煉油廠循環水水質改進研究
1、循環水系統存在問題及原因
某煉油廠循環水場處理水量約1500 t/h，供應全廠各個裝置30多臺水冷器使用。
從1998年開工以來，由于用劑不當，1999年煉油廠的水冷器泄漏突然加劇，到年底共泄漏了1臺，2000年有2臺次泄漏，2001年有3臺次泄漏。從2 000年大檢修期間水冷器鑒定情況看，系統中有相當一部分水冷器管束堵死，腐蝕相當嚴重，油泥較重。匯總所鑒定水冷器的垢樣成份分析值可看出：Fe2O3和550℃有機物含量偏大，說明冷卻器鐵銹、油泥較重，其主要原因是系統泄漏嚴重所致。頻繁的物料泄漏，使得系統水質和設備的嚴重污染，造成了系統中菌藻的大量繁殖，粘泥滋生，設備嚴重腐蝕，粘泥油污堵塞水冷器管束，為了處理物料泄漏，置換了大量的新水和排掉了大量的藥劑，系統長期降低濃縮倍數運行，形成了循環水系統的惡性循環。
造成循環水系統被動局面的主要原因有：①是緩蝕阻垢劑配方的阻垢緩蝕效果差，抗沖擊和污染能力差；②是殺菌劑已產生了抗藥性，殺菌效果差，同時殺菌方法也不當；③是水冷器工藝存在缺陷，導致循環水流速低、溫度超標；④是水冷器物料泄漏后處理方法不當；⑥是管理不到位。
2、循環水水質改進措施
2.1 緩蝕阻垢劑的評選
根據煉油廠補充水狀況及水質類型的判斷，確定使用以膦羧酸，膦酸鹽，AMPS共聚物，鋅鹽為主組成的復合緩蝕阻垢劑配方，經過多次復配，多次鑒定，也和市場上的藥劑對比，最后篩選了兩種新配方用于循環水系統。在使用之前，我們對這兩種新配方GF-4和市場上的緩蝕阻垢劑進行了試驗，同時與舊配方進行對比。試驗方法按中國石油化工總公司冷卻水分析和試驗方法。
2.1.1 靜態試驗
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表1 靜態試驗數據
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2.1.2 動態模擬試驗
表2 動態模擬試驗數據
注：試驗水質：①正常水質為－水源新水； ②苛刻水質為－水源新水補油50mg/L，總鐵1.5mg/L。
藥 劑
水質條件
藥劑濃度（mg/L）
試驗天數
濃縮倍數
腐蝕速率 （mm/a）
粘附速率（mcm）
GF-4
正常水質
60
15
4.5-5.5
0.029
4.32
苛刻水質
0.07
8.3
市場緩蝕阻垢劑
正常水質
60
15
4.5-5.5
0.032
4.18
苛刻水質
0.067
9.52
控制指標
腐蝕速率：很好0－0.037 mm/a，好0.037-0.070 mm/a，可以允許0.070-0.093 mm/a；
粘附速率：很好0-10 mcm,好10-20 mcm,可以允許20-30 mcm。
2.1.3 工業放大試驗
表3 兩種藥劑工業放大試驗結果
注：ZJ-720和ZJ-014投加濃度均為60mg/l。
藥 劑
GF-4
系統名稱
北線
時 間
腐蝕速率mm/a
粘附速率mcm
Nov-01
0.082
8.72
Dec-01
0.098
8.37
2002-1~2
0.091
6.28
Mar-02
0.089
13.84
Apr-02
0.05
8.24
May-02
0.006
5.05
Oct-02
0.033
2.9
Nov-02
0.002
0.56
平均值
0.056
6.74
由表2、3數據可得到如下結論：
（1）GF-4緩蝕性能較強，試管和掛片表面清潔，無點蝕和銹蝕，腐蝕速度在正常水質條件下達到很好級別，在苛刻水質條件下達到好級別。
（2）GF-4具有優異的阻垢性能，在濃縮倍數為4.5-5.5的條件下，其粘附速率在正常水質和苛刻水質條件下均達到很好級別。
（3）GF-4具有較強的抗水質污染能力，在苛刻水質條件下仍可以控制腐蝕和結垢。
結論：
（1）GF-4緩蝕阻垢劑在我廠運用近一年來，各項運行指標和監測數據均達到并優于國標GBJ50－96、中石化總公司生產部有關規定的要求。2002年大修期間，設備鑒定檢查，水相管束及封頭均無明顯的銹蝕、污垢發生，檢查的水冷器狀況明顯優于國內同類裝置同期檢修水平。
（2）GF-4緩蝕阻垢劑在較惡劣條件下仍具有較好的緩蝕阻垢性能，使用這兩種藥劑處理后的水所形成的污垢極其疏松，這樣既不影響傳熱，而且便于清洗。
2.2 殺菌劑的優選
近幾年來隨著循環水濃縮倍數的提高，細菌抗藥性問題，已使用非氧化性殺菌劑殺菌效率大為降低，系統因微生物繁殖而形成的粘泥故障越來越突出，為此我們開展了殺菌劑優選工作。
我們通過對國內外殺菌劑進展情況調研，掌握了非氧化性殺菌劑的最新動態，然后索取到國內最有代表性的幾個非氧化性殺菌劑樣品，經過幾十輪非氧化性殺菌劑靜態殺菌試驗，確定使用異噻唑啉酮進行復配和1227非氧化性殺菌劑，這兩種非氧化性殺菌劑比較適合我廠循環水水質。經過協商，確定使用異噻唑啉酮進行復配和1227非氧化性殺菌劑。
我們推薦的殺菌方案為氧化性殺菌劑和非氧化性殺菌劑交替使用。
① 非氧化性殺菌劑殺菌方案：非氧化性殺菌劑每月投加一次，每次投加100mg/L，進行24小時后再排污或投加氧化性殺菌劑，兩種藥劑交替使用。
② 氧化性殺菌劑殺菌方案：根據循環水場條件和現場試驗確定一循投加氧化性殺菌劑，冬季每日一次，夏季每日兩次，均控制余氯量達到0.5-1.0mg/l。
此套殺菌方案經過一年多的運行，煉油廠四套循環水系統異氧菌總數，鐵細菌，硫酸鹽還原菌均能控制在規定的指標內，宏觀檢查涼水塔塔壁上干干凈凈，連一點藻類也沒有長，生物粘泥指標也一直合格，收到了較好的效果。
2.3 水冷器工藝改進
在工業循環冷卻水處理設計規范規定，工藝換熱設備的冷卻水側設計應符合下列要求：a、管程冷卻水流速宜為1m/s，不應小于0.5m/s，殼程流速不應小于0.3m/s；b、出口溫度不宜高于50 ℃；總公司工業水管理制度中規定，水冷器的熱介質溫度大于150℃時，應先進行熱量回收，再用循環水冷卻。
但煉廠實際生產中存在有許多不符合規定的設計和操作。這些違規的設計和操作會直接影響水冷器緩蝕和阻垢效果，對水冷器構成了潛在的危害，其泄漏機率遠遠大于其他水冷器。
針對這些違規的設計和操作，我們進行了水冷器工藝改進，主要包括以下幾個方面：
（１）對流速嚴重偏低的水冷器進行系統管線改造，增大水冷器配管管徑。
如把二套2臺堵塞嚴重的水冷器,都存在進出口管線太細,水量不足,流速太小的問題。大修期間將水冷器進出口線由φ50改為φ100。
（２）改變流程提高水冷器冷卻水的流速。
加強循環水壓力控制，保證供水壓力。對水走殼程的水冷器，在水冷器下部焊了一根排污管，定期用空氣攪拌后排污，防止殼程內粘泥淤積，保持殼程內干凈暢通。
2.4 物料泄漏處理方法的創新
水冷器物料泄漏后，一般采用以下方法和步驟處理：①查清和切除漏油源；②停止加緩蝕阻垢劑和殺菌劑，以大排大補方式換水除油，直至換水合格；③加入除油清洗劑和粘泥剝離劑清洗；④清洗至終點，再大排大補方式換水，直至換水合格；⑤正常運行，開始正常投加緩蝕阻垢劑和殺菌劑。
此方法換水量過大，因經濟承受力的限制，一般停止加緩蝕阻垢劑和殺菌劑，這樣循環水的緩蝕、阻垢和殺菌滅藻效果受到巨大影響，循環水可出現一種所謂水質穩定空白期。顯然，這一時期對設備的損傷是極其嚴重的。因為此時水中防腐蝕能力很小，加之菌藻粘泥的影響更嚴重的是泄漏的油料粘附后與生物粘泥混染，腐蝕性更強，估計這個時期腐蝕性大約是水穩劑投放的50－100倍，導致水冷器會發生更嚴重的腐蝕，物料泄漏更頻繁，從而形成一種惡性循環，對全廠水冷器的正常運行和壽命構成嚴重威脅。
經過長期在實踐經驗中摸索，我們改進了物料泄漏的處理方法，采用以下方法和步驟處理：①查清和切除漏油源；②加入除油清洗劑和粘泥剝離劑清洗；③清洗至終點，再采用慢慢置換水，置換水期間正常加緩蝕阻垢劑和殺菌劑。
2.5 加強系統科學管理
在搞好科研和監測工作的同時，我們十分注意建立和完善循環冷卻水管理制度，基本形成了一套行之有效的科學的管理制度，諸如水質異常優先制、定期現場巡檢制、定期參加每月一次水質例會、和嚴格把好系統清洗預膜檢驗質量關等管理制度。
3、改進前后的效果對比
循環水水質改進后，最明顯的效果是水冷器物料泄漏頻次減少，濃縮倍數迅速提高，使煉油廠的節水工作上了一個新臺階。
表4 改進前后各項技術指標對比
項目
改進前（1999～ 2000年）
改進后（2002～ 2003年）
指標
水冷器物料泄漏頻次
4
0
水質合格率％
89
99
≥95
腐蝕速率（mm/a）
0.245
0.068
≤0.100
粘附速率（mcm）
26.86
12.15
≤20
濃縮倍數
1.5
3.01
≥2.5
2002年大修期間進行了水冷器鑒定，大部分水冷器水相管束及封頭無明顯的銹垢、油泥和粘泥，水冷器運行狀況明顯優于2000年大修期間水冷器運行狀況，鑒定結果好。
4、經濟效益
通過循環水水質改進，減少了水冷器物料泄漏，提高了循環水水質合格率，降低了水冷器腐蝕和結垢，延長水冷器使用壽命，提高了全廠生產負荷，大大降低了能耗，保證了煉廠生產安穩長滿優運行。同時，通過提高循環水濃縮倍數減少了大量排污，降低了污水對環境造成的嚴重影響，其社會效益是不可估算的。緩蝕阻垢劑價格為5元/kg，比市面上便宜了一半以上，且比市面上的還適合我公司水質。
5、結論
通過煉油廠循環水水質改進研究的過程，我們掌握了煉油廠循環水處理的獨特規律，扭轉了前幾年煉油廠循環冷卻水處理的落后局面。證明了自配的緩蝕阻垢劑GF-4和復配殺菌劑更適合公司水質，使煉油廠循環水水質得到根本好轉并逐漸形成了良性循環。
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