摘 要:针对榆林炼油厂循环水存在问题,分析其造成的原因,采取缓蚀阻垢剂评选、杀菌剂的优选、水冷器工艺改进、旁滤改造、物料泄漏处理方法的创新等改进措施,取得明显的效果和可观的经济效益。同时这些经验也可为其它炼油厂循环水水质改进提供借鉴。
关键词:循环水;水质;改进措施
中图分类号:X3
文献标识码:A
文章编号:1672-3198(2010)04-0309-02
1 循环水水质改进措施
1.1 缓蚀阻垢剂的评选
根据炼油厂补充水状况及水质类型的判断,确定使用以膦羧酸,膦酸盐,AMPS共聚物,锌盐为主组成的复合缓蚀阻垢剂配方,筛选了两种新配方用于循环水系统。在使用之前,我们对这两种新配方ZJ-014和ZJ-720缓蚀阻垢剂进行了试验,同时与旧配方进行对比。试验方法按中国石油化工总公司冷却水分析和试验的方法。
1.1.1 静态试验
表1 静态试验数据
药剂ZJ-014ZJ-720KF-H01KF-18KF-19KF-20
碳酸钙阻垢率(%)91.5792.1290.3279.2173.8285.26
磷酸钙阻垢率(%)35.936.132.926.325.825.3
旋转挂片腐蚀速率(mm/a)0.0170.0210.0260.0590.0640.072
注:药剂投加浓度为60 mg/L。
1.1.2 动态模拟试验
表2 动态模拟试验数据
药剂药剂浓度(mg/L)试验天数浓缩倍数水质条件腐蚀速率(mm/a)粘附速率(mcm)
ZJ-72060154.5-5.5
正常水质0.0294.32
苛刻水质0.0708.30
ZJ-01460154.5-5.5
正常水质0.0324.18
苛刻水质0.0679.52
注:(1)控制指标①腐蚀速率:很好0-0.037 mm/a,好0.037-0.070 mm/a,可以允许0.070-0.093 mm/a;②粘附速率:很好0-10 mcm,好10-20 mcm,可以允许20-30 mcm。(2)试验水质:①正常水质为-水源新水; ②苛刻水质为-水源新水补油50mg/L,总铁1.5mg/L。
1.1.3 工业放大试验
表3 两种药剂工业放大试验结果
系统名称北线二循
药剂ZJ-014ZJ-720
时间腐蚀速率mm/a粘附速率mcm腐蚀速率mm/a粘附速率mcm
2006-110.0828.720.09413.67
2006-120.0988.370.08014.36
2007-1-20.0916.280.04918.54
2007-30.08913.840.07530.44
2007-40.0508.240.00610.30
2007-50.0065.050.0306.32
2007-100.0332.90
2007-110.0020.56
平均值0.0566.740.05615.60
注:(1)指标:腐蚀速率≤0.100mm/a;粘附速率≤20mcm;(2)ZJ-720和ZJ-014投加浓度均为60mg/l。
表3数据可得到如下结论:
(1)ZJ-014和 ZJ-720缓蚀性能较强,试管和挂片表面清洁,无点蚀和锈蚀,腐蚀速度在正常水质条件下达到很好级别,在苛刻水质条件下达到好级别。
(2)ZJ-014和 ZJ-720具有优异的阻垢性能,在浓缩倍数为4.5-5.5的条件下,其粘附速率在正常水质和苛刻水质条件下均达到很好级别。
(3)ZJ-014和 ZJ-720具有较强的抗水质污染能力,在苛刻水质条件下仍可以控制腐蚀和结垢。
(4)ZJ-014和ZJ-720缓蚀阻垢剂在榆林炼油厂运用近一年来,各项运行指标和监测数据均达到并优于国标GBJ50-83、中石化总公司生产部有关规定的要求。2008年大修期间,设备鉴定检查,水相管束及封头均无明显的锈蚀、污垢发生,检查的水冷器状况明显优于国内同类装置同期检修水平。
(5)ZJ-014和ZJ-720缓蚀阻垢剂在较恶劣条件下仍具有较好的缓蚀阻垢性能,使用这两种药剂处理后的水所形成的污垢极其疏松,这样既不影响传热,而且便于清洗。
1.2 杀菌剂的优选
我们通过对国内外杀菌剂进展情况调研,掌握了非氧化性杀菌剂的最新动态,然后索取到国内最有代表性的几个非氧化性杀菌剂样品,经过几十轮非氧化性杀菌剂静态杀菌试验,确定使用异噻唑啉酮及衍生物和1427+戊二醛两种复合型非氧化性杀菌剂,这两种非氧化性杀菌剂比较适合我厂循环水水质。经过与机动处协商,确定使用KF-510(1427和戍二醛复合)和KF-505(异噻唑啉酮)非氧化性杀菌剂。
我们推荐的杀菌方案为氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂交替使用。
①非氧化性杀菌剂杀菌方案:KF-510和KF-505非氧化性杀菌剂每月投加三次,每次投加100mg/L,进行24小时后再排污或投加氧化性杀菌剂,两种药剂交替使用。
②氧化性杀菌剂杀菌方案:根据循环水场条件和现场试验确定一循投加液氯,二循投加KF-503(二氯异氰尿酸+溴化钠)。一循投加液氯,冬季每日一次,夏季每日两次,均控制余氯量达到0.5-1.0mg/l。二循投加KF-503,冬季每日一次,夏季每日两次,用余氯量控制,保持余氯量≥0.3mg/l。
此套杀菌方案经过近2年的运行,炼油厂四套循环水系统异氧菌总数,铁细菌,硫酸盐还原菌均能控制在规定的指标内,宏观检查凉水塔塔壁上干干净净,连一点藻类也没有长,生物粘泥指标也一直合格,收到了较好的效果。1.3 水冷器工艺改进
在工业循环冷却水处理设计规范规定,工艺换热设备的冷却水侧设计应符合下列要求:(1)管程冷却水流速宜为1m/s,不应小于0.5m/s,壳程流速不应小于0.3m/s;(2)出口温度不宜高于50 ℃;总公司工业水管理制度中规定,水冷器的热介质温度大于150℃时,应先进行热量回收,再用循环水冷却。
但炼厂实际生产中存在有许多不符合规定的设计和操作。这些违规的设计和操作会直接影响水冷器缓蚀和阻垢效果,对水冷器构成了潜在的危害,其泄漏机率远远大于其他水冷器。
针对这些违规的设计和操作,我们进行了水冷器工艺改进,主要包括以下几个方面:
①对流速严重偏低的水冷器进行系统管线改造,增大水冷器配管管径。
如焦化L-8、L-10、重整的E-211、芳烃的E-410、E-411等几台堵塞严重的水冷器,都存在进出口管线太细,水量不足,流速太小的问题。大修期间将焦化、芳烃、重整的10台水冷器进出口线由φ40-50改为φ100。
②改变流程提高水冷器冷却水的流速。
如工业水单塔汽提装置距二循足有两公里以上,且标高比二循高的多,由于位差和管线阻力等原因,水到装置压力不足0.1Mpa,流速严重不足,水冷器结垢和腐蚀严重。大修期间把单塔气提改为由北线系统供水,改造后,装置标高低,供水距离短,使供水压力得到大幅度提高,提高了水冷器冷却水的流速。
如加氢装置的E-405,两年时间中共漏了七次,到后期几乎不能投用,一用就漏,检修时抽出芯子,分析原因发现水冷器设计严重不合理:一是设计为水走壳程;二是其折流板设计太多,间距200mm就有一个折流板,这些都增大了水流,造成水冷器流速严重偏低,加剧了粘泥的沉积和垢下腐蚀的产生。经论证,对加氢的E-405这台水走壳程的水冷器,在水冷器下部焊了一根排污管,定期用空气搅拌后排污,防止壳程内粘泥淤积,保持壳程内干净畅通。
1.4 旁滤系统改造
旁滤系统存在的缺陷:(1)是旁滤池滤料由于使用时间长,严重污染,导致滤料板结,过滤效果差;(2)是二循滤料粒径过大,为1.8-2.0mm的石英砂,导致过滤效果差;(3)是一循南、北线旁滤的出口管线未分开,导致南、北线循环水水质互串,严重影响了南、北线循环水水质操作和管理。2007年经提议和讨论,一、二循七座旁滤池滤料全部进行了更换,换为粒径为0.5-1.0mm的石英砂,提高了旁滤池的过滤效果,同时将南、北线的出水管线分开,防止了南、北线循环水水质的互相影响。
1.5 物料泄漏处理方法的创新
水冷器物料泄漏后,一般采用以下方法和步骤处理:(1)查清和切除漏油源;(2)停止加缓蚀阻垢剂和杀菌剂,以大排大补方式换水除油,直至换水合格;(3)加入除油清洗剂和粘泥剥离剂清洗;(4)清洗至终点,再大排大补方式换水,直至换水合格;(5)正常运行,开始正常投加缓蚀阻垢剂和杀菌剂。
此方法换水量过大,因经济承受力的限制,一般停止加缓蚀阻垢剂和杀菌剂,这样循环水的缓蚀、阻垢和杀菌灭藻效果受到巨大影响,循环水可出现一种所谓水质稳定空白期。显然,这一时期对设备的损伤是极其严重的。因为此时水中防腐蚀能力很小,加之菌藻粘泥的影响更严重的是泄漏的油料粘附后与生物粘泥混染,腐蚀性更强,估计这个时期腐蚀性大约是水稳剂投放的50-100倍,导致水冷器会发生更严重的腐蚀,物料泄漏更频繁,从而形成一种恶性循环,对全厂水冷器的正常运行和寿命构成严重威胁。
经过长期在实践经验中摸索,我们改进了物料泄漏的处理方法,采用以下方法和步骤处理:(1)查清和切除漏油源;(2)加入除油清洗剂和粘泥剥离剂清洗;(3)清洗至终点,再采用慢慢置换水,置换水期间正常加缓蚀阻垢剂和杀菌剂。
在2007年至2009年期间,尽管仍发生了6次水冷器物料泄漏,但用新的物料泄漏处理方法,没有对循环水水质造成严重影响,浓缩倍数保持稳步提高,同时,在泄漏期间监测换热器的腐蚀速率和粘附速率均合格,说明这种处理方法对装置水冷器没有损害。
1.6 加强系统科学管理
在搞好科研和监测工作的同时,我们十分注意建立和完善循环冷却水管理制度,基本形成了一套行之有效的科学的管理制度,诸如水质异常优先制、定期现场巡检制、定期参加每月一次水质例会、水处理药剂入厂质检制和严格把好系统清洗预膜检验质量关等管理制度。
2 改进前后的效果对比
循环水水质改进后,最明显的效果是水冷器物料泄漏频次减少,浓缩倍数迅速提高,使炼油厂的节水工作上了一个新台阶。
表4 改进前后各项技术指标对比
项目改进前(2005-2006年)改进后(2007-2009年)指标
水冷器物料泄漏频次4013
水质合格率%8997≥95
腐蚀速率(mm/a)0.2310.079≤0.100
粘附速率(mcm)27.8613.46≤20
浓缩倍数2.423.97≥2.5
2007年大修期间进行了水冷器鉴定,大部分水冷器水相管束及封头无明显的锈垢、油泥和粘泥,水冷器运行状况明显优于2006年大修期间水冷器运行状况,鉴定结果好。具体对比照片见图1。
3 经济效益
3.1 直接经济效益
表5 改进前后循环水的综合补水率和缓蚀阻垢剂单耗
年度循环水产量(m3)综合补水率/%缓蚀阻垢剂单耗(分/t水)
2006年(改进前)9.7×1071.4460.8907
2007年(改进后)1.1×1081.1470.6091
2008年(改进后)1.0×1081.1340.5930
(1)节约新水费用。
图1 2006年和2007年大修水冷器
鉴定对比照片(Ⅱ糠醛E-6)
节约新水量=当年循环水产量×(上年度综合补水率-当年综合补水率)
由表5可知:改进前后循环水的综合补水率和缓蚀阻垢剂单耗
2007年节约新水量=1.1×108(1.446%-1.147%)=3.29×105(m3)
2008年节约新水量=1.0×108(1.446%-1.134%)=3.12×105(m3)
节约新水费=节约新水量×新水单价=(3.29+3.12)×105×0.9元/ m3=57.69(万元)
(2)节约排污费用。
节约排污费=节约新水量×排污单价=(3.29+3.12)×105×10.0元/ m3=641.00(万元)
(3)节约阻垢缓蚀剂费用。
节约阻垢缓蚀剂费用=当年循环水产量×(上年度单位循环水阻垢缓蚀剂费用-当年单位循环水阻垢缓蚀剂费用)
由表5可知:
2007年节约缓蚀阻垢剂费用=1.1×108吨×(0.8907-0.6091)×0.01=30.97(万元)
2008年节约缓蚀阻垢剂费用=1.0×108吨×(0.8907-0.5930)×0.01=29.77(万元)
共节约阻垢缓蚀剂费用=30.97+29.77=60.74(万元)
直接经济效益=57.69+641.00+60.74=759.43(万元)
3.2 间接经济效益
通过循环水水质改进,减少了水冷器物料泄漏,提高了循环水水质合格率,降低了水冷器腐蚀和结垢,延长水冷器使用寿命,提高了全厂生产负荷,大大降低了能耗,保证了炼厂生产安稳长满优运行。同时,通过提高循环水浓缩倍数减少了大量排污,降低了污水对环境造成的严重影响,其社会效益是不可估算的。
4 结论
通过炼油厂循环水水质改进研究的过程,我们掌握了炼油厂循环水处理的独特规律,扭转了前几年炼油厂循环冷却水处理的落后局面,使炼油厂循环水水质得到根本好转并逐渐形成了良性循环。各项循环水处理考核指标显示,榆林炼油厂的循环水处理水平已跨入了石油化工先进行列。同时这些经验也可为其它炼油厂循环水水质改进提供借鉴。
参考文献
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