影响循环水水质的原因分析及处理方法

影响循环水水质的原因分析及处理方法

贾楷男

中国石油吉林石化公司电石厂，吉林 吉林 132022

摘要：目前，采用循环冷却水代替直排水冷却已成为化工行业的共识，循环水的水质直接影响下游装置水冷却器及设备的安全运行，水质超标，会使换热器表面形成水垢，影响换热效果。同时，采用敞开式循环冷却方式的水场，冷却塔暴露在室外，受外界阳光、灰尘、风吹、雨淋等一系列环境因素影响较大，导致水场逐渐产生严重的沉积物附着，设备腐蚀和微生物大量滋长，以及由此而形成的黏泥污垢堵塞换热器列管等。这一系列的问题，已是影响安全生产的重大隐患，本文旨在通过分析这些问题的成因，以找到切实可行的解决办法。

关键词：循环水；水垢；微生物；水质

1 现存循环水水质问题

现以我厂一套循环水装置为分析样本，该循环水系统拥有4台循环水泵，每台设计流量为3084m3/h，压力控制在0.4MPa～0.6MPa，向下游两个装置供循环水，正常状态为两开两备。

1.1 水垢

随着大量水分在凉水塔中蒸发，水中含盐量逐渐增大，过饱和后会在换热器表面逐渐析出。这些物质的主要成分为CaCO3、Mg(OH)2、Ca3（PO4）2，由于这些物质溶解度极低，因而很容易在换热器表面形成水垢。水垢的存在使换热设备的水流阻力变大，水泵及相关设备的能耗大幅增加；同时也导致换热设备热效率降低，从而降低产品品质和生产效率，对工厂造成一定的经济损失。

1.2 污垢

污垢一般是由细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂物碎屑、腐蚀产物、油污、特别是藻类的尸体及其黏性分泌物等组成。但污垢在传热表面上黏附不紧，容易清洗，有时只需用水冲洗即可除去。但在运行中，污垢和水垢一样，也会影响换热器的传热效率。

1.3 微生物

由于循环水的循环利用，水中各种离子浓度升高，为微生物的滋生提供了良好的生态环境，如果微生物得不到有效控制，不仅会产生微生物腐蚀，大量细菌分泌出的粘液像粘合剂一样，并以微生物群体及其遗骸为主体，与水中灰尘、杂质、化学沉淀物、腐蚀产物等粘结在一起，形成粘糊糊的胶粘状物，即微生物粘泥。大量生物粘泥的产生，会堵塞换热设备进而产生严重的垢下腐蚀。

2 问题分析

2.1 浓缩倍数的影响

循环水的冷却主要是通过水与空气间的接触，由蒸发、对流、辐射三个过程共同作用，三种散热过程在冷却中所起的作用也不同，特别在炎热的夏季蒸发散热量可达总散热量的90%以上。同时，由于水中含有钙、镁等离子，夏季会通过大量蒸发和飘逸等损失一部分循环水，增加了循环水中离子浓缩效果，水场浓缩倍数会随温度升高。图1是2022年我厂循环水浓缩倍数的变化情况。浓缩倍数的逐渐增大，导致该系统的含盐量相对增加，就会在换热器及管道表面造成沉积，而形成水垢。水垢产生后造成换热器过水断面减少,传热效率降低，导致一些工艺设备温度控制不达标，是对生产造成影响的一方面因素。

2.2 微生物的影响

随着气温升高就会使藻类在水冷却构筑物与水接触的漏光部位大量繁殖，因为藻类群体的生长,影响了水和空气的流动,而藻类脱落后也将污垢沉淀。除此之外,它们的群体体积很大，阻碍了热传递，同时有机污垢也能引发强烈的腐蚀。所以污垢对换热效率产生巨大不利影响,不仅使传热效率大幅下降，也加重了换热设备的腐蚀。微生物的生长和环境温度有极大的关系，夏季高温时段也是微生物大量滋生的“重灾区”，所以我们要在夏季相应增加杀菌剂用量，合理控制水质。否则，将极大的影响了冷却水系统的正常运行，进而影响生产甚至会出现严重的事故。

2.3 浊度的影响

因冷却塔直接与大气接触，加上装置泄漏以及投加杀菌剂，循环水中悬浮物含量会逐渐增加，这会导致换热器内污垢的沉积，特别是夏季菌藻大量繁殖时，水场浊度上升的最快，可见水质的控制更是重中之重。所以我厂采用增设旁滤器的方法降低悬浮物含量，旁滤水量占循环水量的2%－5%，并定期进行反冲洗。

2.4 环境温度的影响

从以上分析可以发现，各项指标都受季节性影响较大，特别是在夏季高温时段，出现水里细菌和藻类繁殖加快、塔壁滋长青苔等等一系列问题。同时，夏季蒸发量大，水中金属离子大量浓缩并形成水垢，也严重的影响换热效率。现对该循环水系统下游某套装置2019～2022年的因环境温度过高，从而导致循环水撤热能力不足而引起的波动情况做出统计，如表1当环境温度大于30℃时造成生产装置降负荷情况的统计，可见温度夏季高温时段，是循环水场水质波动最大的时期，我们应提早准备加强控制，以达到平稳生产的目的。

3 解决办法

3.1 加强循环水的化学处理

每年进入高温时期前，对循环水系统进行一次集中的化学清洗，彻底对管线及水冷设备进行清洗。进入高温时段后，要加强日常微生物指标控制。时常检查冷却塔、池壁、水池虑网上有没有黏液和藻类等：对监测挂片进行检验,通过外观的检测、腐蚀速度测量和对蚀孔的监控,确定腐蚀循环冷却水系统的腐蚀速率,并定期投加杀菌剂，使冷却水系统中微生物的数量降到最低。

3.2 增大循环水系统排污量

夏季高温时段由于蒸发量过大，循环水浓缩倍数也会相应升高，如前文分析，水中钙、镁离子含量升高后会产生结垢，所以应该在浓缩倍数过高的时段，加大循环水排污量并相应加大新鲜水补水量，将浓缩倍数控制在5～6的范围内。

3.3 补充去离子水

将循环水补水由过滤江水改为去离子水，由于去离子水中的各金属阳离子含量较少，降低了循环水的浓缩倍数。而且由于去离子水处理设备投资和运行成本不高，经济上可以实现将部分补水改为去离子水的办法。另一方面可以利用装置不需要的凝液作为补充水，实现资源再利用。以凝液作为系统补水，由于补水带入的离子含量少，因此系统浓缩过程中离子浓度会保持稳定，避免水质硬化。笔者所在工厂的一套循环水场，即采用了将不用的蒸汽凝液冷却后作为循环水补水的做法，通过对比发现其浓缩倍数下降明显。

3.4 加强循环水监测技术

现我厂循环水系统现场检测主要是通过安装挂片、小型旁路换热器、取样分析等，无法直接观察冷却水系统的腐蚀、结垢及生物粘泥形成情况，从而及时采取措施。所以可以通过在线检测技术来有效实时评价系统的水质状况，现在的循环水自动检测技术就其原理主要有两种一是荧光系统技术；二是循环水电导监测技术。该技术使在线检测的数据通过数字通讯信号远传到DCS中控室内，由DCS操作人员通过排污、补水、加药等手段来调整水质指标，达到缩短调整时间，保持水质稳定的目的。

4 结论

循环水水质的波动，肯定会给下游装置工艺条件造成比较大的影响。所以，我们通过分析影响循环水水质变化的因素，并结合问题采取相应的措施，就会确保重要生产指标控制的相对稳定，保证整个系统的正常运行。

参考文献：

[1]杨祖荣.浅谈换热器表面的成垢和控制方法[J].化学工程，2019(2):19-23.

[2]孙刚，鲁汶玥.循环水埋地管线泄漏原因的分析与对策[J].石油化工腐蚀与防护，2019,36(2):50-53.