渭河化肥廠大型循環(huán)冷卻水處理

渭河化肥廠大型循環(huán)冷卻水處理渭河化肥廠是90年頭從國外引進(jìn)的以煤為原料、年產(chǎn)30×104ｔ合成氨，52×104ｔ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)的平衡與否干脆關(guān)系著全廠的平安、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)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)備的運用壽命。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)處理實力最大，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)改變大，造成處理技術(shù)與水質(zhì)管理的困難性。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(jì)效益，管平均腐蝕率小于0.041mm/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7000～9000m3/h)，分供于全廠的換熱設(shè)備，其流量安排見表1。表1循環(huán)水系統(tǒng)流量安排

m3.h-1用戶合成空分發(fā)電機(jī)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)改變大

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)狀況見表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/（μs-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CaCO3計。由于近年來地表水水源足夠，自1995年9月以來，循環(huán)水系統(tǒng)的補水始終用尤河（尤河水為弱腐蝕性水，原水IR值為7.19），該水源水質(zhì)又隨季節(jié)而變，其水質(zhì)改變數(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/（μs-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)1996.18.26408.99136.45163.15116.6311.4960.095.771996.68.19364.08100.19116.7551.4211.8243.222.101997.18.22411.36137.63160.08116.6211.0160.116.021997.68.16397.70102.62120.9071.9011.1745.502.231.2.2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(jìn)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。這些特點確定了渭化循環(huán)冷卻水水質(zhì)穩(wěn)定處理的困難性。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(jī)配方，主要成份是水溶性磺酸共聚物，有機(jī)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(tuán)(-COOH等)，強(qiáng)酸基團(tuán)(-SO3H)和非離子基團(tuán)(-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，限制其生長速度，分散微晶，阻擋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月16日，依據(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)采納了日本栗田公司供應(yīng)的水處理方案與藥劑，至1996年3月11日運行6個月，其運行限制方案和監(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S1050:(NaPO3)6:ZnSO4.7H2O

=3.6:1:1.1168.4197.21148.911.62.21.20.041很好0.58很好0.012很好S1050:(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限制中，主要指標(biāo)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(dá)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(hù)運行，至1996年3月11日藥劑國產(chǎn)化，其間共耗藥劑KURITAS-105033.6t(每噸KURITAS-1050合人民幣約4.8萬元)，殺菌劑KURITAF-49005.2t(每噸合人民幣約5.6萬元)，共耗費用約190.4萬元。3國產(chǎn)化藥劑替代進(jìn)口藥劑3.1SW-606組成及特點

由于進(jìn)口藥劑KURITAS－1050、F－4900價格昂貴。我廠1992年起先著手進(jìn)行國產(chǎn)化藥劑的研制工作。經(jīng)過與陜西省石油化工探討院水處理探討所的共同攻關(guān)，開發(fā)出S－1050的替代品SW－606。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1200m3/h冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行試驗），證明SW－606與進(jìn)口藥劑KURITAS－1050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)化供應(yīng)了理論依據(jù)。

國產(chǎn)化藥劑SW－606的主要成份為有機(jī)膦酸鹽，有機(jī)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)調(diào)增效作用強(qiáng)，前組份對后組份有很高的穩(wěn)定性?？赏ㄟ^適當(dāng)調(diào)整緩蝕劑用量，使SW－606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)，增加了它的適用性。

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SW－606替代進(jìn)口藥劑S－1050，到1998年7月20運行時間達(dá)2年4個月。在此期間，依據(jù)補水水質(zhì)、循環(huán)水水質(zhì)、后系統(tǒng)熱負(fù)荷狀況，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)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SW-606+ZnSO4.7H2O520.81620.7360.03.84.22.50.022很好2.55很好0.05好SW-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SW－606替代KURITAS－1050是比較勝利的。主要限制指標(biāo)合格率接近和達(dá)到了100％。

3.3運行費用

藥劑國產(chǎn)化以來的２年４個月的運行過程中，共消耗SW－606藥劑194.8t（凈液價1.7萬元／t），XF－990殺菌劑21.2t（1.45萬元／t），ZS－601藥劑6.8t（1.35萬元／t），NKC－650藥劑11.45t（1.4萬元／t），費用合計為387.11萬元，比進(jìn)口藥劑KURITAS－1050、F－4900每年節(jié)約費用約242.25萬元，經(jīng)濟(jì)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２年10個月的長周期運行，經(jīng)驗了各種工況的考驗（特殊是長時間冷態(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)中存在的問題剛好提出并制定措施，取得了滿足的成果。

①回水旁路管Φ640mm設(shè)計偏小，造成基礎(chǔ)處理過程溢塔問題。對此，依據(jù)計算增加4根Φ800mm回水旁路管，滿足了回水流量的要求。

②殼程換熱器存在嚴(yán)峻垢下腐蝕。依據(jù)閱歷在該換熱器進(jìn)口處增加氮氣擾動管線和反向回流旁路，定期進(jìn)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。

③E－61、E－07在運行過程中結(jié)垢嚴(yán)峻。E－61、E－07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E－07用于冷卻和洗滌壓縮空氣，而E－61是用液氮來冷卻用于E－07的循環(huán)水，該股循環(huán)水在進(jìn)入E－61之前又經(jīng)過E－60污氮冷卻塔的蒸發(fā)和氣提，使該股循環(huán)水（100m3／h，）在原高硬、高堿、高pH的基礎(chǔ)上進(jìn)一步濃縮，再加E－61氨／水冷卻器低壁溫影響，在水側(cè)形成大量CaCO3·５H2O[2]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E－61入口加裝一臺靜電除垢儀。經(jīng)過１年半的運行，E－61、E－07水側(cè)基本無沉積鹽析出，效果良好。

④尿素U－EA401A/B高壓汲取冷卻器由于其特殊的工藝條件（該換熱器應(yīng)用二次循環(huán)水，設(shè)計條件進(jìn)水38℃，出水83.3℃、通常在90℃左右）。在高熱負(fù)荷條件下出現(xiàn)結(jié)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(yīng)的影響經(jīng)過混凝反應(yīng)形成的礬花同諸多因素有關(guān)，其中水溫是最重要的，它既影響化學(xué)反應(yīng)，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(jié)大。

混凝反應(yīng)速率和沉降速度與水溫也有親密關(guān)系[1]，其規(guī)律為反應(yīng)速度和微粒沉降速度同水溫成正比關(guān)系，試驗表明溫度每上升攝氏十度，反應(yīng)速率要增高１倍到２倍，而最佳混凝溫度為10℃，在混凝反應(yīng)中，溫度增高有利于混凝反應(yīng)的發(fā)生。

此外［2］，水溫對水解反應(yīng)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(biāo)水模型廠產(chǎn)6511-電動攪拌機(jī)調(diào)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(zhuǎn)速與攪拌時間設(shè)置：300r/min1min，90r/min10min

沉淀時間：30min2試驗2.1試驗裝置

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，以保持水面一樣，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。只能運用六聯(lián)攪拌儀中的五個攪拌棒。試驗時將裝好原水的杯子放到已設(shè)定溫度的水浴鍋中操作即可。

2.2試驗結(jié)果

本試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(jìn)行了溫度試驗，試驗結(jié)果如下。

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）溫度

（℃）剩余濁度

（NTU）1.05.620.81.015.120.02.05.621.22.014.619.43.05.616.03.015.212.84.05.69.154.014.96.475.05.64.955.014.83.60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）1.019.919.91.025.616.92.019.419.22.025.716.93.020.111.53.025.610.14.019.75.624.025.24.005.020.22.345.025.42.02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）1.030.419.01.034.817.72.030.716.72.035.116.23.030.68.503.035.111.34.030.44.124.034.65.055.030.41.685.034.72.45*該試驗所用原水同表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）5.09.53.755.016.23.066.09.52.206.015.92.007.09.51.617.016.01.248.09.51.368.016.11.119.09.51.159.016.20.85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）5.020.52.055.024.51.876.020.01.566.024.71.187.020.41.137.024.81.028.020.80.688.024.20.669.021.50.629.024.10.60表2-5*表2-6*加入量（ml）溫度（℃）剩余濁度（NTU）

加入量（ml）溫度（℃）剩余濁度（NTU）5.030.51.745.035.01.806.030.51.066.035.11.197.030.10.867.035.11.098.030.60.638.035.00.779.030.20.469.035.00.75**該試驗所用原水同表2-1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）1.011.24.671.015.64.712.011.24.062.015.03.933.011.21.803.015.50.984.011.20.914.015.20.805.011.20.785.015.20.60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）1.021.44.541.024.95.122.021.53.762.025.13.883.021.50.643.024.90.594.021.50.394.025.10.355.021.50.355.025.10.33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

（NTU）1.030.24.171.035.04.172.030.24.242.035.24.713.030.30.583.035.00.524.030.30.344.034.90.355.030.50.325.034.90.27***該試驗所用原水同表3-1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）1.010.511.81.014.911.72.010.511.62.014.910.63.010.54.283.014.93.804.010.51.654.014.81.505.010.51.495.014.81.16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）1.021.711.11.025.610.72.021.49.702.025.59.253.021.52.963.025.52.324.021.51.304.025.71.205.021.40.845.025.50.78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）1.030.015.31.035.113.92.031.29.092.034.610.13.030.62.053.035.13.454.030.81.104.034.91.445.031.00.545.034.90.97#該試驗所用原水同表4-13結(jié)果與探討溫度對混凝反應(yīng)的影響是自不待言的，因為全部的物理化學(xué)反應(yīng)都是能量吸放的過程，溫度大小對于反應(yīng)進(jìn)行的程度，甚至于反應(yīng)的方向都有很大的影響。

1從表1-1到表1-6、３-1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(dāng)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(guān)系毫