一体化净水设备在低碱低硬循环水中的应用

刘家节，张 磊，吴佩熹

（1.中海油天津化工研究设计院，天津 300131；2.中国石油天然气股份有限公司广西石化分公司，广西535008；3.西北大学化工学院，陕西 西安 710069）

1 系统概况

某石化厂新鲜水为企山水库水，其碱度和硬度均偏低。由于该清循环水系统在运行过程中需要进行排污，并存在“跑冒滴漏”的现象，限制了其自然浓缩所能达到的极限浓缩倍率。该石化厂清循环水系统日常运行中所能达到的极限浓缩倍率为4~5 倍（以钾离子浓度计算），其碱度和硬度均偏低，仍然存在很强的腐蚀倾向，为控制系统腐蚀增加了难度[1]。

2 腐蚀的危害及应对措施

2.1 腐蚀的危害

石化厂清循环冷却水系统工况复杂，换热器因腐蚀而泄漏的情况时有发生。泄漏出的物料包括轻烃和轻质油品，为菌藻繁殖提供了充足的营养源，随之而来的是微生物繁殖引起的腐蚀[2]。系统浊度和总铁升高，反过来又会加剧循环水系统的腐蚀倾向，如此形成恶性循环。

2.2 腐蚀的控制

清循环水系统的腐蚀主要是电化学腐蚀，它是难以完全消除的，只能通过优化缓蚀方案以及加强水质管理予以减缓。

由于该清循环水系统日常运行的极限浓缩倍率在4~5 倍，现场采用投加纯碱和氯化钙的方法来模拟浓缩倍率9 倍左右的环境，大大增加了运行成本。另外，冲击性投加的方式也会造成系统的碱度和钙硬度波动较大。

2.3 降低水系统腐蚀倾向的措施

循环水系统的“跑冒滴漏”现象是难以有效管控的，需要通过系统排污来找到突破口。经过调研，该清循环水系统旁滤器的反洗排污水存在收集的条件，其主要离子指标与系统水相当，仅悬浮物与总铁偏高。

现设想通过现场回收这部分旁滤器反洗水补入该清循环水系统，一方面，可以通过减少排污以提高系统自然浓缩的极限浓缩倍率，另一方面可降低工业新水的补水量，节约成本。

3 一体化净水设备

3.1 一体化净水设备的工作原理

一体化净水设备一般用来处理生活污水或中小规模的工业有机废水，主要包括絮凝沉降和生化处理单元[3]。考虑到旁滤器反洗水的进水即为清循环系统水，进行反洗之后仅浊度、总铁和悬浮物较高，其他离子指标变化不大。针对这一特点，经过与设备厂家技术人员的沟通，仅保留了一体化净水设备的絮凝沉降和过滤功能。由于结构进行了精简，一体化净水设备的尺寸也有所减小，其长宽高分别为8m×4m×4.5m。该一体化净水设备的加药系统与送水泵联动，反洗系统为定时自动反洗，自动化控制程度高。图1 为一体化净水设备的工艺流程简图。

图1 一体化净水设备的工艺流程简图

3.2 一体化净水设备的应用及效果

3.2.1 安装及运行

现场对原管路进行了改造，旁滤器反洗水全部回收进入一体化净水设备，经过处理后返回到清循环水系统作为补充水。一体化净水设备的出水总碱度和钙硬度相比于工业新水均大幅度提高，水质满足清循环冷却水系统补充水的要求，这对提高该清循环水系统的极限浓缩倍率，降低其腐蚀倾向大有裨益。

3.2.2 应用效果

一体化净水设备试运行期间，该清循环冷却水系统浊度未见较大波动，在6 月底由于气温升高导致微生物繁殖加快，进行粘泥剥离之后浊度有了较大的升高；系统总铁则呈总体下降的趋势，据分析可能是系统腐蚀倾向得到改善的原因。

一体化净水设备试运行后，该清循环系统月度碳钢监测挂片腐蚀速率有了一定程度的降低，且均满足国标要求。

该清循环系统5 月和6 月碳钢监测挂片的腐蚀速率较之前月份有大幅度降低。考虑到监测挂片的监测周期为每月月初至月底，这也说明了一体化净水设备的运行降低了系统的腐蚀倾向。

4 经济效益核算

4.1 一体化净水设备对节水的贡献

一体化净水设备的处理水量为50t/h，其反洗水量约5t/h，每年按365 天计算可节约394200t的工业新水，与此同时减少394200t 的排污。按照新鲜水成本2.5 元/t、排污费6 元/t 来进行计算，每年在节水方面可节约335.07 万元的费用。

4.2 一体化净水设备对节能降耗的贡献

一体化净水设备运行后，清循环水系统自然浓缩至9 倍左右，总碱度和钙硬度均大幅升高，无需手动投加纯碱和氯化钙，每年大约节省纯碱和氯化钙各30t。按照纯碱单价2000 元/t、氯化钙单价1400 元/t 计算,大约节省药剂成本10.2 万元。一体化净水设备运行需要投加聚丙烯酰胺和聚合氯化铝，每年成本4 万元左右。药剂成本相抵之后，每年合计节省药剂成本约6.2 万元。

一体化净水设备运行后，本来需要泵送污水厂的水经过处理就近排入清循环冷却水系统，每年减少电耗约33000 度，用电单价以0.6 元/度计算，可减少用电费用1.98 万元。

综上所述，每年在节能降耗上的贡献约8.18万元。

5 结论

经过现场试运行，基本达到了预期效果，清循环冷却水系统浓缩倍率从5 倍提高到9 倍，期间系统浊度和总铁未出现较大波动，监测挂片腐蚀率也有了明显改善。通过经济效益核算，一体化净水设备的应用同时具有较高的经济效益。