煤化工循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)常見異常及應(yīng)急措施
發(fā)布時間：2020-06-04 15:32
公司名稱：山東木府環(huán)?？萍加邢薰?/div>
作者：伏文斌
摘 要：本文針對煤化工循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)情況，以及循環(huán)水系統(tǒng)在運行過程中比較典型的pH過低、物料泄漏進入循環(huán)水系統(tǒng)后對循環(huán)水造成的危害進行了闡述，并對發(fā)生水質(zhì)異常原因進行了分析，同時，根據(jù)實際情況，對水質(zhì)異常后的現(xiàn)象、判定方法進行了歸納和總結(jié)，并提出了幾種有效的處理此類水質(zhì)異常的方法，在實際生產(chǎn)中有一定的指導(dǎo)作用。
神華包頭煤化工公司公用工程中心循環(huán)水裝置由第一循環(huán)水場、第二循環(huán)水場和第三循環(huán)水場組成，負責循環(huán)冷卻水的處理和供應(yīng)，三套裝置給不同生產(chǎn)裝置提供冷卻水。第一循環(huán)水場主要滿足氣化、凈化及硫回收裝置的循環(huán)水用水要求，設(shè)計處理能力29100m3/h；第二循環(huán)水場分兩套系統(tǒng)，二A負責供給熱電、空分、儀表空壓站等裝置；二B供給甲醇合成裝置，兩套裝置總設(shè)計處理能力47000m3/h；第三循環(huán)水場主要滿足MTO裝置、PP裝置、PE裝置和C4裝置的冷卻用水要求，設(shè)計處理能力38000。循環(huán)水裝置自2010年投產(chǎn)至今，循環(huán)水系統(tǒng)在運行過程中，發(fā)生過多次水質(zhì)異常事故，尤其以系統(tǒng)pH過低和物料泄漏進入循環(huán)水系統(tǒng)較為典型。
1 循環(huán)水pH過低對系統(tǒng)造成的影響
循環(huán)水系統(tǒng)由于硫酸自動投加系統(tǒng)故障、酸性物料泄漏等原因，有時會發(fā)生pH值過低的事故，過多的酸漏入系統(tǒng)其后果是嚴重的。當pH值降到5以下時，碳鋼表面原先形成的鈍化膜會很快被破壞；在pH為4左右時，析氫反應(yīng)開始，使鐵迅速溶解，加速腐蝕。腐蝕導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)中金屬離子（如亞鐵離子）的濃度將增加。在一定條件下，這些離子能迅速生產(chǎn)難溶的氫氧化物（如氫氧化鐵）沉積在換熱器中管壁的金屬表面上，降低換熱器的換熱效果。這些沉積物的存在還將促進金屬表面上局部電池（腐蝕電池）的形成，造成換熱器的腐蝕穿孔事故發(fā)生。當pH值較低時，混凝土構(gòu)筑物（如集水池、吸水池）也會遭到嚴重侵蝕，使水的硬度增加；
圖1中示出了第一循環(huán)水場在一次酸性物料泄漏后pH降低對碳鋼腐蝕速率的影響情況。從圖中可以看出，當冷卻水的pH值（實線）由8.4降到7.2時，碳鋼的腐蝕速率（虛線）即由0.035mm/a上升到0.225mm/a。
1.1 pH過低處理措施
1.1.1 提高循環(huán)水的pH值
一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)pH低，應(yīng)及時停止硫酸投加系統(tǒng)，查找pH低的原因；再根據(jù)系統(tǒng)補水情況調(diào)整生產(chǎn)水和回用水的補水量；
根據(jù)實測pH值來確定投加中和藥劑，當pH≤2.5時，可以投加氫氧化鈉溶液中和系統(tǒng)中的酸，但在投加過程中要少量多次投加，及時取樣分析pH值，切忌一次大量投入氫氧化鈉。因為當pH到7左右時，系統(tǒng)中腐蝕產(chǎn)生的大量亞鐵離子會以氧化亞鐵沉淀出來。
Fe2+ + 2OH- = Fe（OH）2 ↓
氫氧化亞鐵很快就會被水中的氧氣氧化為氫氧化鐵，產(chǎn)生嚴重的污垢沉積。
4Fe（OH）2+O2+2H2O= 4Fe（OH）3↓
大量難溶的氫氧化鐵將在水流速慢的地方沉積，從而產(chǎn)生沉積下的腐蝕發(fā)生。
因此在pH值到2.5-4.5，停止向系統(tǒng)投加氫氧化鈉，而是改為投加碳酸鈉溶液，直到pH值到4.5時為止，此時水中的無機酸濃度大為降低，接近于零。一旦pH>4.5，碳鋼的腐蝕速率將降低。
1.1.2 去除系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)生污垢物
當系統(tǒng)pH>4.5以后，下一步的處理就是要及時除去系統(tǒng)中過低pH產(chǎn)生的污垢物（如亞鐵離子）上。由于這些污垢物是腐蝕產(chǎn)物，清除的最佳辦法就是通過大量的排污置換來完成，在排污置換過程中，應(yīng)該大排大補，在最短的時間內(nèi)將這些污垢物從系統(tǒng)中排出。
1.1.3 重新預(yù)膜
過低pH會對換熱器以及供水管網(wǎng)的鈍化膜造成破壞，因此當系統(tǒng)水質(zhì)具備預(yù)膜條件后，要對鈍化膜進行修復(fù)，在預(yù)膜過程中，系統(tǒng)的pH要根據(jù)緩蝕劑自身決定，如緩蝕劑為聚磷酸鹽，則預(yù)膜時的pH為正常運行時的下限值，聚磷酸鹽緩蝕劑的濃度為正常運行時的2～3倍，預(yù)膜時間至少要48小時，最后根據(jù)掛片成膜形態(tài)來判斷預(yù)膜效果。
2 物料泄露進入循環(huán)水
2.1 物料泄露的危害
循環(huán)水系統(tǒng)是密閉循環(huán)系統(tǒng)，一旦生產(chǎn)物料泄露污染系統(tǒng)，得不到及時處理，水質(zhì)將發(fā)生變化，給循環(huán)水系統(tǒng)造成了較大危害，泄漏時間越長，對循環(huán)水系統(tǒng)危害越嚴重。
煤化工循環(huán)水系統(tǒng)物料泄露物主要有甲醇、二甲醚、丁烯-1、C4、C5等，泄漏物雖然不同于石油化工，但對循環(huán)水系統(tǒng)的危害是相似的。主要歸納為以下幾點：
①在大部分的金屬表面形成一層油膜，影響設(shè)備的傳熱和冷卻；
②與循環(huán)水中的懸浮物結(jié)合，生產(chǎn)污垢和黏泥；黏泥造成循環(huán)水旁濾系統(tǒng)的濾料污堵；
③泄露物料同時泄漏物料給循環(huán)水系統(tǒng)中微生物的迅猛繁殖提供了豐富的營養(yǎng)源；
④迅速繁殖的細菌、細菌代謝產(chǎn)物及其所黏附的泥沙形成了危害更大的生物粘泥。生物粘泥附著的地方，促進了厭氧菌的生長，為垢下腐蝕及點蝕提供了有利條件；
⑤細菌的大量繁殖，導(dǎo)致了次氯酸鈉（殺菌劑）投加量增加。
2.2 物料泄露原因
①換熱介質(zhì)腐蝕性較強。比如換熱介質(zhì)里酸性物料時，能引起換熱器管束介質(zhì)側(cè)發(fā)生泄漏；
②微生物腐蝕。在循環(huán)水系統(tǒng)中，適宜的環(huán)境極易繁殖大量的微生物，從而引起微生物腐蝕。循環(huán)水中含有鐵離子，它很容易繁殖鐵細菌。鐵細菌是好氧菌，它可以將二價鐵氧化為三價鐵沉淀下來，同時產(chǎn)生大量黏液，構(gòu)成銹瘤。由于它們耗氧，而生成的銹瘤又阻礙氧的擴散，銹瘤下面的金屬表面常常處于缺氧狀態(tài)，從而構(gòu)成氧濃差電池，引起管束腐蝕穿孔；
③循環(huán)水水質(zhì)差。水中的泥沙、塵埃、腐蝕產(chǎn)物、水垢以及水中氯離子等在水中形成沉積物，覆蓋在金屬表面，從而引起換熱器的縫隙腐蝕或點蝕；
④生產(chǎn)裝置操作不平穩(wěn)，介質(zhì)壓力突然升高，也會引起換熱器泄漏；
⑤換熱器制造過程中的自身缺陷使換熱器發(fā)生泄漏的現(xiàn)象在實際生產(chǎn)中也會碰到。
2.3 物料泄露的判斷和檢測
物料泄漏后循環(huán)水水質(zhì)會有明顯變化，歸納如下：
①在沒有投加其他水穩(wěn)藥劑的情況下，現(xiàn)場水池是否有大量泡沫產(chǎn)生；第一循環(huán)水廠發(fā)生過多次物料泄露到循環(huán)水系統(tǒng)導(dǎo)致水池產(chǎn)生大量白色泡沫；
②濁度異常升高；其他影響濁度條件排除后，物料泄露也會造成濁度升高；第三循環(huán)水廠多次發(fā)生換熱器泄露導(dǎo)致循環(huán)水濁度升高的事故；
③循環(huán)水涼水塔周圍有刺激性氣味，當氣體物料泄漏到循環(huán)水系統(tǒng)時，循環(huán)水會有異味；可攜帶便攜式氣體檢測儀到現(xiàn)場檢測確定；
④次氯酸鈉（殺菌劑）投加量高于正常投加量，水中檢測不到余氯；細菌的大量繁殖導(dǎo)致殺菌劑損耗增加；COD升高；
⑤pH值變化，某些酸性物料泄露到系統(tǒng)會影響循環(huán)水的pH值。
2.4 物料泄露后的處理
①聯(lián)系生產(chǎn)裝置，查找泄露換熱器，將泄露換熱器切換；
②加大對水質(zhì)的分析頻次，主要檢測總鐵、COD、余氯值、濁度、pH、油含量、鈣、總磷等；
③物料泄露量較少時，應(yīng)該控制好循環(huán)水系統(tǒng)中的微生物迅速繁殖，加大氧化性殺菌劑（次氯酸鈉）投加量，盡量使循環(huán)水余氯值在上運行上限值；再投加次氯酸鈉的同時，可以交替投加一定量的非氧化性殺菌劑，防止異氧菌的滋生；
④如果強腐蝕性的物料泄露時，及時進行大量排污置換處理，根據(jù)水質(zhì)指標以及掛片的腐蝕情況判定是否需要清洗預(yù)膜處理；清理預(yù)膜期間要嚴格把控系統(tǒng)的pH值；清洗合格標準要以總鐵、濁度為主要參考依據(jù)；預(yù)膜時間在48小時左右，具體情況根據(jù)生產(chǎn)條件和現(xiàn)場掛片成膜情況而定；
⑤如果系統(tǒng)有結(jié)垢現(xiàn)象產(chǎn)生，應(yīng)進行化學(xué)清洗，清洗合格標準以水質(zhì)鈣、濁度、總鐵等指標為判斷依據(jù)，在投加化學(xué)清洗劑時階梯控制式投加，防止過量投入導(dǎo)致系統(tǒng)腐蝕；
⑥如果系統(tǒng)產(chǎn)生污垢沉積，要利用殺生劑、表面活性劑和剝離劑進行交替清洗處理，每個藥劑運行時間不能少于48小時，清洗合格置換時要大排大補，快速將污染物排出系統(tǒng)。
3 總結(jié)
煤化工循環(huán)水系統(tǒng)在運行時會出現(xiàn)各種各樣的水質(zhì)異常，發(fā)生水質(zhì)異常時，根據(jù)現(xiàn)場水體的變化，借助現(xiàn)場在線監(jiān)測儀表，準確地判斷水質(zhì)異常的原因，采取有效的處理措施來改善水質(zhì)，避免水質(zhì)惡化對系統(tǒng)造成腐蝕、結(jié)垢和微生物滋生。要避免水質(zhì)異常的出現(xiàn)，需要專業(yè)技術(shù)人員和操作人員各司其職，高度重視；有針對性地制定水質(zhì)異常的應(yīng)急處理預(yù)案，提高水質(zhì)異常時的處置能力。保證循環(huán)水系統(tǒng)高效，平穩(wěn)運行，為生產(chǎn)裝置的長周期運行奠定良好的基礎(chǔ)。
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