24×365+20×15]×2＝44.38万元/年（按每吨污水处理费用为2.00元计算）。此项可节省费用55万元以上。
4.2 环保效益
　　从表7的数据可以看出，阻垢缓蚀剂ZH345SJ与ZH343SJ相比，含磷量降低很多。2003年与2002年相比，总循环水量增加了12.14%，水处理剂中磷酸盐消耗量应同步增长，由表8推算结果来看，水处理剂消耗量不仅未增长，反而减少了，降低了污水中总磷的排放量，说明新设备和技术的应用更有利于环保保护，也有利于企业可持续发展。
表7　 ZH343SJ与ZH345SJ总磷含量对照表

表8　 2003年药剂消耗量推算表

5 存在的问题及措施

　　虽然2003年循环水水质达到历史最好水平，但仍有部分水质数据下滑：
　　（1） 循环水浊度显著升高，悬浮物含量超标，对水质稳定存在潜在影响，要加强对旁滤池的操作管理，进一步提高其工作效率，降低循环水浊度和悬浮物量；
　　（2）自动加药控制系统受循环水系统渗漏、非氧化性杀菌剂的使用、操作调整不及时等诸方面因素影响加药合格率，要全面掌握自动加药控制系统的工作特性，根据循环水系统的运行状况适时调整操作，使循环水系统稳定运行，保证加药合格率，使设备腐蚀和结垢状况稳定一个较低的水平；
　　（3） 异养菌监测数据升高，加强对日常冲击性加氯杀菌管理，适当增加非氧化性杀菌剂杀菌灭藻的次数，控制微生物的生长繁殖。

6 结论

　　2003年是武汉石化循环水管理水平和水质提高最快的一年。这一成果的取得与循环水处理工艺的改进、新技术的应用息息相关。自动加药控制系统YL-100和示踪型阻垢缓蚀剂ZH345SJ在一循应用是成功的。
　　（1）循环水的浓缩倍数、冷换设备的腐蚀率、粘附速率等重要指标达到历史最好水平，为循环水新技术的应用、水质管理提供了宝贵的经验。
　　（2）循环水中药剂浓度均匀稳定并控制在指标的中下限水平，降低了药剂的使用量且水质更加稳定。
　　（3）降低了循环水的生产成倍，具有显著的经济效益和环保效益，为企业的可持续发展作出了贡献。