6 循环冷却水处理

6．1 一般规定

6．1．1 随着水循环使用的增多和浓缩倍数的提高，间冷开式循环冷却水系统出现一些问题，如冷却设备的水侧污垢热阻增大、腐蚀，循环水中菌藻生长、生物黏泥增多，传热系数降低等现象，影响工艺装置的产品收率或稳定性。
    解决这些问题需要企业与研究、设计部门共同关注循环冷却水处理工作，加强水质处理的研究与实践。循环冷却水处理涉及多种学科，互相交叉、渗透，既有化学（水化学、电化学、无机化学、 有机化学等），又有物理学、水微生物学，虽然对此理论研究很多，但仍未达到可以直接指导实践的程度。因此，循环冷却水处理仍处在实验科学的阶段，成功的经验有很大的借鉴作用。本章所规定的数据，仅供设计阶段确定方案、选择设备、设置管道使用，运行时应加强监测，进一步摸索规律，确定运行数据。

6．1．3 本条在现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050基础上，结合石油化工企业循环冷却水的运行实践，规定了两个内容，一是循环冷却水对换热设备内的水流速、壁温等要求；二是循环冷却水处理最终达到的特性指标，即对污垢热阻、腐蚀速率、黏附速率等，对炼油和化工企业循环水处理中按补充水质的不同和换热器材质的不同（铜合金、不锈钢等不同材质其不同的黏附速率和腐蚀速率）分别作出规定。
    关于换热设备的规定是根据目前国内广泛采用的药剂种类（包括聚磷酸盐、磷酸盐、聚丙烯酸盐、聚马来酸等）的性能及其复合配方，参照国外经验，并结合国内一些工厂在生产运行中易于出现故障的换热器的工况条件而提出的。
    对于水流经壳程换热器流速低于0．3m/s的换热器，普遍存在污垢和垢下腐蚀问题，流速越低问题越突出。根据目前药剂处理的效能与壳程换热器设计流速选用的常规范围，水壳程流速不宜低于0．3m/s，当流速低于0．3m/s时，应采取本条给出的相应措施。由于石化工业水流经壳程的换热器很少，所以沿用了现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050的规定。
    对于管程换热器，水侧结垢与腐蚀问题实际是沉积与剥离问题，水流速大于0．9m/s沉积少、结垢少、热效果较好，因此将0．9m/s作为规定流速的下限，上限由设备设计考虑。
    污垢热阻值为1．72×10^－4m²·K/W～3．44×10^－4m²·K/W，这一指标与国际水平相当，就是早期文献所说的0．0002m²·h·℃/kcal～0．0004m²·h·℃/kcal，1m²·h·℃/kcal＝0．86m²·K/W。
    关于腐蚀速率：随着循环冷却水处理技术的进步，结合目前石化企业现状，本规范规定：碳钢设备应小于或等于0．075mm/a，铜、不锈钢设备修订为应小于或等于0．005mm/a。
    污垢热阻、腐蚀速率是换热器设计的重要参数，是换热器对循环冷却水水质的要求，也是对阻垢、缓蚀效果的检验标准，是在设计阶段作为确定阻垢缓蚀剂配方的依据。

6．1．4 循环冷却水水质指标与换热设备的设计参数（结构型式、材质、工况条件、污垢热阻值、腐蚀速率）、循环冷却水药剂处理配方的性能密切相关，现行国家标准《工业循环冷却处水理设计规范》GB 50050规定了循环冷却水水质指标的限值，是结合当前循环冷却水水质处理技术的发展水平作出的规定，与现行行业标准《石油化工给水排水水质标准》SH 3099规定的循环水水质基本相符。表2列出了相关数据。
表2两个标准项目上总体差异不大，细节稍有出入。现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050-2007比现行行业标准《石油化工给水排水水质标准》SH 3099-2000晚7年，

表2 间冷开式系统循环冷却水水质指标

    所以《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050更能反映循环水水质处理技术的发展水平。如提出了针对NH₃-N的要求。NH₃-N的存在，促使硝化菌群的大量繁殖、系统pH值降低、腐蚀加剧，同时也消耗大量的液氯，系统中各类细菌数量和黏泥量增加，COD_Cr及浊度增加。再如，《工业循环冷却水处理设计规范》GB 50050增加了表示水中有机物多少的指标——COD_Cr。有机物是微生物的营养源，有机物含量增多将导致细菌大量繁殖，从而产生黏泥沉积，垢下腐蚀等一系列恶果。根据试验资料COD_Cr＞100mg/L时有腐蚀加剧的趋势，当补充再生水时，对COD_Cr的控制应予以足够的重视。

6．1．5 本条规定循环水补充水可采用石油化工污水的再生水，水质指标应满足循环冷却水系统的水质稳定的要求。作此规定是为贯彻节水减排政策，节约淡水资源，减少水污染，降低运行成本的具体措施。
    多年来石油化工企业对污水再生回用进行了有益的尝试，1998年东北某炼油厂采用“混凝沉淀——精密过滤——臭氧氧化——石英砂过滤——活性炭过滤——中空超滤”组合工艺建成处理能力200m³/h的深度处理装置，该工艺对COD_Cr、浊度和悬浮物去除效果明显，但对氨氮处理效果不理想。2002年天津石化由二级曝气出水采用“絮凝气浮——曝气生物滤池——超滤——反渗透——消毒”组合工艺，建设处理能力500m³/h的装置对化工化纤外排污水进行再处理，出水作为循环冷却水系统的补充水。该装置运行结果表明对COD_Cr、氨氮、浊度和悬浮物去除效果较好。同年燕山石化采用“生物滤池——混凝沉淀——加氯——纤维素过滤——活性炭过滤”组合工艺，建成一套处理能力450m³/h的炼油厂外排污水再处理装置，出水主要回用于循环冷却水系统和膜脱盐装置，投产后运行基本正常，出水水质基本满足膜处理工艺对进水水质的要求。近几年又形成了以“BAF——混凝沉淀——加氯——过滤”组合工艺为主的工业外排污水再处理流程。近些年石化企业建成并投入使用的10余套类似处理装置，总体运行良好。
    再生水作为循环冷却水的补充水，是一项新兴的水处理技术，时间短、技术尚不成熟，仍需要不断实践，不断总结经验。表3为2007年中国石化集团公司在下属各生产企业试行的《炼化企业节水减排与回用水质控制指标》Q/SH 0104-2007，供参考。

表3 中国石化集团公司炼化企业节水减排与回用水质指标

6．1．7 本条规定是为贯彻节水减排政策，按石油化工工业几个行业(炼油、化工)和补充水水质不同，参照中国石化集团公司《炼化企业节水减排考核指标与回用水质控制指标》Q/SH 0104-2007，对循环水场设计及运行的循环水浓缩倍数，分别提出具体要求。
    提高循环冷却水的浓缩倍数是节水的重要措施，在浓缩倍数1．5～10、气温40℃、K值选用0．0016/℃、水温差10℃的条件下，不同浓缩倍数系统的补充水量与排污水量占循环水量的百分比见表4。

表4 不同浓缩倍数系统的补充水量与排污水量占循环水量的百分比

    将浓缩倍数从2倍提高到5倍，节水效果能提高1．2个百分点，以石油化工企业循环水量300×10⁴m³/h、年运行按8640h计，全年节约补充水3．11亿m³，节水效果明显。

6．1．8 本条规定当采用阻垢缓蚀药剂处理时，应考虑药剂所允许的停留时间。这对于使用聚磷酸盐作为缓蚀剂主剂的配方尤为重要。聚磷酸盐转化成正磷酸盐除了水温、pH值等因素以外，还与时间因素有关。对聚磷酸盐作为缓蚀剂主剂的配方设计停留时间不宜超过48h。

    设计停留时间(t)可用条文所列的公式计算，该值应小于药剂允许的停留时间。当不能满足这一要求时，则需调整系统容积直至满足为止，或者更换药剂配方。

    系统水容积越大，药剂在系统中停留的时间就越长，则药剂分解的比例越高，同时初始加药量增多，杀微生物剂的消耗量增大，易产生循环冷却水的二次污染。系统置换时，置换量即是系统容积，置换出来的水含有一定浓度的药剂，若处理排放，处理费用很高，不处理排放，又将对环境造成污染。所以系统容积在保证泵吸水安全的条件下应尽量减少。

6．1．9 根据石化企业工程设计资料统计，集中设置的循环水场，系统水容积一般大于循环冷却水小时流量的1/3；按装置(含几个相邻装置共用，并且循环水场处于负荷中心)设置的循环水场，系统水容积可以做到小于循环冷却水小时流量的1/3。在有条件时，对水系统容积应加以控制，以减少药剂消耗和置换水耗及处理费用。

6．1．10 循环冷却水作直流水使用，不仅会影响浓缩倍数的提高与控制，对节水、节药都不利。

    由于石化企业消防储水量很大，冷却塔水池兼作消防水池时必然导致循环水系统容量的增加，因此本条规定冷却塔水池不应兼作消防水池。

6．1．11 规定循环冷却水排污水应集中排放是为了使循环冷却水排污处于可控状态，以利提高循环冷却水的浓缩倍数。一些企业将回收困难的循环回水，作为循环冷却水排污，直接排入污水系统，使循环冷却水浓缩倍数难以提高，故作此规定。

    循环冷却水排污水除含盐量可能高于污水再生水外，其他指标一般优于污水再生水，所以若经技术经济比较，技术可行、经济合理则可回用。燕化公司某厂通过改造已成功将循环水排污水回收，该厂循环水总量是6．5×10⁴m³/h，每小时排放的污水在三四百吨左右。现以电絮凝法为核心技术建立了一套循环冷却水排污水回用装置，去除了水中硬度和悬浮物后，经过脱盐处理后水质达到循环水补充水水质要求，回用率可达到85％以上。所以规定循环冷却水排污水可考虑再生回用。

    目前，各企业循环水场排污排放口较多，有在塔底水池、吸水池排污的，有在冷却水回水管道上排污的，还有在冷却水给水管道上排污的，不便于管理，也不利于有效控制以实现节水、节药的目的，本条推荐宜集中在循环冷却水回水管道上排污。