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)冷卻水處理渭河化肥廠是90年代從國外引進的以煤為原料、年產(chǎn)30104合成氨，52104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”，循環(huán)水系統(tǒng)的平衡與否直接關系著全廠的安全 、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垢，延長設備的使用壽命。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，換熱器材質多樣化，加之水質變化大，造成處理技術與水質管理的復雜性。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

2、的應用效果和經(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40760m3/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水質變化大 循環(huán)水系統(tǒng)的補水原設計為尤河水（地表水）和白楊水（地下水）按1:1比例混合。水質情況見表

3、2。表2 尤河水和白楊水及兩者1：1混合水質 項目pH值電導率/（s.cm-1)堿度/（mg.L-1)硬度/（mg.L-1)Ca2+/(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

4、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），該水源水質又隨季節(jié)而變，其水質變化數(shù)據(jù)見表3。 表3 尤河豐水季和枯水季平均水質 項目pH值電導率/（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.

5、22411.36137.63160.08116.6211.0160.116.021997.68.16397.70102.62120.9071.9011.1745.502.231.2.2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處理的困難。1.2.3換熱器類型數(shù)量多，材質多樣化循環(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。材質有碳鋼、黃銅、不銹鋼

6、，且鋼材占有相當大的比例。這些特點決定了渭化循環(huán)冷卻水水質穩(wěn)定處理的復雜性。 2國外藥劑應用階段 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應用效果循環(huán)水系統(tǒng)的原始

7、開車時間為1995年9月16日，根據(jù)處理方案依次完成了系統(tǒng)的化學清洗和化學預膜后轉入正常運行，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)測結果見表4。 表4 運行方案、水質及監(jiān)測結果時間方案循環(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)結果級別平均最高最低平均最高最低結果級別結果級別結果級別1995.9.17-10.30S1050:(NaPO3)6:ZnSO4.7H2O=3.6:1:1.1168.4197.21148.911.62.21.20

8、.041很好0.58很好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

9、萬元)，共耗費用約190.4萬元。 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，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。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

10、。各組份配伍性能好，協(xié)調增效作用強，前組份對后組份有很高的穩(wěn)定性?？赏ㄟ^適當調整緩蝕劑用量，使SW606既可用于高硬、高堿、高含鹽量的結垢水，又可用于腐蝕型水質，增強了它的適用性。 3.2應用效果 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、循環(huán)水水質、后系統(tǒng)熱負荷情況，適時地調整循環(huán)水的運行方案，取得了較好的應用效果。其運行方案、水質及監(jiān)測結果見表5。 表5 運行方案、水質及監(jiān)測結果時間方案循環(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

11、+M堿/（mg.L-1)濃縮倍數(shù)結果級別平均最高最低平均最高最低結果級別結果級別結果級別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

12、194.8 t（凈液價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設計偏小，造成基礎處理過程溢塔問題。對此，根據(jù)計算增加4根800 mm回水旁路

13、管，滿足了回水流量的要求。 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，應用效果良好。 E61、E07在運行過程中結垢嚴重。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的基礎上進一步濃縮，再加E61氨水冷卻器低壁溫影響，在水側形成大量CaCO3H2O2結晶。對此，將用于該系統(tǒng)苛刻條件下的循環(huán)水改為

14、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水側基本無沉積鹽析出，效果良好。 尿素UEA401A/B高壓吸收冷卻器由于其特殊的工藝條件（該換熱器應用二次循環(huán)水，設計條件進水38，出水83.3、通常在90左右）。在高熱負荷條件下出現(xiàn)結垢問題。該換熱器入口端加裝一臺靜電除垢儀，經(jīng)1年的實際運行，打開檢查效果良好。 溫度對混凝反應的影響經(jīng)過混凝反應形成的礬花同諸多因素有關，其中水溫是最重要的，它既影響化學反應，也影響水的粘度，所以也就影響了顆粒在水中的運動速度，影響礬花的形成和結大。 混凝反應速率和沉降速度與水溫也有密切關系1，其規(guī)律為反應速度和微粒沉降速度同水溫成正比

15、關系，實驗表明溫度每升高攝氏十度，反應速率要增高倍到倍，而最佳混凝溫度為10，在混凝反應中，溫度增高有利于混凝反應的發(fā)生。 此外2，水溫對水解反應有明顯的影響。 1 儀器、試劑1.1 試劑華光硫酸鋁（液體，含量5%），配制成1%（重量百分比）1.2 儀器 上海華水牌DC-506型臺式六聯(lián)攪拌儀 美國HACH-2100N濁度儀 日本HA-120M天平 上海浦東躍欣產(chǎn)6402-電子繼電器 上海標水模型廠產(chǎn)6511-電動攪拌機調速器 鎮(zhèn)江京口儀器廠產(chǎn)電接點玻璃水銀溫度計 江蘇金壇江南儀器廠產(chǎn)HH恒溫水浴鍋 1.3 其它 攪拌時的轉速與攪拌時間設置：300r/min 1min，90r/min 10mi

16、n 沉淀時間：30min 2 實驗2.1 實驗裝置將兩個HH恒溫水浴鍋連接在一起，盡量保持底部在同一水平面上，兩個水浴鍋用虹吸管相通，以保持水面一致，將DC-506型六聯(lián)攪拌儀放入兩個水浴鍋中，在攪拌儀的兩個腳上放兩片大小合適的較硬的物體，以防止水浴鍋被壓塌。只能使用六聯(lián)攪拌儀中的五個攪拌棒。實驗時將裝好原水的杯子放到已設定溫度的水浴鍋中操作即可。2.2 實驗結果本實驗對寧波自來水總公司下屬三個最大的水廠：江東水廠、南郊水廠、梅林水廠原水進行了溫度實驗，實驗結果如下。2.2.1 江東水廠原水：表1-1 原水濁度：20.9NTU表1-2* 加入量（ml）溫度（） 剩余濁度（NTU）加入量（ml）

17、溫度（） 剩余濁度（NTU）1.05.620.81.0 15.120.0 2.05.6 21.2 2.0 14.619.4 3.05.6 16.0 3.0 15.212.8 4.05.6 9.15 4.0 14.96.47 5.05.6 4.95 5.0 14.83.60 表1-3* 表1-4*加入量（ml） 溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 1.0 19.919.9 1.025.616.9 2.019.4 19.22.025.716.9 3.020.111.53.025.610.1 4.019.75.62 4.025.24.00 5.020.22.345.

18、025.42.02 表1-5* 表1-6* 加入量（ml） 溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml） 溫度（）剩余濁度（NTU）1.0 30.419.0 1.034.817.7 2.0 30.716.72.0 35.116.2 3.0 30.68.50 3.035.111.3 4.0 30.44.12 4.034.65.05 5.0 30.41.68 5.034.72.45 * 該實驗所用原水同表1-1 表2-1 原水濁度：27.1NTU 表2-2* 加入量（ml）溫度（） 剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 5.0 9.5 3.75 5.016.23.066.0

19、9.5 2.20 6.0 15.9 2.00 7.0 9.5 1.61 7.0 16.0 1.24 8.0 9.5 1.36 8.0 16.1 1.11 9.09.51.15 9.0 16.2 0.85 表2-3* 表2-4*加入量（ml）溫度（） 剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（） 剩余濁度（NTU）5.020.52.05 5.024.51.876.020.01.566.0 24.71.187.020.41.13 7.024.81.02 8.020.80.68 8.024.20.66 9.021.50.62 9.024.10.60 表2-5* 表2-6* 加入量（ml）溫度（）剩余濁

20、度（NTU） 加入量（ml） 溫度（）剩余濁度（NTU）5.0 30.51.745.035.0 1.806.030.51.066.0 35.11.19 7.030.10.86 7.0 35.1 1.09 8.030.60.63 8.0 35.0 0.77 9.030.20.469.0 35.0 0.75 * 該實驗所用原水同表2-1 2.2.2 南郊水廠原水 表3-1 原水濁度：5.35NTU 表3-2*加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（） 剩余濁度（NTU） 1.011.2 4.671.015.64.71 2.011.2 4.06 2.015.0 3.93 3.0

21、11.2 1.80 3.015.5 0.98 4.011.20.914.0 15.20.80 5.011.2 0.785.015.2 0.60表3-3* 表3-4*加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 1.0 21.44.54 1.0 24.95.12 2.021.5 3.76 2.025.13.88 3.021.5 0.64 3.024.90.59 4.021.5 0.39 4.025.10.35 5.021.50.35 5.025.10.33 表3-5* 表3-6* 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NT

22、U） 1.030.2 4.171.035.0 4.17 2.0 30.24.24 2.0 35.24.71 3.0 30.3 0.58 3.0 35.00.52 4.030.3 0.34 4.034.90.35 5.0 30.50.325.0 34.90.27 * 該實驗所用原水同表3-1 2.2.3 梅林水廠原水 表4-1 原水濁度：12.3NTU 表4-2# 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 1.010.511.8 1.014.9 11.7 2.0 10.511.6 2.0 14.9 10.6 3.0 10.54.28 3.0 14.9 3

23、.80 4.010.51.65 4.014.81.50 5.0 10.51.49 5.0 14.81.16 表4-3# 表4-4# 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 1.021.711.1 1.025.610.7 2.0 21.49.70 2.0 25.5 9.25 3.0 21.52.96 3.0 25.5 2.32 4.021.51.30 4.025.71.20 5.0 21.40.84 5.0 25.50.78 表4-5# 表4-6# 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 加入量（ml）溫度（）剩余濁度（NTU） 1.030.0 15

24、.3 1.035.113.9 2.0 31.29.09 2.0 34.610.1 3.0 30.62.05 3.0 35.13.45 4.030.81.10 4.034.91.44 5.0 31.00.54 5.0 34.9 0.97 # 該實驗所用原水同表4-1 3 結果與討論 溫度對混凝反應的影響是顯而易見的，因為所有的物理化學反應都是能量吸放的過程，溫度大小對于反應進行的程度，甚至于反應的方向都有很大的影響。 1 從表1-1到表1-6、-1到3-6、4-1到4-6可得，對于江東水廠、南郊水廠、梅林水廠而言，當混凝劑的加入量較低（例如，加入量為1ml）時，剩余濁度與溫度的關系毫無規(guī)律可言，當溫度上升時，相同混凝劑加入量的