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武漢石化循環水處理工藝新進展

論文類型 技術與工程 發表日期 2004-11-01
來源 中國水網
作者 曾凡亮,吳宇峰
關鍵詞 循環水 自動加藥 水質 效益
摘要 介紹了2003年武漢石化一循使用循環水處理新設備、新工藝、新藥劑以來水質所取得的成績,列舉了影響循環水水質和系統正常運行的主要水質參數,并與2002年的有關數據進行了對比,分析了水質數據變化的主要原因,提出了循環水系統存在的主要問題和不足以及今后改進的方向。

曾凡亮 吳宇峰
武漢石化設備監測防護中心 (430082)

  摘要:介紹了2003年武漢石化一循使用循環水處理新設備、新工藝、新藥劑以來水質所取得的成績,列舉了影響循環水水質和系統正常運行的主要水質參數,并與2002年的有關數據進行了對比,分析了水質數據變化的主要原因,提出了循環水系統存在的主要問題和不足以及今后改進的方向。
  關鍵詞:循環水  自動加藥  水質  效益

1 序言

  隨著科技的進步,循環冷卻水處理新設備、新工藝、新技術得到應用。循環冷卻水的應用領域越來越廣泛,技術也越來越成熟,為安全、高效的工業生產,為增加水的重復利用率,合理利用有限的水資源,減少排污量,為環境保護事業等方面作出了巨大的貢獻。
  武漢石化各循環冷卻水系統使用的水處理藥劑基本上自行研制生產,主要品種有鎢系阻垢緩蝕劑,聚合無機磷酸鹽、有機膦酸、膦羧酸等為代表的磷系阻垢緩蝕劑。隨著循環水濃縮倍數逐年提高,對水處理劑的性能要求有較大的差異。濃縮倍數低時,循環水主要表現為腐蝕性,要求水處理劑具有良好的緩蝕性能;濃縮倍數較大時要求水處理劑既有良好的緩蝕性能又具有優良的阻垢性能。水處理藥劑也由原來的人工分次投加方式到現在的自動加藥控制系統根據水質狀況自動控制。
  武漢石化目前共有五個循環水場,近年來各循環水場水質逐年好轉,其中第一循環水場(以下簡稱“一循”)已成功應用熒光示蹤型自動加藥控制系統,2004年二循、三循也將應用這一技術,其它循環水系統將陸續使用類似的技術。2003年初一循開始應用熒光示蹤型自動加藥控制這一新的專利技術,研制開發了與這一技術匹配的示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ,實現了循環水系統自動加藥。這一技術的應用,實現了水處理藥劑的連續、均勻投加,保證循環水中藥劑濃度均勻分布并控制在最為合理的小范圍內,從而發揮藥劑的最佳使用效果,保證循環水水質。下面以一循循環水監測數據為基礎,介紹武漢石化水處理工藝的新進展。

2 水質進步

  一循是該廠系統容量最大、工藝條件最復雜的的循環水系統,也是過去幾年冷換設備腐蝕和結垢最嚴重的系統。2003年元月自動加藥控制系統YL-100和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ投用以來,水質優良,各項水質指標達到歷史最好水平。該技術于2003年6月通過了廠級鑒定,并獲得一致好評,鑒定會認為示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ達到了國內領先水平。前期使用效果表明,其與自動加藥控制系統配套使用具有良好的經濟、社會和環保效益,該廠已批準在其它循環水系統推廣應用。一年來,循環水場和自動加藥控制系統運行平穩,最重要的循環水質指標-系統腐蝕速率和粘附速率明顯降低?,F將2003年的重要水質監測數據進行分析,并與2002年相對應數據進行比較。
2.1 濃縮倍數
  在敞開式循環冷卻水系統中,由于蒸發使循環水中的鹽類不斷累積濃縮,循環水中鹽含量大大高于補充水中鹽含量,兩者的比值稱為濃縮倍數。水處理劑的阻垢性能越好,濃縮倍數可控制的越高,補充水的用量越小。2003年之前,一循循環水濃縮倍數最高值在3.2左右,年平均值低于2.5,特別是氣溫低的冬季濃縮倍數總是小于2.0,難以達到控制指標, 2003年元月,一循投用自動加藥控制系統,換水起步,循環水濃縮倍數就穩步上升,見表1。

表1   2002、2003年春季一循濃縮倍數比較

年月最大值最小值平均值合格率,%控制指標
2002年1~3月2.611.632.0835≮2.5
2003年1~3月2.881.112.3265

表2   2002與2003年一循濃縮倍數比較

最大值最小值平均值升高率,%合格率,%控制指標
20023.221.632.49-87.64≮2.5
20033.991.113.0120.8896.85

  由表2的數據可以看出,2003年一循循環水濃縮倍數大幅提高,最高值接近4.0,年平均值大于3.0,濃縮倍數合格率高達96.85%,是歷年來的最高水平,這與循環水加藥工藝的改進關系密切。
2.2 濁度
  濁度是循環水中含有懸浮及膠體狀態微粒量的指標,反映水的渾濁程度,其值受循環水濃縮倍數、水場周圍環境和系統泄漏等因素影響,2003年濁度基本在控制指標范圍內,統計數據見表3。

表3   2002與2003年一循水質濁度比較

項目最大值最小值平均值合格率,%控制指標
濁度/FTU200211.681.224.83100≯15
200315.333.078.0299.45

     一循一年沒有進行系統清洗預膜,用非氧化性殺菌劑一次,系統排污量小,循環水濃縮倍數從年初開始逐步攀升。由于循環水系統供水量增大,濃縮倍數大幅升高,帶入循環水中的灰塵雜物增多,生物旁濾池過濾量有限,使循環水濁度年均值有較大幅度的上升;生產裝置停工及檢修后冷換設備再啟動,將污物帶入系統,使循環水濁度異常。
2.3 加藥合格率
  加藥合格率是指循環水中水處理劑濃度在控制范圍內的比率。在使用磷系阻垢緩蝕劑的循環水系統中,加藥合格率通常由循環水中總磷含量來確定。藥劑加入過多,一方面總磷含量大,增加污染物排放量,另一方面藥劑使用效率低,增大循環水生產運行成本;反之,總磷含量過小,易引起冷卻器的腐蝕和結垢,影響循環水系統的正常運行。一循加藥合格率2003年與2002年比較見表4。
表4   2002與2003年一循總磷監測數據比較

項目最大值最小值平均值合格率,%控制指標
總磷/mg·L-120025.12.474.3491.174.0~5.0
20035.291.514.498.85

     使用自動加藥控制系統初期,由于操作不熟練,沒有及時根據化學分析數據對控制系統進行調整,使少數加藥量受到影響。但總的來說,加藥合格率顯著提高。
2.4 腐蝕與結垢
  循環水系統的腐蝕與結垢情況主要通過對監測換熱器進行數據采集、分析,2003年應用自動加藥系統和阻垢緩蝕劑ZH345SJ期間,系統腐蝕率、粘附速率明顯優于2002年使用阻垢緩蝕劑ZH343SJ和人工間斷式投加水處理劑的情況。

  從圖1可以看出,2003年系統的粘附速率遠優于≯20M.C.M的控制指標,均在8.0 M.C.M以下,且波動幅度小,年平均值僅6.16 M.C.M。
  從圖2分析,2003年循環水系統腐蝕率月度監測數據好于2002年。特別是8~11月連續四個月系統腐蝕率低于0.02mm/a,一年中有一半時間控制在這一水平范圍內,腐蝕率年平均值僅0.0396mm/a,與2002年比降低了40.18%。
  系統腐蝕速率和粘附速率雙雙達到歷史最好水平,主要是新設備和新技術應用的結果,使循環水中水處理藥劑分布均勻、濃度變化幅度小、使用效率高。
2.5 生物粘泥、COD、懸浮物、細菌
  生物粘泥主要是由菌膠團、藻類、軟泥、原生動物和昆蟲及由微生物分泌物所粘附的有機物、無機物、沙粒、泥漿、化學污染物等組成。生物粘泥和生產裝置的泄漏會引起COD的升高,細菌超標和懸浮物的增多。
  循環水通過生物旁濾池過濾,可有效降低循環水中的生物粘泥、COD、懸浮物和微生物。人工間斷式投加水處理劑期間,一循旁濾池每年反沖洗超過30次。2003年生物粘泥監測值基本控制在<0.1mL/m3的水平,全年旁濾池只清洗了10次。不但減輕了工作人員的勞動強度,更重要的是旁濾池能長周期正常運行,節約了大量的反沖洗用水,降低了循環水的生產成本。
  從表5的統計數據比較2003年與2002年的情況,循環水生物粘泥、鐵細菌、硫酸鹽還原菌有所降低,COD、異養菌監測值增大,懸浮物量基本持平。

表5  2002-2003年COD、懸浮物、生物粘泥、細菌監測數據統計表

項目

COD
mg·L-1
懸浮物
mg·L-1
生物粘泥
mL·m-3
異養菌
個·mL-1
鐵細菌
個·mL-1
硫酸鹽菌
個·mL-1
控制指標8.0203.01.0×10550100
2003平均值2.4723.270.173.0×10413.950
合格率100-10010098.70100
2002平均值1.8423.580.217.0×10319.809.96
合格率100-10010095.80100

3 管理水平提高

  2003年一循水質達到歷年來的最好水平,管理水平也進一步提高。主要物耗數據見表6。

表6  2002-2003年生產物耗數據比較

項目月平均值增加值增加率 %
補充水量/m3·hr-1200275.73--
200350.43-25.30-33.41
循環水量/m3·hr-1200212211--
200313694148312.14
噸循環水藥劑消耗量/g·t-120020.451--
20030.4520.0010.22

  在循環水生產量增加12.14%情況下,補充水量卻下降了33.41%,噸循環水耗藥量基本持平。循環水濃縮倍數的提高是補充水量下降的主要原因。

4 效益顯著

4.1經濟效益
  一循自動加藥控制系統和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ投用的經濟效益是顯著的。降低了冷換設備的腐蝕率和粘附速率,降低了新鮮水的消耗量,也降低了排污量,減少污水處理費用。主要表現在:
 ?、庞欣谔岣呃鋼Q器的換熱效率,降低循環水的用量,降低動力消耗,提高產品收率;
 ?、剖乖O備處于長周期良好運行狀態,減少了非計劃維修和停車檢修次數,降低了維修費用;
 ?、歉纳蒲h水水質,降低設備腐蝕,延長設備使用壽命;
 ?、茸詣涌刂萍铀帉崿F無人化操作,具有自動化程度高、控制準確、運行安全可靠、管理方便的優點,而且節省人力,降低人工成本。
  僅降低新鮮水的消耗量和減少排污量方面:
  ⑴節約新鮮水費用:[(75.73-50.43)×24×365+20×15]×0.5=11.10萬元/年(按每噸新鮮水成本0.50元計算);
  ⑵減少污水處理費用為:[(75.73-50.43)×24×365+20×15]×2=44.38萬元/年(按每噸污水處理費用為2.00元計算)。此項可節省費用55萬元以上。
4.2 環保效益
  從表7的數據可以看出,阻垢緩蝕劑ZH345SJ與ZH343SJ相比,含磷量降低很多。2003年與2002年相比,總循環水量增加了12.14%,水處理劑中磷酸鹽消耗量應同步增長,由表8推算結果來看,水處理劑消耗量不僅未增長,反而減少了,降低了污水中總磷的排放量,說明新設備和技術的應用更有利于環保保護,也有利于企業可持續發展。
表7  ZH343SJ與ZH345SJ總磷含量對照表

藥劑名稱總磷控制量,%降低量,%降低率,%
ZH343SJ7.3±0.3--
ZH345SJ5.3±0.31.4~2.620.0~34.2

表8  2003年藥劑消耗量推算表

循環水量
m3
循環水量增加率
%
實際耗藥量
t
理論耗藥量
t
理論減少量
t
減少PO43+排放量
t
200311813647512.1453.42574.6621.241.06
2002108535812-48.9848.98--

5 存在的問題及措施

  雖然2003年循環水水質達到歷史最好水平,但仍有部分水質數據下滑:
 ?。?) 循環水濁度顯著升高,懸浮物含量超標,對水質穩定存在潛在影響,要加強對旁濾池的操作管理,進一步提高其工作效率,降低循環水濁度和懸浮物量;
 ?。?)自動加藥控制系統受循環水系統滲漏、非氧化性殺菌劑的使用、操作調整不及時等諸方面因素影響加藥合格率,要全面掌握自動加藥控制系統的工作特性,根據循環水系統的運行狀況適時調整操作,使循環水系統穩定運行,保證加藥合格率,使設備腐蝕和結垢狀況穩定一個較低的水平;
 ?。?) 異養菌監測數據升高,加強對日常沖擊性加氯殺菌管理,適當增加非氧化性殺菌劑殺菌滅藻的次數,控制微生物的生長繁殖。

6 結論

  2003年是武漢石化循環水管理水平和水質提高最快的一年。這一成果的取得與循環水處理工藝的改進、新技術的應用息息相關。自動加藥控制系統YL-100和示蹤型阻垢緩蝕劑ZH345SJ在一循應用是成功的。
 ?。?)循環水的濃縮倍數、冷換設備的腐蝕率、粘附速率等重要指標達到歷史最好水平,為循環水新技術的應用、水質管理提供了寶貴的經驗。
 ?。?)循環水中藥劑濃度均勻穩定并控制在指標的中下限水平,降低了藥劑的使用量且水質更加穩定。
 ?。?)降低了循環水的生產成倍,具有顯著的經濟效益和環保效益,為企業的可持續發展作出了貢獻。

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