工业循环水水质控制原理和意义

欧金荣,曾德,樊明蓓,肖磊

独山子石化公司公用工程部  833699

摘 要：循环水浓缩倍数的提高有着十分重要的意义，不仅可以节约用水，也降低了水处理药剂的成本，对提高企业的整体经济效益也至关重要。

关键词：循环水水质；水质控制；浓缩倍数；系统泄露；

工业循环水场负责向用水单位提供合格压力各合格温度的冷却水和和合格水质指标的循环冷却水。循环水的冷却是通过水与空气接触，由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。工业循环冷却水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩，其中所含的盐类超标，阴阳离子增加、pH值明显变化，致使水质恶化，而循环水的温度，pH值和营养成分有利于微生物的繁殖，冷却塔上充足的日光照射更是藻类生长的理想地方。而结垢控制及腐蚀控制、微生物的控制等等，必然的需要进行循环水进行水质控制。

水质的控制是通过投加多种水质药剂控制循环水中的PH值、浓缩倍数、微生物数量、有机磷等在一定的指标之内。

循环水运行过程中主要产生的问题和处理：

1、结垢和阻垢：

水中污垢主要有两种：首先是金属盐类的沉积，如水中的Ca2＋、Mg2＋离子与SO42—、CO32—、PO43-等反应产生溶解度很小的CaCO3、CaSO4、Ca3（PO4）2等沉淀。这些沉淀物都是晶体，不断沉积于水冷器表面而形成硬垢，垢的形成过程实际就是固体沉淀、小晶粒不断结晶长大的过程，污垢的另一种就是指水中的悬浮物、胶体及微生物粘泥的沉积物，俗称软垢。软垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。

常用的控制方法有：

1）消除结晶产生的条件；

2）防止和抑制晶粒的正常生长；

3）减少和阻碍结垢晶体在传热表面上的粘附。

向循环水中投加的水质稳定剂，可以破坏CaCO3等微晶粒的生长，使之不能形成晶体，抑制了盐类的结垢；同时这些水稳剂还可吸附水中的悬浮物而使之带有同种电荷，并且浮于水中，易被排放掉，难以聚积在换热器表面，抑制了软垢的产生。

2、腐蚀与缓蚀

循环水对碳钢换热设备的腐蚀是—个电化学过程。由于碳钢组织表面的不均一性，因此，在其表面就会形成许多微小的腐蚀电池.

冷却水系统中，碳钢的金属表面与冷却水接触，形成许多微小的腐蚀电池，发生电化学腐蚀。缓蚀剂能够使金属表面形成—层保护膜，保护金属不被腐蚀或少被腐蚀。向循环水中投加的水稳定剂的有效成分为有机膦、无机磷或正磷酸盐，其在高碱度、高硬度条件下，具有很好的络合水中Ca2＋的能力，这种络合离子能在金属表面形成保护膜，阻碍水中溶解氧扩散，从而保护金属免遭腐蚀。另外，有些缓蚀剂可在金属表面形成吸附膜而阻止碳钢和铜的腐蚀。

3、微生物和藻类

由于循环冷却水有适宜的温度（20～40℃），适宜的pH值（7～9），浓缩的矿物质及丰富的营养源（磷及油污），使得微生物大量繁殖，从而产生污泥沉积、金属腐蚀、水质恶化等危害。微生物在循环水系统中的大量繁殖，会使循环水颜色变黑，发生恶臭，污染环境。同时，会形成大量黏泥使冷却塔的冷却效率降低，木材变质腐烂。黏泥沉积在换热器内，使传热效率降低和水头损失增加，沉积在金属表面的黏泥会引起严重的垢下腐蚀，同时它还隔绝了缓蚀阻垢剂对金属的作用，使药剂不能发挥应有的缓蚀阻垢效能。微生物黏泥除了会加速垢下腐蚀外，有些细菌在代谢过程中，生物分泌物还会直接对金属构成腐蚀。所有这些问题导致循环水系统不能长期安全运转，影响生产，造成严重的经济损失，因此，微生物的危害与水垢、腐蚀对冷却水系统的危害是一样的严重。在生产中，我们采用交替投加氧化性杀菌剂（如NaClO）和非氧化性杀菌剂（季铵盐、异噻唑啉酮等）杀菌灭藻。

NaClO在水中能形成次氯酸HClO

                       NaClO + H2O ＝ HClO + NaOH

HClO是一种非常强的氧化剂，它很容易通过微生物的细胞壁与细胞中的原生质化合，与细胞的蛋白质形成稳定的H-Cl键，并且氧化细胞中的酶，从而杀死微生物。

工业循环水水质控制主要任务是缓蚀阻垢杀菌灭藻，通过投加多种水质药剂控制循环水中的PH值、浓缩倍数、微生物数量、有机磷等在一定的指标之内。

碳钢腐蚀率	油	异养菌	生物黏泥	浓缩倍数	氨氮	钙离子
≤0．075 mm/a	≤5 mg/l	≤1×105个/ml	≤3ml/m3	4-8	≤1mg/l	≤800mg/l
粘咐速率	化学耗氧量	悬浮物	锌离子	pH值	浊度	总铁
≤15gm/(cm2.月)	≤100	≤15 mg/l	0.4-2.0 mg/l	7-9.5	≤20NTU	≤1mg/l

循环水浓缩倍数是指循环水系统在运行过程中，由于水分蒸发、风吹损失等情况使循环水不断浓缩的倍率(以补充水作基准进行比较)，它是衡量水质控制好坏和新水利用率的一个重要综合指标。浓缩倍数低，耗水量、排污量均大且水处理药剂的效能得不到充分发挥；浓缩倍数高可以减少水量，节约水处理费用；可是浓缩倍数过高，水的结垢倾向会增大，结垢控制及腐蚀控制的难度会增加，水处理药剂会失效，不利于微生物的控制，故循环水的浓缩倍数要有一个合理的控制指标。

循环水系统发生物料泄露循环水浓缩倍数影响和处理。

理论上影响浓缩倍数的因素循环冷却水系统在运行过程中，由于水份蒸发使系统中的水份愈来愈少，而水中各种矿物质和离子含量就会愈来愈浓，为了使循环水中含盐量维持在一定的浓度，必须补人新鲜水，排出浓缩水。水在浓缩过程中，主要有蒸发损失、风吹损失、泄露损失，和排污损失影响浓缩倍数。物料泄露频繁是制约浓缩倍数保持稳定的重要因。冷却器由于各种原因使得物料泄露到循环水系统中，造成循环水水质的严重恶化，大量的有机、无机微生物等使冷却器的换热效率降低，在短时间内找不到漏点的情况下，为了生产经营的需要，不允许停工检修时，循环水场只有采用大量排污换水，投加剥离清洗剂的方法，不仅导致非计划换水的次数增多，而且浪费了大量的药剂。现以2020年3月某水场发现换热器泄露为例，发现循环水集水池水体颜色出现浑浊，下午颜色加深，取样分析循环水浊度、COD快速上升，悬浮物、铜离子超标。

表2 水质恶化时数据变化

时间	浊度（NTU）	COD(mg/l)	铜离子(mg/l)	悬浮(mg/l)
10:00	4.1	70	0.042	/
16:40	10.8	95	0.491	45

初步判断循环水场水质异常，当天13:00开始进行100m3/h排污置换、加大杀菌剂的投加，同步开展关联生产装置换热器查漏；排污量逐步增加到200m3/h，发现水体颜色仍然发黄；4月3日检查发现两台工艺介质为加氢汽油的换热器发生内漏，这是引起水质恶化的主要原因。后切除内漏换热器，水质开始好转，浊度开始下降，水体颜色逐渐从黄褐色变清，水质指标合格，水体颜色趋于正常。致使循环水的浓缩倍数由5.3下降至4.03。

下图为4月1日至7月1日COD和油含量的统计。

对比上图中同一时期浓缩倍数的数据就可以看到当发生系统泄露时，由于大量排污补充新水，使浓缩倍数快速下降。补充了大量新水，浪费了大量药剂。

因此当发生系统泄露时第一、要尽快查清漏点，切除泄露换热器。第二、用过滤网对吸水池中的泡沫进行人工打捞，并将打捞出的泡沫收集，进行三废处理，减缓泄漏物对系统和环境的危害。

   新疆属干旱内陆气候区，降水稀少、蒸发强烈，多年平均降水量154.5mm。根据《全国水资源综合规划》成果，新疆多年平均降水总量2544亿m3，自产水资源量832.7亿m3，其中地表水788.6亿m3，地表水与地下水不重复量44.1亿m3。新疆人均水资源量4000m3，为全国人均的2倍；但是，单位面积产水量仅为每平方公里5.3万m3，列全国倒数第三位。水资源问题十分严重，随着人口的增长和经济的快速发展，水资源危机正与日俱增，尤其是干早地区和大中型城市，解决水荒问题已成燃眉之急。根据统计工业用水量占整个用水量的22%以上，循环冷却水又占工业用水的 70％一80％以上。因此要节约用水就要提高循环水的浓缩倍数可以降低补充水量，节约水资源，降低排污量，减少对环境的污染，节约水处理药剂的消耗量，降低冷却水处理成本。

综上所述控制好循环水水质，提高新水利用率有着十分重要的意义，不仅可以节约用水，也降低了水处理药剂的成本，对提高企业的整体经济效益也至关重要，我们应该从我们企业的实际出发，针对影响循环水水质稳定的因素，合理分析、优化运行、加强管理，确保循环水系统的优质、高效、安全、平稳运行。

参考文献

中国石油独山子石化公司公用工程部一水汽装置操作规程（循环水分册）

影响循环水浓缩倍数提高与稳定的因素分析及处理对策   司占帅