闭式循环冷却水系统总铁超标原因分析及解决对策_武斌斌.pdf

第52卷第2期 当 代 化 工 Vol.52，No.2 2023 年 2 月 Contemporary Chemical Industry February，2023 收稿日期收稿日期：2022-11-01 作者简介作者简介：武斌斌（1988-），男，陕西省榆林市人，工程师，硕士研究生，2013 年毕业于内蒙古大学化学工程与工艺专业，研究方向：污水处理。E-mail：。闭式循环冷却水系统 总铁超标原因分析及解决对策 武斌斌1，王雪清2，甄毅1（1.中天合创能源有限责任公司化工分公司，内蒙古 鄂尔多斯 017399；2.中石化（大连）石油化工研究院有限公司，辽宁 大连 116045）摘 要：西北地区某煤化工企业应用了闭式循环冷却水系统，并采用除盐水作为补充水，系统运行过程中循环水总铁始终偏高，长期超过国标工业循环冷却水处理设计规范（GB500502017）规定2 mgL-1的要求，存在比较严重的腐蚀问题。针对该煤化工企业闭式循环冷却水总铁超标问题，分析了循环水总铁浓度超标原因，并从优化水处理药剂配方、调节循环水 pH、改变加药方式、加强微生物控制 4 个方面提出有效解决措施，为同行企业提供参考借鉴。关 键 词：闭式循环冷却水；总铁；腐蚀 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671-0460（2023）02-0386-04 Cause Analysis and Solutions of Excess Iron in Closed Circulation Cooling Water System WU Bin-bin1,WANG Xue-qing2,ZHEN Yi1（1.Zhongtian Synergetic Energy Co.,Ltd.,Ordos Inner Mongolia 017399,China;2.Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals Co.,Ltd.,Dalian Liaoning 116045,China）Abstract:A coal chemical enterprise in northwest China adopts a closed circulation cooling device,and the closed circulating water uses desalted water as supplementary water.During the operation of the system,the total iron in circulating water was always on the high side,which exceeded the requirement of2 mgL-1 stipulated in Design Code for the Treatment of Industrial circulating Cooling Water(GB500502017)for a long time,and there were serious corrosion problems.In this paper,in view of the problem of the total iron in the closed circulating cooling water exceeding the standard in the process of the coal chemical enterprise,the causes of the total iron mass concentration in the circulating water exceeding the standard were analyzed.And effective solutions were proposed from four aspects:optimizing the formulation of water treatment agents,adjusting the pH of the circulating water,changing the dosing method and strengthening the microbial control,so as to provide reference for the peer enterprises.Key words:Closed circulating cooling water;Total iron;Corrosion 我国水资源相对短缺，其中工业用水占到 70%以上，随着工业的飞速发展，水资源供需矛盾日益突出，节约用水已成为国家战略重点。工业企业生产过程中，循环冷却水系统是用水大户1，传统的大型循环水系统都采用开式冷却塔进行冷却，大量的水随着蒸发、飞溅和泄漏而损失。闭式循环冷却水系统可大幅减少蒸发损失，有利于节水减排，特别是我国西北地区缺水严重，年均气温较低、风速较大、空气干燥，尤其适合配置此类冷却系统。但闭式循环水系统一般采用除盐水作为补充水，由于除盐水的腐蚀性较强，使得腐蚀控制成为运行管控的关键2。总铁浓度是表征系统金属腐蚀的重要指标，总铁浓度升高意味着系统可能发生了腐蚀，反之总铁浓度下降表明腐蚀得到了有效控制。因此，本文以闭式循环水系统中的总铁浓度为对象，对其超标原因及控制对策进行分析讨论，为同类装置优化运行提供参考借鉴。1 闭式循环冷却水系统基本情况 1.1 系统概况 近年来，随着我国能源结构的优化，煤化工项目逐渐兴起，而我国煤炭资源多集中在水资源较为匮乏的北方和西北地区3-4。煤化工项目一般规模较大，循环水用量大，对当地的水资源储量是存在严重挑战。闭式循环水系统一方面由于其优良的节水效果受到煤化工企业的青睐，另一方面还能避免冷DOI:10.13840/21-1457/tq.2023.02.041 第 52 卷第 2 期 武斌斌，等：闭式循环冷却水系统总铁超标原因分析及解决对策 387 却水与空气接触而导致污染，能够降低腐蚀和结垢倾向，提高传热效果5。正是在这种情况下，西北地区某煤化工企业采用了闭式循环水系统，使用一种具有节能降耗的高效新型联合式空冷器进行循环水冷却，并通过合理有效的布置，在实际运行中取得了良好的节水效果。本文中闭式循环冷却水系统主要为净化、硫回收、合成及 MTO 装置提供循环冷却水，循环冷却水的再冷却由空冷器和配套喷淋系统完成。设置 38 台机力通风空冷塔，空冷器由干式散热器（翅片管基管为铝合金材质）和湿式（浸没）散热器（管束为不锈钢材质）串联组成。循环回水先经干式散热器冷却，后经湿式散热器冷却。当环境温度较高（设计为 15）或供水温度较高时，系统配置一套循环水量为 26 600 m3h-1的喷淋水系统，配有 9 台喷淋水水泵，启动喷淋系统辅助降温。系统设置了旁滤系统、全自动加药系统以及智能监测换热系统，定时取样对水质进行化验分析。为了增强空冷塔的冷却效果和延长使用寿命，对闭式系统也投加阻垢缓蚀剂及非氧化杀菌剂，防止腐蚀和结垢。1.2 闭式循环水系统运行流程及特点 传统开式循环水工艺中，循环水与空气接触，部分水在通过空冷塔时不断被蒸发损失掉，从而带走热量起到降温效果6-7。闭式循环水系统的冷却塔主要以空气作为冷却介质，通过风机使换热管内的循环水得到冷却降温，整个过程中管内冷却水不和空气直接接触，因此可以大幅减少蒸发损失，达到节水效果8-9。闭式冷却塔运行流程为：循环水先进入翅片空气预冷管束进行部分冷却，然后进入被直接喷淋的蒸发冷却管束进一步冷却。空气从下部向上进入蒸发冷却管束，再向上进入翅片空气预冷管束。风机置于设备顶部，在翅片空气预冷管束和蒸发冷却管束之间，设有喷淋水系统，通过喷淋水泵把水池中的水喷洒到蒸发冷却管束表面，之后落回水池，如此循环10。外界气温降低时外部喷淋停水，设备转为干式运行11。循环水在闭式冷却塔通过蒸发散热、接触传热和辐射传热 3 个过程得以冷却，其中蒸发散热和接触传热起主要作用12-13。与开式冷却塔相比，闭式冷却塔设备造价高，并且基于煤化工行业的特殊性，闭式冷却塔在煤化工企业被大规模应用的案例非常少14。闭式冷却塔主要应用于小规模循环水项目，如空调系统、电子电力系统等。1.3 系统基本参数 本文所述某煤化工企业闭式循环冷却水系统主要参数如表 1 所示。表 1 闭式循环水系统参数 Table 1 Parameters of closed circulating water system 1.4 补充水水质指标 闭式循环水系统采用除盐水作为补水，其水质指标的设计值和实际运行数据如表 2 所示。实际补充水水质均能够满足指标要求。表 2 补充水水质指标 Table 2 Water quality indicators of filling water 项目 设计值 最大值 最小值 平均值 pH 58 8.0 5.4 6.6 二氧化硅/(gL-1)20 10 1 4 电导率/(Scm-1)0.4 0.4 0.1 0.2 1.5 闭式循环水系统工艺控制指标 闭式循环水系统运行中主要工艺控制指标及其限值范围如表 3 所示，其中总铁执行国标工业循环冷却水处理设计规范（GB500502017）中不高于 2 mgL-1的要求。表 3 闭式循环水系统工艺控制指标 Table 3 Process control index of closed circulating water system 控制指标 范围 碳钢腐蚀率/(mma-1)0.075 不锈钢腐蚀率/(mma-1)0.005 总铁/(mgL-1)2 异养菌/(个mL-1)1105 pH 7.09.0 浊度/NTU 10 2 循环水总铁质量浓度变化情况 2.1 闭式循环水总铁质量浓度 2021 年 1 月至 2022 年 6 月间，闭式循环水系统中总铁质量浓度监测数据的变化情况如图 1 所示。2.2 总铁来源分析 本系统补水为除盐水，水质稳定，补水带入的总铁可忽略不计。系统配置了监测换热器，由第三方检测机构通过测定碳钢试管失重计算碳钢腐蚀速基本参数 数 据 设计循环水量/(m3h-1)45 000 供水温度/30 供水压力/MPa 0.50.6 系统容积/m3 15 000 空冷器供回水平均温差/10 系统材质 碳钢、低温碳钢、不锈钢、铝合金 388 当 代 化 工 2023年2月 率。该系统碳钢腐蚀速率总体均控制在国标（0.075 mma-1）范围内，数据如图 2 所示。2021年 1 月至 2022 年 6 月碳钢平均腐蚀速率为 0.027 1 mma-1。其中，2021 年 7 月碳钢腐蚀速率达到 0.056 1 mma-1，由于闭式系统排水量约为循环水量的 1左右，总铁逐步累积，随后的 8 月、9 月即出现了循环水总铁明显升高的现象。经过工艺优化调整，系统腐蚀控制能力加强，碳钢腐蚀速率稳定控制在 0.03 mma-1以下，总铁质量浓度逐步降低，说明碳钢腐蚀加剧是导致循环水总铁升高的关键 原因。图 1 2021 年 1 月至 2022 年 6 月闭式循环水 总铁质量浓度变化曲线图 Fig.1 Change curve of total iron mass concentration in closed circulating water from January 2021 to June 2022 图2 2021年 1月至2022年 6月闭式循环水系统碳钢腐蚀速率变化曲线图 Fig.2 Change curve of corrosion rate of carbon steel in closed circulating water system from January 2021 to June 2022 2.3 数据分析 从图 1 和图 2 数据可以看出，两者具有较好的相关性。2021 年 1