循环水总碱度的控制_移素鸿.pdf

202313技术应用与研究108Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究108Modern Chemical Research当代化工研究循环水总碱度的控制移素鸿（中国石化扬子石油化工有限公司 江苏 210048）摘要：循环水总碱度是循环水结垢的一个重要控制指标，正常循环水总碱度控制在300450mg/L。总碱度是指循环水中所含能与强酸发生中和反应的全部物质含量，主要由循环水中的盐类形式组成，此类物质与水中的Ca2+、Mg2+离子产生化学反应进而沉淀结垢，循环水中总碱度过高，会导致换热器表面结垢严重，影响换热效果，增加装置能耗。本文主要介绍循环水总碱度的控制，通过采用浓缩倍数、排污量和加酸等控制方法，并且结合生产实际情况，分析了循环水总碱度的优化方法，指出总碱度的控制不仅能直接影响阻垢缓蚀效果，还与循环水系统的节水减排和节约能耗等密切相关。关键词：循环水；碱度中图分类号：TQ 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.036Control of Total Alkalinity of Circulating WaterYi Suhong(Sinopec Yangzi Petrochemical Co.,Ltd.,Jiangsu,210048)Abstract：The total alkalinity of circulating water is an important control index for scaling of circulating water,and the total alkalinity of normal circulating water is controlled within 300450 mg/L.Total alkalinity refers to the content of all substances contained in circulating water that can neutralize and react with strong acid,mainly composed of salts in circulating water.Such substances react with Ca2+and Mg2+ions in water to precipitate scale.The total alkalinity of circulating water is too high,which will lead to serious scale formation on the surface of heat exchanger,affecting the heat transfer effect and increasing the energy consumption of the device.This paper mainly introduces the control of the total alkalinity of circulating water,and analyzes the optimization method of circulating water quality by using the control methods such as concentration ratio,discharge amount and acid addition,and combining with the actual production situation.It points out that the control of total alkalinity can not only directly affect the effect of scale and corrosion inhibition,but also is closely related to the water saving,emission reduction and energy saving of circulating water system.Key words：circulating water；alkalinity循环水是化工装置的重要组成部分，具有冷却和换热作用。在循环水处理过程中，需要注意提高循环水质质量，并根据实际情况进行温差、流量和化学药剂的调整，从而保证工艺系统能够稳定运行。对于循环水出现的问题，通常情况下主要通过加入化学药剂进行处理，由于药剂的投入和成本等原因，循环水处理中药剂补充量往往较大且较为频繁。化学药剂虽然具有一定阻垢和杀菌作用，但目前循环水系统中仍存在着诸如总碱数过高或过低、循环水浓缩倍数低、腐蚀加剧、微生物滋生等问题。循环水中碱度过高，在高温情况下碱性物质易与金属发生化学反应形成盐类物质，即水垢。水垢会堵塞管道并且影响循环水系统的正常运行，然而碱度过低也会产生不良影响，例如，造成系统设备被酸腐蚀、循环水水质浑浊等影响。本文通过对循环水总碱度的分析，探讨改善循环水总碱度过高或过低的方法，既能够达到节能降耗、降低生产成本和保护环境的目的，又能达到保护换热器不被腐蚀从而达到长周期运行的目的。1.循环水在换热器表面结垢的机理循环水在运作中会产生大量能够在水中溶解的盐类，例如，化学性质不稳定的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2等,此类物质在经过换热器时，会与水中其他物质（例如NaOH等）产生化学反应形成CaCO3、MgCO3，这种沉积物会附着在换热器表面，其也被称为水垢。水垢的产生会降低换热器设备的传热效能，同时还会堵塞管道、腐蚀管道，久而久之会造成设备使用寿命缩短，为后续维修增大难度。需要注意的是，在处理换热器表面水垢时，循环水的含盐量一般不宜大于2500mg/L。循环水在下面三种情况下可能会形成水垢：第一种情况，循环水蒸发。循环水系统在运作时会产生蒸发现象，导致循环水不断浓缩，水中盐类逐渐增多。当盐类浓度超过饱和条件时，就会转变成盐类沉淀物，即水垢；第二种情况，水中二氧化碳含量较低。二氧化碳和不易溶解的碳酸钙能在水中产生反应，进而形成易溶解的碳酸氢钙。如果二氧化碳含量较低，该反应就不能进行，从而导致水中碳酸钙超过饱和浓度，即会发生结垢现象；第三种情况，循环水水温过高。水温过高反而会导致盐类溶解度降低，例如，碳酸钙、硫酸钙、磷酸钙等盐类随着温度逐渐升高，其溶解度逐渐降低，这样会使它们从循环水中析出，形202313技术应用与研究109Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究109Modern Chemical Research当代化工研究成水垢。循环水的总碱度指的是水中能与强酸性物质发生化学反应的全部物质浓度，循环水中主要有盐酸盐、碳酸氢盐以及氢氧化物，其中循环水碱度主要以碳酸氢盐形式存在。这些化合物也就是循环水在运作过程中形成的水垢。因此，循环水中碱度的高低是判断循环水结垢难易的重要指标，循环水中碱度越高，说明结垢越严重。2.循环水总碱度与浓缩倍数的关系循环水运作时在温度以及大气压的影响下，会产生蒸发现象，蒸发一部分纯水（占循环水总量的4%6%），虽然水分被蒸发了，但是水中的盐类却留在循环水中。为了保证循环水的总量不变，要补充蒸发掉的水，但是补充的水又是含有盐分的水，进而产生循环水浓缩现象。循环水中的碱度指的是能够接受H+的物质含量，水的碱度是衡量水质量的指标之一，甚至关系到整个循环水系统的运行。为了简化实验过程，实验暂不考虑水垢的影响，通过相关实验得出结论，循环水浓缩倍数与循环水总碱度成正比关系。由于实验受限较多，主要是在敞开式系统中进行，这就会导致循环水中部分盐分会分解成气体（主要是二氧化碳）溢到空气中，从而影响循环水的总碱度，相关实验数据5见图1所示。图1 循环水总碱数差值与浓缩倍数实验相关数据Fig.1 Correlation data of total alkali number dif-ference and concentration ratio of circulating water3.循环水总碱度高的原因及处理方法近年来，在水质领域的研究中，循环水总碱度的控制成为了一个非常重要的问题。由于循环水中是含有大量的钙、镁离子，总碱度过高时会导致水垢生成和结垢，这会降低换热器的换热效果。因此必须定期检测水中的总碱度，以确保水质达标。由于循环水运作时会产生蒸发现象，虽然水分被蒸发了，但是水中的盐类却留在循环水中。为了保证循环水的总量不变，要补充蒸发掉的水，但是补充的水又是含有盐分的水，进而产生循环水浓缩倍数升高的现象发生。循环水蒸发量越大，循环水浓缩倍数就会越高，最后导致循环水总碱度过高。针对循环水总碱度较高的处理方法本文从以下两方面进行阐述：首先，加大循环水系统排污力度，补充新鲜工业水，进行置换，降低循环水浓缩倍数。补充水水质指标是影响系统运行的关键因素之一，工业循环冷却水处理设计规范（GB 50049-2006）一书对补充水水质也提出了相应要求，补充水水质应符合以下规定：（1）补充水温与气温一致；（2）补充水温应符合水质标准规定的要求；（3）为保证水质稳定，应尽量使用软水；其次，向循环水系统加入浓硫酸，中和水中的部分碱度，降低临界pH值，从而减轻结垢现象。循环水在运行过程中，结垢主要以碳酸钙为主，如果将水中的Ca2+除去，会软化循环水水质，进而使碳酸钙无法以结晶的形式析出。可向循环水中加入浓硫酸，使浓硫酸与Ca2+产生化学反应，形成硫酸钙。硫酸钙在0水中的溶解度为1800mg/L，比碳酸钙溶解度大90多倍。硫酸钙能够以盐的形式存在于水中，不能以晶体的形式析出，从而减少循环水系统冷却塔设备中的结垢现象的发生。加酸目的是将碳酸盐转化为溶解度高的非碳酸盐，防止产生碳酸钙等结垢。通常情况下加浓硫酸，而不是盐酸，若加盐酸，会将氯离子带入循环水系统中，对不锈钢设产生腐蚀作用；若加硝酸，会将硝酸根带入循环水系统，促进硝化细菌的繁殖与生长。在加入浓硫酸需要小心，浓硫酸具有强腐蚀性，因此在使用过程中需要注意以下几点：操作浓硫酸时，要戴具有防护性的手套，避免侵蚀皮肤。由于浓硫酸具有强腐蚀性且易发挥，所以还需佩戴浓硫酸防护眼镜以及防毒口罩；如果不慎将浓硫酸滴到皮肤上，应先用干布擦净然后立刻用大量清水冲洗，最后用质量分数为5g/100mL的碳酸氢钠溶液进行冲洗，并及时就医；绝对不能用手摸或者用嘴尝浓硫酸溶液；浓硫酸滴在皮肤或者衣物上时，绝不能用强碱进行中和，避免产生放热化学反应导致烧伤。4.循环水总碱度低的原因及处理方法(1)导致循环水总碱度较低的原因首先，循环水浓缩倍数过低（正常控制在3.3 5.5），造成总碱度过低。导致循环水浓缩倍数降低的原因主要有以下三方面：第一方面，循环水系统热负荷较小，水量较大，化学药剂的停留时间较长，有机磷水溶解度较高，管道内存在大量菌藻并且存在大量泥土，工作人员为了缩短循环水在设备中的停留时间通常会增大排污量，因此导致循环水浓度倍数降低；第二方面，水处理药剂实际用量与计划差距较大，方202313技术应用与研究110Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究110Modern Chemical Research当代化工研究案设计师配置化学药剂时，一般是以浓缩倍数3.5为目标值，与实际情况浓缩倍数相差较多，因此会导致水处理化学药剂的用量产生变化，进而影响循环水浓缩倍数；第三方面，循环水系统用户用水管理不够严格，水冷设备普遍存在大用量、低温升的问题，回水温仅升高23。除此之外，由于相关操作人员技术水平较低，缺乏对水质量的监管，导致循环水质量不合格，这也可能会影响循环水浓缩倍数。其次，循环水的排污量太大，造成新鲜工业水的补充量过高，造成循环水总碱度过低。最后，主装置的酸性物料泄漏进循环水中，与碳酸氢根离子反应，也会导致循环水总碱度降低。除此之外，一些装置为了节水减排的需要，大量回收了主装置副产的水，有些水还是弱酸性，造成循环水总碱度降低。(2)针对改善循环水总碱度较低的处理方法第一，可以调整循环水的供水量和换热器前后温差。正常循环水供水和回水的温差要大于7，利于提高循环水的浓缩倍数。调整系统的水冷设备的用水量，使循环冷却水温差提高56。第二，对系统进行杀菌，采用最佳杀菌方案，抑制循环水系统中微生物的繁殖。在进行杀菌时，需要严格控制杀菌剂的使用量以及投入时间，并合理使用氧化型杀菌剂与非氧化型杀菌剂。第三，需要严格控制冷却塔池液位，调整污水排放量以及补水量，使水量达到平衡的状态。定期检查循 环水的总碱度，随着了解水中各种离子浓度变化情况并及时调整，从而解决水质因药剂浓度的影响而导致波动的问题。第四，相关企业还需要制定完善的考核制度，加强对操作人员的技术培训，提高操作人员的业务水平以及责任心，确保对循环水总碱度分析准确率保持在99%以上，且保证投放化学药剂准确率为100%。第五，还可以通过适当提高循环水的浓缩倍数，减少排污量，降低新鲜工业水的补充量，提高循环水的总碱度。通过对装置换热器泄漏的排查，及时消除漏点，减少泄漏物料对循环水的污染，减少主装置副产水的回用。除此之外，还可以向循环水中加入碱性化学物质，以提高系统的总碱度和pH值。对于工业循环水来说，系统pH值变化幅度越小越好，通常情况下，通过向循环水中添加弱碱性试剂来平衡系统的pH值，例如碳酸氢钠等。另外，碱性化学药剂的选择以及投放时机也非常关键，为避免碱性化学试剂导致循环水pH值产生较大波动，应合理选择碳酸氢钠这种碱性较弱的化学试剂，并且应在循环中水pH值降低至突越点之前补充碱性试剂，当水的pH值大于4.5时，系统设备被腐蚀速度将大大降低，此时就可以停止加入碳酸氢钠等碱性化学试剂。随着循环水在实际使用中的效果分析，发现循环水水质控制不当会造成装置能耗增加、设备腐蚀，随着社会对循环水系统减排的要求越来越严格，在企业循环水利用过程中，对于循环水的质量以及水循环系统的节能减排的要求越来越严格。阻垢缓蚀是循环水水质控制的主要目标，总碱度是循环水结垢的重要指标，将循环水总碱度控制在合理的范围内，适当提高循环水的浓缩倍数，在条件允许的情况下，配套加酸系统，可达到节水减排的效果。5.结语综上所述，循环水是影响整个系统稳定性和运行经济性的重要因素之一，通过对循环水在实际使用中的效果分析，发现循环水系统的使用不当会造成能耗增加、设备腐蚀。随着社会对循环水系统减排的要求越来越严格，诸多领域在循环水利用过程中，对于循环水的质量以及水循环系统的节能减排越来越重视，因此，在日常运行中应采取相应的措施控制循环水量和水质指标。本文通过理论与实践的结合，有效平衡了总碱度在循环水中的总含量，为后续循环水系统使用过程中出现的一系列应用难点和能耗加剧等问题提供一些建议。【参考文献】1周瑞林.浅析循环水浓缩倍数与节能降耗的关系J.化工管理,2019(08):55-56.2金鑫.提高循环水浓缩倍率,优化水质的方法J.宁夏电力,2014(02):67-71.3李树彬,孟令辉,王光春.提高循环水浓缩倍率的措施J.科技创新导报,2015,12(01):95-96.DOI:10.16660/ki.1674-098x.2015.01.016.4史文权,马转娥,赵凯智.影响循环水系统浓缩倍数提高的因素分析J.工业水处理,2011,31(01):80-82.5曾建平,孙俊,夏明珠,雷武,王风云.循环水在不同浓缩倍数时总碱度的变化规律J.化工时刊,2003(10):24-26.DOI:10.16597/ki.issn.1002-154x.2003.10.008.6赵明,李艳荣.循环水结垢和腐蚀的机理及其控制J.油气储运,1998(02):25-28+61-5.7任琪,马丽娅.循环水浓缩倍数低原因分析及对策J.广州化工,2013,41(13):237-239.【作者简介】移素鸿（1971-），男，汉族，江苏南京人，硕士，研究方向：石油化工生产与管理。