加酸运行提高我厂循环水浓缩倍数的研究
摘要： 分析 我乌石化公司几套循环水系统及补水现状，提出加酸运行能有效提高循环水浓缩倍数并简述加酸运行的必备条件。
关键词：加酸 厂循环水 浓缩倍数
近两年来随着 经济 发展 水的用量越来越大,缺水 问题 也越来越严重。乌鲁木齐石化公司地处我国西北部，西北部属我国缺水地区，这一问题尤为突出。为缓解缺与经济发展的矛盾，节约水资源，今年我公司制定 工业 水管理制度规定水的重复利用率>90%，循环水是工业用水的主要部分占其中80%以上，所以提高循环水的浓缩倍数将会有效的提高水的重复利用率。面对缺水的严峻形式，进一步提高循环水的浓缩倍数也是势在必行。
1 我厂水质现状及分析
我公司共7套循环水场，其中化肥厂两套循环水系统循环水量大，补充水量占化肥厂新水用量的70%左右，一化循环水场循环水量36000m3，保有水量10000m3 浓缩倍数保持在3.5～4.0之间，系统一直采用少量加酸偏碱性的方式运行，近两年由于补水钙硬度和总碱度仍在增加，同时提高浓缩倍数减少新水用量的需求日趋迫切，因此我们就此问题展开 研究 。
1.1 补水现状
表1 补水水质表
|
项目 |
pH |
Ca2+ |
Mg2+ |
总碱 |
Cl－ |
SO42- |
SiO2 |
|
2000.3月 |
8.05 |
149.6 |
35.4 |
141.1 |
34.1 |
56.6 |
15.0 |
|
2001.3月 |
7.83 |
145.0 |
49.0 |
153.3 |
38.5 |
77.7 |
14.0 |
|
2002.4月 |
8.08 |
153.5 |
62.7 |
161.5 |
49.5 |
93.3 |
12.2 |
|
2004.4月 |
7.91 |
176.6 |
63.8 |
163.2 |
59.38 |
89.6 |
13.9 |
从表1可看出我厂补水水质碱度、硬度高。以这样的补水水质 计算 (按照行业普遍认同的标准： 自然 偏碱性运行钙硬+碱度≤900mg/L我厂循环水浓缩倍数最好为3.0倍，不超过3.5倍。
1.2 以饱和指数判断
表2 饱和指数的计算结果(以一化肥厂循环水为例)
总溶解固体：350mg/L 钙硬：180mg/L 总碱:160mg/L
|
浓缩倍数 |
温度℃ |
pH |
pHS |
L.S.I |
判断 |
|
k=1 |
80 |
8.00 |
6.88 |
1.12 |
结垢 |
|
50 |
6.94 |
1.06 |
结垢 |
||
|
30 |
7.27 |
0.73 |
结垢 |
||
|
k=3 |
30 |
8.70 |
6.31 |
2.39 |
严重结垢 |
|
k=5 |
30 |
9.00 |
5.85 |
3.72 |
严重结垢 |
饱和指数的判断标准：L.S.I=pH～pHS，L.S.I>0为结垢，L.S.I<0为腐蚀，L.S.I=0为不腐蚀不结垢状态。由上表结果可知：随着温度的升高饱和指数越大，结垢趋势越大，这也说明个别温度要求高的换热器易于结垢。补水饱和指数大于0，判断我厂补水属结垢型水质。浓缩倍数在3和5倍时，L.S.I显示这时水质均严重结垢。
1.3 各循环水场现状
表3 2003年1～6月各循环水场水质数据(平均值)
|
项目 |
pH |
浓缩倍数 |
钙硬 |
总碱 |
浊度 |
总磷 |
|
化纤厂 |
8.95 |
3.7 |
610.6 |
444.1 |
3.09 |
5.95 |
|
电厂 |
8.80 |
3.3 |
504.1 |
398.7 |
3.82 |
3.9 |
|
炼油三循 |
8.80 |
2.8 |
548.6 |
471.7 |
13.2 |
5.9 |
|
一化循环水 |
8.60 |
3.7 |
610.3 |
360.2 |
3.5 |
5.7 |
由表中数据显示各厂循环水的钙硬+碱度均已突破900mg/L，尤其是化纤厂循环水夏季多数情况下会达到1100mg/L。也就是说现在浓缩倍数已达到药剂的极限，再提高浓缩倍数并继续自然偏碱性运行，将有系统结垢的危险，浓缩倍数已无再提升的余地。
2 可采取的措施分析
从以上分析可知我厂这几套循环水系统按照自然浓缩偏碱性的方式运行，由于钙硬度和碱度过高，浓缩倍数难以再继续提高，否则将有结垢的危险。针对此类水质要提高浓缩倍数， 目前 国内主要采用2种工艺处理:
2.1 第一种工艺
新水经过预处理降低碱度和硬度，循环水在自然pH条件下加药处理工艺(简称预处理工艺)该工艺具有处理效果好可以在高浓缩倍数运行，综合处理费用低的特点，但要增加设备投资。
2.2 第二种工艺
新水不经预处理，循环水在加酸控制pH值条件下加药处理工艺(简称加酸工艺)。该工艺主要是对补入循环冷却水系统的高硬度高碱度水质不进行降硬降碱处理，直接加入到循环水中，再将一定量的无机酸加入循环水中，使循环水的pH值严格控制在7.5～8.0之间，用缓蚀效果好的水处理剂进行处理，从而达到提高循环水浓缩倍数的目的。该工艺具有处理效果较好，可以在较高浓缩倍数下运行，综合处理费用低的特点。降低循环水的pH值，大大减弱了水质的结垢倾向。但是由于硫酸的加入，水中腐蚀性离子硫酸根离子增加，同时由于pH值降低，使水的腐蚀性增强，因此对于加酸处理方案，配方应具有优异的缓蚀性能。循环水提高浓缩倍数后水中Ca2+、总碱度会增加，从而使循环水的pH值升高，使水的饱和指数升高，腐蚀倾向减小。但当浓缩倍数提到一定高度时由于水中腐蚀性离子Cl-、SO42-等的增加所带来的腐蚀也将难以控制。这样既要求水稳剂要阻止结垢又要控制腐蚀是比较困难，系统设备状况又比较复杂，这样会同时存在腐蚀与结垢。所以若将水质从结垢性转化为腐蚀性，只控制腐蚀相对会简单些。加酸运行从另一方面说也就是将结垢型水质转化为腐蚀性水质。
2.3 补充说明
循环水补水中掺入部分冷凝水也可以降低水中硬度和碱度，从而提高这类水质的浓缩倍数。冷凝水用于循环水补水属高质水低用，但在现阶段冷凝水富余又无全部回收的相应措施的情况下这样使用也是可行的。另外水质差的工艺冷凝液或解析水用于循环水，会对系统带来很大 影响 ，如尿素解析水必然会或多或少含有尿素，这样杀菌措施跟不上，必然会给系统带来腐蚀。
考虑我厂水质条件和现时可行性，我们决定采用加酸控制pH值条件下加药处理的工艺路线但先保守将pH值控制在8.0以上。
3 试验过程
3.1 静态阻垢试验
表4 静态试验结果
|
实验条件 |
恒温水浴70℃, 浓缩2倍, 药剂XF-2加量70/(mg/L) |
|||
|
初始钙mg/L |
394.0* |
462.0* |
||
|
初始碱度mg/L |
400 |
500 |
||
|
控制pH |
8.5 |
8.8 |
8.5 |
8.8 |
|
阻垢率% |
70.4 |
47.2 |
53.5 |
38.1 |
由试验结果可得出：初始钙375mg/L浓缩2倍相当于浓缩倍数达到5倍，控制pH 值低于8.5，药剂阻垢率可达到70.4%，而控制pH值低于8.8药剂阻垢率仅47.2。说明加酸对降低结垢趋势非常有效。
3.2 旋转挂片实验
表5 旋转挂片腐蚀实验结果
结果 分析 ：7#、8#验证了提高浓缩倍数，腐蚀速率会有所下降;加酸调pH值的1#～6#钙保持率均在90%以上，而 自然 运行的7#、8#钙保持率在80%多，说明加酸能有效地减少结垢;pH值控制越低试片腐蚀越严重，说明采用加酸运行对药剂的缓蚀性能要求高。
3.3 动态模拟实验
表6 实验条件和结果
|
1 |
2 |
实验条件 |
|
|
控制pH值 |
8.4～8.9 |
8.0～8.5 |
管内流速：0.9～1.0m/s进出口温差：12 ℃ 浓缩倍数：4.5～5.0 |
|
试管腐蚀速率 mm/a |
0.0430 |
0.0521 |
|
|
试管粘附速率 mcm |
12.61 |
8.17 |
3.3.1动模实验结果分析
试管的腐蚀速率和粘附速率均达到小型动态模拟实验评价标准的好级，2#系统控制pH值低腐蚀速率高于1#系统但粘附仅8.17mcm。加酸确实能够有效的减少结垢。
4 采用加酸运行的必备条件
⑴ 采用加酸运行系统最好具备自动加酸系统，以保证系统pH 值的稳定并减少人员的操作量，加酸时要避免局部pH过高或过低。
⑵ 水稳剂的选择也是非常重要的。提高浓缩倍数会使药剂在水中停留时间增加，因此要求药剂的稳定性好。加酸运行碱度降低又要求药剂缓蚀性能好。
⑶ 加酸运行对日常控制条件要求较高，一旦发生异常需要强大的技术力量做后盾，因此要求做好前期的各种试验，积累大量的基础数据，确保方案的可行性。另外，实验室的试验条件与现场实际有很大的出入，存在许多不确定因素，还需要实验室不断试验和现场的不断调整。
5 结束语
提高循环水的浓缩倍数，可以降低补充水的用量，从而节约水资源;还可以降低排污水量，从而减少对环境的污染和废水的处理量。此外，提高浓缩倍数还可以节约水处理剂的消耗量。
循环水加酸运行是解决我厂 目前 循环水浓缩倍数难以继续提高的瓶颈 问题 的有效措施。这一运行方式在国内外水处理行业内正普遍 应用 。
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