扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处理设计.docx

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扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的循环冷却水处理设计

1　工程概况

　　扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂是扬子石化公司和德国巴斯夫公司合资建设的工厂，由13万t/a乙苯（EB）、12万t/a苯乙烯（SM）和10.2万t/a聚苯乙烯（PS）装置及其相应的配套辅助生产设施和公用工程系统组成。

工程总投资约18亿元人民币，于1997年10月正式投产运行。

其循环水站的设计规模为15000m3/h，循环冷却给水温度t2=33℃、回水温度t1=43℃，冷却温差Δt=10℃。

循环冷却水系统为敞开式，设计选用仿玛利600型横流式机械通风冷却塔，共3组6格，其配套风机为L85A型轴流风机。

　　2　循环冷却水处理的基本要素

　　循环冷却水处理工艺流程的设计是根据热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求，补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准，同时吸取了扬子石化公司现有循环水站成功的运行经验，通过技术经济比较后确定的。

　　2.1　热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求

　　扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂的热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求如下：

　　污垢热阻：

1.72×10-4～3.44×10-4m2.K/W；腐蚀率：

0.125mm/a。

　　2.2　补充水的水质指标

　　扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂循环冷却水系统的补充水为扬子石化公司的工业用水，其水质指标如下：

　　温度＜34℃；pH值8～8.2；浊度≤2mg/L；甲基橙碱度（以CaCO3计）：

86mg/L；总固体：

146mg/L；溶解固体：

132mg/L；总硬度（以CaCO3计）：

100mg/L；重碳酸盐硬度（以CaCO3计）：

85.5mg/L；游离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：

无；K+：

1.6mg/L；Na+：

8.2mg/L；NO-3：

2.0mg/L；Ca2+：

29.4mg/L；Mg2+：

6.21mg/L；总Fe：

0.077mg/L；Cu2+：

0.012mg/L；溶解氧：

9.52mg/L；CODMn：

2.32mg/L；油：

1.0mg/L。

　　2.3　循环冷却水的水质标准

　　扬子巴斯夫苯乙烯合资工厂循环冷却水的水质标准执行《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-95），具体如下：

　　悬浮物≤10mg/L；pH值：

7.0～9.0；甲基橙碱度≤500mg/L；Ca2+：

30～200mg/L；Fe2+<0.5mg/L；Cl-≤300mg/L；SO2-4与Cl-之和≤1500mg/L；硅酸（以Mg2+×SiO2计）＜15000mg/L；游离氯：

0.5～1.0mg/L；石油类＜5mg/L。

　　2.4　循环冷却水处理的内容

　　循环冷却水系统由6个流程组成，除主流程外，其余的加药流程、加氯流程、加酸流程、监测换热流程、旁流流程均为循环冷却水处理的5个组成内容。

现简述如下，同时参见图1。

　　图1　循环冷却水系统

（1）主流程：

循环冷却水系统的补充水为扬子石化公司的工业用水，5台循环水泵（3用2备）由冷却塔塔下水池吸水加压后进入循环冷却给水管，用于供应工艺装置的冷却用水。

循环冷却回水则通过循环冷却回水管返回循环水站，经冷却塔的配水系统均匀分布后，在冷却塔内自上而下进行气水换热降温，冷却后进入塔下水池，再经循环水泵加压供出。

如此循环往复。

（2）加药流程：

为控制循环冷却水流经的管道和热交换设备的腐蚀、结垢，必须向循环冷却水投加缓蚀阻垢药剂。

另外，在系统正常运行之前，必须先投加预膜剂，使金属表面形成一层完好的缓蚀的保护膜。

本系统中，药剂原液通过自吸泵或人工搬运送入贮药罐，然后按一定比例加入稀释水（工业水或循环冷却水），或者直接将原液搅拌后自流进入药剂溶液罐，再由2台计量泵（1用1备）将药液送入冷却塔塔下水池。

　　（3）加氯流程：

为控制菌藻类等微生物的繁殖，必须向循环冷却水投加杀生剂。

本系统中，设计选用的杀生剂为液氯。

氯气从氯瓶中蒸发，依次经过氯气过滤器、真空调节器、加氯控制柜，最终通过水射器送入冷却塔塔下水池。

本系统还包括一个在线余氯分析仪，控制余氯0.5～1.0mg/L，同时在线余氯分析仪与加氯机联锁，可实现连续自动加氯。

设计2套加氯系统，1用1备，可自动或人工切换。

　　（4）加酸流程：

循环冷却水系统在每次正常运行之前，应对系统进行酸洗；另外，在系统正常运行的过程中，为保证缓蚀阻垢剂处理效果而需降低系统pH值时，也进行加酸处理。

本系统中，设计选用的浓硫酸通过硫酸泵进入硫酸贮罐中，然后通过水射器送入冷却塔塔下水池。

　　（5）监测换热流程：

循环冷却水系统在正常运行的过程中，应采用必要的监测手段，以随时掌握循环冷却水处理的效果，并根据监测所得的数据及时采取相应的措施，以期达到良好的效果。

本系统中，在循环冷却给水管的旁路上设置了一个模拟工艺装置热交换设备的小型热交换器（监测换热器），其热源为低压饱和蒸气。

在监测换热器的循环冷却回水管上安装挂片，通过对挂片的定期化验分析，可以推断循环冷却水流经的管道和热交换设备的腐蚀、结垢状况。

　　（6）旁流流程：

旁流的目的是保持循环冷却水水质，使系统在满足浓缩倍数的条件下有效、经济地运行。

在高浓缩倍数条件运行时，可减少补充水量和排污水量，减轻对环境的污染。

本系统中，约2.5%的循环冷却回水流经2组全自动无阀过滤器，滤后水进入冷却塔塔下水池。

2组全自动无阀过滤器利用虹吸原理可实现自动反冲洗。

　　3　循环冷却水处理设计简述

　　3.1　浓缩倍数的计算与取值

　　浓缩倍数即循环冷却水的含盐浓度与补充水含盐浓度的比值。

循环冷却水在系统运行过程中有蒸发损失、风吹损失和排污损失（包括生产中渗漏损失）3种水量损失，这3种水量损失的总和由补充水补给。

系统运行达到平衡时，从系统排出的盐量等于进入系统的盐量，即：

　　Cri.（Qb+Qw）=Cmi.Qm

　　　　　　　　　　=Cmi.（Qe+Qw+Qb）

　　　　因此，

　　式中N——浓缩倍数；

　　　　Cri——循环冷却水的含盐浓度，mg/L；

　　　　Cmi——补充水的含盐浓度，mg/L；

　　　　Qm——补充水量，m3/h；

　　　　Qb——排污水量，m3/h；

　　　　Qe——蒸发水量，m3/h；

　　　　Qw——风吹损失水量，m3/h。

　　为防止产生结垢，应使循环冷却水的碳酸盐硬度小于极限碳酸盐硬度。

从上式可以看出，在补充水含盐浓度（Cmi）不变的情况下，如果降低循环冷却水的浓缩倍数（N），即降低循环冷却水的含盐浓度（Cri），就可以有效地控制系统结垢。

但是，降低浓缩倍数，势必以增加排污量为代价，这样一方面影响环境保护；另一方面增加了补充水量，造成水资源的浪费。

因此，不加限制地降低浓缩倍数是不经济且不合理的。

　　本系统中，根据补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准，并吸取扬子石化公司现有循环水站成功的运行经验，同时也考虑到节约用水、保护环境因素，将浓缩倍数取为2.15。

经过2年来的运行，浓缩倍数已达到3.0。

　　3.2　循环冷却水处理药剂的选择和计算

　　3.2.1　药剂的选择

　　在循环冷却水处理中经常使用的药剂有缓蚀剂、阻垢剂和复合型药剂3种。

　　缓蚀剂的作用是能在金属表面形成一层致密而连续的金属氧化膜或其它类型的膜，将金属表面覆盖起来，从而与腐蚀介质隔绝，防止腐蚀。

　　阻垢剂的作用是利用其与水中的金属离子起络合反应而产生可溶性络合盐，使金属离子的结垢倾向受到抑制，不易结成坚硬的水垢；同时，阻垢剂的作用还在于其吸附作用与分散作用；通过提高结垢物质微粒表面的电荷密度，使微粒间排斥力增大，降低结晶速度，并使晶格结构发生畸变，从而防止结成硬实的水垢。

　　循环冷却水处理包括对结垢、污垢、腐蚀和微生物等几方面的控制，无论是缓蚀剂、阻垢剂或其它药剂都有其片面的作用范围，难以满足多方面的需要。

因此，采用具有协同效应进而是互为增效的复合配方即复合型药剂，对保证循环冷却水的水质，使系统运行高效、可靠，均具有重要意义。

　　本系统中，设计选用的JC-463型缓蚀阻垢剂，是有机磷、共聚物和铜缓蚀剂的复合配方。

该配方经长江南京段水质多年运行的结果表明，效果良好，具有缓蚀、阻垢、分散等多种作用。

该配方的优异性能表现在其可在碱性条件下使用，不需调节循环冷却水的pH值，对环境的污染轻微，以及防止碳酸钙垢、磷酸钙垢效果好等方面。

　　3.2.2　加药量的计算

　　　　系统的首次加药量应为：

　　式中Gf——系统首次加药量，kg；

　　　　V——系统容积，m3；

　　　　g——单位体积循环冷却水的加药量，mg/L。

　　伴随系统运行，风吹损失及排污损失均会带走部分药剂，而进入系统的补充水是不含药剂的，这将导致循环冷却水中的药剂浓度下降，不能达到预期效果。

因此，应不断向循环冷却水中补充药剂，以确保循环冷却水中的药剂浓度相对稳定。

其加药量应为：

　　式中Gr——系统正常运行时单位时间内的加药量，kg/h；

　　其余符号含义同上。

　　当冷却塔进出水温差为Δt=10℃，设计干球温度为32.6℃时，蒸发损失水量约占总水量的1.6%，循环水站的设计规模为15000m3/h，浓缩倍数N=2.15，JC-463型缓蚀阻垢剂在长江南京段水质的投用量g=60mg/L，由此可得系统正常运行时单位时间内的加药量为：

　　3.3　菌藻处理方法的确定与计算

　　循环冷却水系统的水温和pH值均适宜微生物生长，冷却塔塔下水池又常年露置室外，阳光充足，这更给微生物的生长繁殖创造了条件。

微生物主要是菌藻类，它们的存在不仅使水质恶化，还与其它有机或无机杂质构成粘垢附着、沉积在系统内，增加了水流阻力，并且严重地降低了热交换设备的传热效率，粘垢不仅妨碍缓蚀剂发挥其防腐蚀功能，甚至促进腐蚀过程。

因此，必须采取适当措施控制菌藻类在循环冷却水中的生长繁殖。

目前最常用的办法是投加杀生剂。

　　3.3.1　杀生剂类型的选定

　　杀生剂按机理分为氧化型杀生剂、非氧化型杀生剂和表面活性剂杀生剂3类。

　　氧化型杀生剂主要为液氯及氯酸盐，它们在水中发生如下水解反应：

　　Cl2+H2O→H++Cl-+HClO

　　HClO→H++ClO-　

　　2ClO-+H2O→HClO+ClO-+OH-

　　起杀菌作用的主要是HClO，ClO-的杀菌能力只有HClO的1%～2%。

用氯杀菌，能与较多缓蚀、阻垢剂配合使用，彼此干扰少，杀菌效果好，而且价廉、制取方便，在水处理领域中应用广泛。

　　非氧化型杀生剂主要有硫酸铜和氯酚类。

通常硫酸铜不能单独使用，一方面是为了防止Cu2+沉淀出来，需同时投加铜的螯合剂；另一方面是为了使Cu2+能渗进菌藻内部，往往需同时投加表面活性剂。

氯酚及其衍生物虽可杀灭多种菌藻，但对水生动物和哺乳动物有危害，不能被其它微生物迅速降解，易造成环境污染。

　　表面活性剂类杀生剂以季铵盐类化合物为代表。

季铵盐具有杀生力强，毒性低，对污泥有剥离作用，化学稳定性好，使用方便等特点。

但当水中有机物含量较多时，季铵盐易被吸附，从而降低药效，加大药耗；另外，水中金属离子的存在也会使药效受到影响，季铵盐类还易引起发泡现象，常需配合使用消泡剂。

　　综上所述，本系统设计选用液氯作为杀生剂。

　　3.3.2　液氯的投加方式

　　液氯的投加方式主要有连续投加与间歇投加2种，连续投加是按照使循环冷却水中余氯保持一定浓度的要求，连续投加药剂。

连续投加可以得到很高的杀生效果，但运行费用高，操作的工作量大。

间歇投加较为经济，一般每天投加1～3次，每次3～4h。

考虑夏季高温季节时菌藻繁殖旺盛，危害明显，因此本系统设计采用夏季连续投加、其余季节间歇投加的方式。

　　3.3.3　加氯量的计算