渭河化肥廠大型循環(huán)冷卻水處理

1、渭河化肥廠大型循環(huán)冷卻水處理             摘要渭河化肥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是國內(nèi)大化肥裝置單套處理能力最大的，原設(shè)計采用進口水質(zhì)穩(wěn)定劑。采用國產(chǎn)水質(zhì)穩(wěn)定劑替代進口藥劑，對個別殼程換熱器采用氮氣吹掃，對熱負荷較高的換熱設(shè)備加裝電子除垢儀，使循環(huán)水系統(tǒng)主要控制指標的合格率達到100。 關(guān)鍵詞循環(huán)冷卻水 水處理 水質(zhì)穩(wěn)定劑 渭河化肥廠是90年代從國外引進的以煤為原料、年產(chǎn)30×104合成氨，52×104尿素的大型化肥廠。眾所周知，循環(huán)水是化工企業(yè)的“血液

2、”，循環(huán)水系統(tǒng)的平衡與否直接關(guān)系著全廠的安全 、穩(wěn)定、長周期、滿負荷生產(chǎn)。優(yōu)良的方案與管理可以大大降低換熱器的腐蝕和結(jié)垢，延長設(shè)備的使用壽命。渭河化肥廠循環(huán)水系統(tǒng)在目前國內(nèi)大化肥裝置中單套系統(tǒng)處理能力最大，相當(dāng)于其它大化肥循環(huán)水量兩倍之多。另外，由于工藝線路長，換熱器多，換熱器材質(zhì)多樣化，加之水質(zhì)變化大，造成處理技術(shù)與水質(zhì)管理的復(fù)雜性。該系統(tǒng)自1995年9月16日開車至1998年7月20日大修停車，歷經(jīng)2年10個月的長周期運行，取得了良好的應(yīng)用效果和經(jīng)濟效益，管平均腐蝕率小于0.041 mm/a。 1循環(huán)水系統(tǒng)特點 1.1循環(huán)水系統(tǒng)組成渭化循環(huán)水系統(tǒng)有效容積為15000m3，循環(huán)水量為4076

3、0m3/h，經(jīng)3臺循環(huán)水泵(2大1小，大泵16000m3/h，小泵70009000m3/h)，分供于全廠的換熱設(shè)備，其流量分配見表1。 表1 循環(huán)水系統(tǒng)流量分配   m3.h-1 用戶合成空分發(fā)電機尿素動力空壓站最大流量11319138601500780016550正常流量102901260070507350150581.2系統(tǒng)特點 1.2.1水質(zhì)變化大 循環(huán)水系統(tǒng)的補水原設(shè)計為尤河水（地表水）和白楊水（地下水）按1:1比例混合。水質(zhì)情況見表2。 表2 尤河水和白楊水及兩者1：1混合水質(zhì) 項目pH值電導(dǎo)率/（s.cm-1)堿度/（mg.L-1)硬度/（mg.L-1)Ca2+

4、/(mg.L-1)Mg2+/(mg.L-1)Cl-/(mg.L-1)SO42-/(mg.L-1)SiO2/(mg.L-1)尤河：白楊（1：1）8.121114.02235.25213.4048.7513.3657.6874.717.91白楊水7.811730.70363.50268.8063.1122.8298.37109.9712.63尤河水8.42497.33140.00140.0034.394.1216.5939.442.98注：本文中的堿度、硬度、鈣硬均以CaCO3計。由于近年來地表水水源充足，自1995年9月以來，循環(huán)水系統(tǒng)的補水一直用尤河（尤河水為弱腐蝕性水，原水IR值為7.19）

5、，該水源水質(zhì)又隨季節(jié)而變，其水質(zhì)變化數(shù)據(jù)見表3。 表3  尤河豐水季和枯水季平均水質(zhì) 項目pH值電導(dǎo)率/（s.cm-1)堿度/（mg.L-1)硬度/（mg.L-1)鈣硬/(mg.L-1)Cl-/(mg.L-1)SO42-/(mg.L-1)SiO2/(mg.L-1)1996.18.26408.99136.45163.15116.6311.4960.095.771996.68.19364.08100.19116.7551.4211.8243.222.101997.18.22411.36137.63160.08116.6211.0160.116.021997.68.16397.70102.

6、62120.9071.9011.1745.502.231.2.2有效容積大，流程長系統(tǒng)有效容積15000m3，且為一單獨系統(tǒng)，這就增加了系統(tǒng)適應(yīng)配方的難度。流程長主要是因為該工藝在開車過程中循環(huán)水要歷經(jīng)動力高鍋、空分、氣化、合成氨、尿素等系統(tǒng)，前系統(tǒng)已進入正常熱態(tài)而后系統(tǒng)還處于冷態(tài)（正常開車時間為一周），這就加大了開停車過程中水質(zhì)處理的困難。1.2.3換熱器類型數(shù)量多，材質(zhì)多樣化循環(huán)水系統(tǒng)主要換熱器共有82臺，其中水走殼程的17臺，還有3臺板式換熱器。材質(zhì)有碳鋼、黃銅、不銹鋼，且鋼材占有相當(dāng)大的比例。這些特點決定了渭化循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定處理的復(fù)雜性。    

7、60;     2國外藥劑應(yīng)用階段 2.1國外藥劑S-1050的組成及特點 KURITAS-1050是日本栗田公司開發(fā)研制的適用于高硬、高堿、高pH值、高含鹽量的全有機配方，主要成份是水溶性磺酸共聚物，有機膦酸鹽，銅緩蝕劑及一些助劑為主的復(fù)合緩蝕阻垢劑。其中水溶性共聚物的同一分子鏈上含有弱酸基團(-COOH等)，強酸基團(-SO3H)和非離子基團(-COOR)等。因此，對不同的粒子、離子、晶體等產(chǎn)生不同的吸附和分散作用，控制其生長速度，分散微晶，阻止CaCO3、Ca3(PO4)2、Zn(OH)2等成垢。2.2應(yīng)用效果循環(huán)水系統(tǒng)的原始開車時間為1995年9

8、月16日，根據(jù)處理方案依次完成了系統(tǒng)的化學(xué)清洗和化學(xué)預(yù)膜后轉(zhuǎn)入正常運行，在這一階段系統(tǒng)采用了日本栗田公司提供的水處理方案與藥劑，至1996年3月11日運行6個月，其運行控制方案和監(jiān)測結(jié)果見表4。 表4 運行方案、水質(zhì)及監(jiān)測結(jié)果時間方案循環(huán)水試管腐蝕率/（mm.a-1)粘附速率/（m.c.m）試片腐蝕率（20#）/（mm.a-1)Ca2+M堿/（mg.L-1)濃縮倍數(shù)結(jié)果級別平均最高最低平均最高最低結(jié)果級別結(jié)果級別結(jié)果級別1995.9.17-10.30S1050:(NaPO3)6:ZnSO4.7H2O=3.6:1:1.1168.4197.21148.911.62.21.20.041很好0.58很

9、好0.012很好1995.10.30-96.4.30S1050:(NaPO3)6=3.6:1278.4342.0162.22.63.11.80.013很好0.85很好0.016很好在每一個階段運行控制中，主要指標合格率均在93以上。在國外藥劑應(yīng)用階段，監(jiān)測掛片與試管的腐蝕率、粘附速率均達到中石化規(guī)定的優(yōu)良級。2.3運行費用自1995年9月19日循環(huán)水系統(tǒng)轉(zhuǎn)入維護運行，至1996年3月11日藥劑國產(chǎn)化，其間共耗藥劑KURITA S-1050 33.6 t(每噸KURITA S-1050合人民幣約4.8萬元)，殺菌劑KURITA F-4900 5.2 t(每噸合人民幣約5.6萬元)，共耗費用約19

10、0.4萬元。 3國產(chǎn)化藥劑替代進口藥劑 3.1SW-606組成及特點 由于進口藥劑KURITA S1050、F4900價格昂貴。我廠1992年開始著手進行國產(chǎn)化藥劑的研制工作。經(jīng)過與陜西省石油化工研究院水處理研究所的共同攻關(guān)，開發(fā)出S1050的替代品SW606。經(jīng)動態(tài)模擬試驗和工業(yè)性放大試驗（在陜西省化工總廠循環(huán)水量為1200 m3/h冷卻水系統(tǒng)進行試驗），證明SW606與進口藥劑KURITA S1050在性能上相當(dāng)。這一研制成果為我廠大型冷卻水系統(tǒng)藥劑的國產(chǎn)化提供了理論依據(jù)。 國產(chǎn)化藥劑SW606的主要成份為有機膦酸鹽，有機膦羧酸，水溶性磺酸共聚物阻垢分散劑，緩蝕劑等1。各組份配伍性能好，協(xié)

11、調(diào)增效作用強，前組份對后組份有很高的穩(wěn)定性。可通過適當(dāng)調(diào)整緩蝕劑用量，使SW606既可用于高硬、高堿、高含鹽量的結(jié)垢水，又可用于腐蝕型水質(zhì)，增強了它的適用性。 3.2應(yīng)用效果 1996年3月11日，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)用國產(chǎn)藥劑SW606替代進口藥劑S1050，到1998年7月20運行時間達2年4個月。在此期間，根據(jù)補水水質(zhì)、循環(huán)水水質(zhì)、后系統(tǒng)熱負荷情況，適時地調(diào)整循環(huán)水的運行方案，取得了較好的應(yīng)用效果。其運行方案、水質(zhì)及監(jiān)測結(jié)果見表5。 表5 運行方案、水質(zhì)及監(jiān)測結(jié)果時間方案循環(huán)水試管腐蝕率/（mm.a-1)粘附速率/（m.c.m）試片腐蝕率（20#）/（mm.a-1)Ca2+M堿/（mg.L-1

12、)濃縮倍數(shù)結(jié)果級別平均最高最低平均最高最低結(jié)果級別結(jié)果級別結(jié)果級別1996.5.13-97.5.17SW-606+ZnSO4.7H2O520.81620.7360.03.84.22.50.022很好2.55很好0.05好1997.5.17-99.7.9SW-606760.54942.5452.284.245.052.80.02很好1.90很好0.067好通過表5可知渭河化肥廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)穩(wěn)定處理，國產(chǎn)藥劑SW606替代KURITAS1050 是比較成功的。主要控制指標合格率接近和達到了100。 3.3運行費用藥劑國產(chǎn)化以來的年個月的運行過程中，共消耗SW606藥劑194.8 t（凈液價

13、1.7萬元t），XF990殺菌劑21.2 t（1.45萬元t），ZS601藥劑6.8 t（1.35萬元t），NKC650藥劑11.45t（1.4萬元t），費用合計為387.11萬元，比進口藥劑KURITA S1050、F4900每年節(jié)約費用約242.25萬元，經(jīng)濟效益顯著。 4特殊問題處理 我廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)經(jīng)過年10個月的長周期運行，經(jīng)歷了各種工況的考驗（特別是長時間冷態(tài)運行），取得了一些比較好的應(yīng)用效果，這期間針對系統(tǒng)中存在的問題及時提出并制定措施，取得了滿意的成果。 回水旁路管640 mm設(shè)計偏小，造成基礎(chǔ)處理過程溢塔問題。對此，根據(jù)計算增加4根800 mm回水旁路管，滿足了回水流量的要

14、求。 殼程換熱器存在嚴重垢下腐蝕。根據(jù)經(jīng)驗在該換熱器進口處增加氮氣擾動管線和反向回流旁路，定期進行操作，防止由于低流速而產(chǎn)生的沉積、腐蝕，應(yīng)用效果良好。 E61、E07在運行過程中結(jié)垢嚴重。E61、E07是空分系統(tǒng)兩臺冷換器（即氨水冷卻器和空氣水冷卻器），其中E07用于冷卻和洗滌壓縮空氣，而E61是用液氮來冷卻用于E07的循環(huán)水，該股循環(huán)水在進入E61之前又經(jīng)過E60污氮冷卻塔的蒸發(fā)和氣提，使該股循環(huán)水（100 m3h，）在原高硬、高堿、高pH的基礎(chǔ)上進一步濃縮，再加E61氨水冷卻器低壁溫影響，在水側(cè)形成大量CaCO3·H2O結(jié)晶。對此，將用于該系統(tǒng)苛刻條件下的循環(huán)水改為一次水，同時在E61入口加裝一臺靜電除垢儀。經(jīng)過年半的運行，E61、E07水側(cè)基本無沉積鹽析出，