揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工廠的循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)

1、         06-03-06 14:27:00     作者：陳敏    編輯：studa9ngns摘要：石油化工裝置循環(huán)冷卻用水約占生產(chǎn)總用水量的90%。結(jié)合揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工廠的工程實(shí)例，從濃縮倍數(shù)的計(jì)算與取值、循環(huán)冷卻水處理藥劑的選擇和計(jì)算、菌藻處理方法的確定、旁流水處理的設(shè)計(jì)等幾方面具體說明循環(huán)冷卻水處理的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水處理 監(jiān)測換熱 旁流 濃縮倍數(shù) 緩蝕 阻垢  1工程概況揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工

2、廠是揚(yáng)子石化公司和德國巴斯夫公司合資建設(shè)的工廠，由13萬t/a乙苯(EB)、12萬t/a苯乙烯(SM)和10.2萬t/a聚苯乙烯(PS)裝置及其相應(yīng)的配套輔助生產(chǎn)設(shè)施和公用工程系統(tǒng)組成。工程總投資約18億元人民幣，于1997年10月正式投產(chǎn)運(yùn)行。其循環(huán)水站的設(shè)計(jì)規(guī)模為15000m3/h，循環(huán)冷卻給水溫度t2=33、回水溫度t1=43，冷卻溫差t=10。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為敞開式，設(shè)計(jì)選用仿瑪利600型橫流式機(jī)械通風(fēng)冷卻塔，共3組6格，其配套風(fēng)機(jī)為L85A型軸流風(fēng)機(jī)。 2循環(huán)冷卻水處理的基本要素循環(huán)冷卻水處理工藝流程的設(shè)計(jì)是根據(jù)熱交換設(shè)備對(duì)污垢熱阻和腐蝕率的要求，補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo)、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)

3、準(zhǔn)，同時(shí)吸取了揚(yáng)子石化公司現(xiàn)有循環(huán)水站成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定的。 2.1熱交換設(shè)備對(duì)污垢熱阻和腐蝕率的要求 揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工廠的熱交換設(shè)備對(duì)污垢熱阻和腐蝕率的要求如下： 污垢熱阻：1.72×10-43.44×10-4m2.K/W；腐蝕率：0.125mm/a。 2.2補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo) 揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)充水為揚(yáng)子石化公司的工業(yè)用水，其水質(zhì)指標(biāo)如下： 溫度34；pH值88.2；濁度2mg/L；甲基橙堿度(以CaCO3計(jì))：86mg/L；總固體：146mg/L；溶解固體：132mg/L；總硬度(以CaCO3計(jì))：100mg/L；重碳酸

4、鹽硬度(以CaCO3計(jì))：85.5mg/L；游離CO2：2.2mg/L；HCO-3：104.9mg/L；Cl-：9.57mg/L；SO2-4：24.0mg/L；F-：0.08mg/L；SiO2：12.4mg/L；PO3-4：0.02mg/L；CO2-3：無；K+：1.6mg/L；Na+：8.2mg/L；NO-3：2.0mg/L；Ca2+：29.4mg/L；Mg2+：6.21mg/L；總Fe：0.077 mg/L；Cu2+：0.012mg/L；溶解氧：9.52mg/L；CODMn：2.32mg/L；油：1.0mg/L。 2.3循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) 揚(yáng)子巴斯夫苯乙烯合資工廠循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行

5、工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50050-95)，具體如下： 懸浮物10mg/L；pH值：7.09.0；甲基橙堿度500mg/L；Ca2+：30200mg/L；Fe2+<0.5mg/L；Cl-300mg/L；SO2-4與Cl-之和1 500mg/L；硅酸(以Mg2+×SiO2計(jì))15 000mg/L；游離氯：0.51.0mg/L；石油類5mg/L。 2.4循環(huán)冷卻水處理的內(nèi)容循環(huán)冷卻水系統(tǒng)由6個(gè)流程組成，除主流程外，其余的加藥流程、加氯流程、加酸流程、監(jiān)測換熱流程、旁流流程均為循環(huán)冷卻水處理的5個(gè)組成內(nèi)容?，F(xiàn)簡述如下，同時(shí)參見圖1。 圖1循環(huán)冷卻水系統(tǒng)(1)主流程：循環(huán)冷卻水

6、系統(tǒng)的補(bǔ)充水為揚(yáng)子石化公司的工業(yè)用水，5臺(tái)循環(huán)水泵(3用2備)由冷卻塔塔下水池吸水加壓后進(jìn)入循環(huán)冷卻給水管，用于供應(yīng)工藝裝置的冷卻用水。循環(huán)冷卻回水則通過循環(huán)冷卻回水管返回循環(huán)水站，經(jīng)冷卻塔的配水系統(tǒng)均勻分布后，在冷卻塔內(nèi)自上而下進(jìn)行氣水換熱降溫，冷卻后進(jìn)入塔下水池，再經(jīng)循環(huán)水泵加壓供出。如此循環(huán)往復(fù)。(2)加藥流程：為控制循環(huán)冷卻水流經(jīng)的管道和熱交換設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢，必須向循環(huán)冷卻水投加緩蝕阻垢藥劑。另外，在系統(tǒng)正常運(yùn)行之前，必須先投加預(yù)膜劑，使金屬表面形成一層完好的緩蝕的保護(hù)膜。本系統(tǒng)中，藥劑原液通過自吸泵或人工搬運(yùn)送入貯藥罐，然后按一定比例加入稀釋水(工業(yè)水或循環(huán)冷卻水)，或者直接將原液

7、攪拌后自流進(jìn)入藥劑溶液罐，再由2臺(tái)計(jì)量泵(1用1備)將藥液送入冷卻塔塔下水池。(3)加氯流程：為控制菌藻類等微生物的繁殖，必須向循環(huán)冷卻水投加殺生劑。本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)選用的殺生劑為液氯。氯氣從氯瓶中蒸發(fā)，依次經(jīng)過氯氣過濾器、真空調(diào)節(jié)器、加氯控制柜，最終通過水射器送入冷卻塔塔下水池。本系統(tǒng)還包括一個(gè)在線余氯分析儀，控制余氯0.51.0mg/L，同時(shí)在線余氯分析儀與加氯機(jī)聯(lián)鎖，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)自動(dòng)加氯。設(shè)計(jì)2套加氯系統(tǒng)，1用1備，可自動(dòng)或人工切換。(4)加酸流程：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在每次正常運(yùn)行之前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行酸洗；另外，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的過程中，為保證緩蝕阻垢劑處理效果而需降低系統(tǒng)pH值時(shí)，也進(jìn)行加酸處理。

8、本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)選用的濃硫酸通過硫酸泵進(jìn)入硫酸貯罐中，然后通過水射器送入冷卻塔塔下水池。(5)監(jiān)測換熱流程：循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過程中，應(yīng)采用必要的監(jiān)測手段，以隨時(shí)掌握循環(huán)冷卻水處理的效果，并根據(jù)監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)及時(shí)采取相應(yīng)的措施，以期達(dá)到良好的效果。本系統(tǒng)中，在循環(huán)冷卻給水管的旁路上設(shè)置了一個(gè)模擬工藝裝置熱交換設(shè)備的小型熱交換器(監(jiān)測換熱器)，其熱源為低壓飽和蒸氣。在監(jiān)測換熱器的循環(huán)冷卻回水管上安裝掛片，通過對(duì)掛片的定期化驗(yàn)分析，可以推斷循環(huán)冷卻水流經(jīng)的管道和熱交換設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢狀況。(6)旁流流程：旁流的目的是保持循環(huán)冷卻水水質(zhì)，使系統(tǒng)在滿足濃縮倍數(shù)的條件下有效、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。在高濃縮倍

9、數(shù)條件運(yùn)行時(shí)，可減少補(bǔ)充水量和排污水量，減輕對(duì)環(huán)境的污染。本系統(tǒng)中，約2.5%的循環(huán)冷卻回水流經(jīng)2組全自動(dòng)無閥過濾器，濾后水進(jìn)入冷卻塔塔下水池。2組全自動(dòng)無閥過濾器利用虹吸原理可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖洗。     06-03-06 14:27:00     作者：陳敏    編輯：studa9ngns3循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)簡述3.1濃縮倍數(shù)的計(jì)算與取值濃縮倍數(shù)即循環(huán)冷卻水的含鹽濃度與補(bǔ)充水含鹽濃度的比值。循環(huán)冷卻水在系統(tǒng)運(yùn)行過程中有蒸發(fā)損失、風(fēng)吹損失和排污損失(包括生產(chǎn)中滲漏損失)3種水

10、量損失，這3種水量損失的總和由補(bǔ)充水補(bǔ)給。系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)到平衡時(shí)，從系統(tǒng)排出的鹽量等于進(jìn)入系統(tǒng)的鹽量，即：Cri.(Qb+Qw)=Cmi.Qm =Cmi.(Qe+Qw+Qb)因此，式中N濃縮倍數(shù)； Cri循環(huán)冷卻水的含鹽濃度，mg/L； Cmi補(bǔ)充水的含鹽濃度，mg/L； Qm補(bǔ)充水量，m3/h； Qb排污水量，m3/h； Qe蒸發(fā)水量，m3/h； Qw風(fēng)吹損失水量，m3/h。 為防止產(chǎn)生結(jié)垢，應(yīng)使循環(huán)冷卻水的碳酸鹽硬度小于極限碳酸鹽硬度。從上式可以看出，在補(bǔ)充水含鹽濃度(Cmi)不變的情況下，如果降低循環(huán)冷卻水的濃縮倍數(shù)(N)，即降低循環(huán)冷卻水的含鹽濃度(Cri)，就可以有效地控制系統(tǒng)結(jié)垢。但是

11、， 降低濃縮倍數(shù)，勢必以增加排污量為代價(jià)，這樣一方面影響環(huán)境保護(hù)；另一方面增加了補(bǔ)充水量，造成水資源的浪費(fèi)。因此，不加限制地降低濃縮倍數(shù)是不經(jīng)濟(jì)且不合理的。 本系統(tǒng)中，根據(jù)補(bǔ)充水的水質(zhì)指標(biāo)、循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并吸取揚(yáng)子石化公司現(xiàn)有循環(huán)水站成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也考慮到節(jié)約用水、保護(hù)環(huán)境因素，將濃縮倍數(shù)取為2.15。經(jīng)過2年來的運(yùn)行，濃縮倍數(shù)已達(dá)到3.0。 3.2循環(huán)冷卻水處理藥劑的選擇和計(jì)算 3.2.1藥劑的選擇 在循環(huán)冷卻水處理中經(jīng)常使用的藥劑有緩蝕劑、阻垢劑和復(fù)合型藥劑3種。 緩蝕劑的作用是能在金屬表面形成一層致密而連續(xù)的金屬氧化膜或其它類型的膜，將金屬表面覆蓋起來，從而與腐蝕介質(zhì)隔絕，

12、防止腐蝕。阻垢劑的作用是利用其與水中的金屬離子起絡(luò)合反應(yīng)而產(chǎn)生可溶性絡(luò)合鹽，使金屬離子的結(jié)垢傾向受到抑制，不易結(jié)成堅(jiān)硬的水垢；同時(shí)，阻垢劑的作用還在于其吸附作用與分散作用；通過提高結(jié)垢物質(zhì)微粒表面的電荷密度，使微粒間排斥力增大，降低結(jié)晶速度，并使晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，從而防止結(jié)成硬實(shí)的水垢。 循環(huán)冷卻水處理包括對(duì)結(jié)垢、污垢、腐蝕和微生物等幾方面的控制，無論是緩蝕劑、阻垢劑或其它藥劑都有其片面的作用范圍，難以滿足多方面的需要。因此，采用具有協(xié)同效應(yīng)進(jìn)而是互為增效的復(fù)合配方即復(fù)合型藥劑，對(duì)保證循環(huán)冷卻水的水質(zhì)，使系統(tǒng)運(yùn)行高效、可靠，均具有重要意義。本系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)選用的JC-463型緩蝕阻垢劑，是有機(jī)磷

13、、共聚物和銅緩蝕劑的復(fù)合配方。該配方經(jīng)長江南京段水質(zhì)多年運(yùn)行的結(jié)果表明，效果良好，具有緩蝕、阻垢、分散等多種作用。該配方的優(yōu)異性能表現(xiàn)在其可在堿性條件下使用，不需調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水的pH值，對(duì)環(huán)境的污染輕微，以及防止碳酸鈣垢、磷酸鈣垢效果好等方面。 3.2.2加藥量的計(jì)算 系統(tǒng)的首次加藥量應(yīng)為：式中Gf系統(tǒng)首次加藥量，kg； V系統(tǒng)容積，m3； g單位體積循環(huán)冷卻水的加藥量，mg/L。伴隨系統(tǒng)運(yùn)行，風(fēng)吹損失及排污損失均會(huì)帶走部分藥劑，而進(jìn)入系統(tǒng)的補(bǔ)充水是不含藥劑的，這將導(dǎo)致循環(huán)冷卻水中的藥劑濃度下降，不能達(dá)到預(yù)期效果。因此，應(yīng)不斷向循環(huán)冷卻水中補(bǔ)充藥劑，以確保循環(huán)冷卻水中的藥劑濃度相對(duì)穩(wěn)定。其加藥

14、量應(yīng)為：式中Gr系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的加藥量，kg/h；其余符號(hào)含義同上。當(dāng)冷卻塔進(jìn)出水溫差為t=10，設(shè)計(jì)干球溫度為32.6時(shí)，蒸發(fā)損失水量約占總水量的1.6%，循環(huán)水站的設(shè)計(jì)規(guī)模為15000m3/h，濃縮倍數(shù)N=2.15，JC-463型緩蝕阻垢劑在長江南京段水質(zhì)的投用量g=60mg/L，由此可得系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的加藥量為：3.3菌藻處理方法的確定與計(jì)算循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的水溫和pH值均適宜微生物生長，冷卻塔塔下水池又常年露置室外，陽光充足，這更給微生物的生長繁殖創(chuàng)造了條件。微生物主要是菌藻類，它們的存在不僅使水質(zhì)惡化，還與其它有機(jī)或無機(jī)雜質(zhì)構(gòu)成粘垢附著、沉積在系統(tǒng)內(nèi)，增加了水流阻力

15、，并且嚴(yán)重地降低了熱交換設(shè)備的傳熱效率，粘垢不僅妨礙緩蝕劑發(fā)揮其防腐蝕功能，甚至促進(jìn)腐蝕過程。因此，必須采取適當(dāng)措施控制菌藻類在循環(huán)冷卻水中的生長繁殖。目前最常用的辦法是投加殺生劑。 3.3.1殺生劑類型的選定 殺生劑按機(jī)理分為氧化型殺生劑、非氧化型殺生劑和表面活性劑殺生劑3類。 氧化型殺生劑主要為液氯及氯酸鹽，它們在水中發(fā)生如下水解反應(yīng)：Cl2+H2OH+Cl-+HClO HClOH+ClO- 2ClO-+H2OHClO+ClO-+OH- 起殺菌作用的主要是HClO，ClO-的殺菌能力只有HClO的1%2%。用氯殺菌，能與較多緩蝕、阻垢劑配合使用，彼此干擾少，殺菌效果好，而且價(jià)廉、制取方便，在水處理領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。 非氧化型殺生劑主要有硫酸銅和氯酚類。通常硫酸銅不能單獨(dú)使用，一方面是為了防止Cu2+