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無磷配方在煤化工循環冷卻水系統中的應用研究
水工業網2020-03-02 09:12:42 工業水處理
水工業網】

  研制了一種新型環保無磷水處理配方,進行靜態阻垢試驗、旋轉掛片腐蝕試驗和動態模擬試驗。煤化工裝置循環水場現場應用證明,該無磷配方的處理效果完全能夠達到GB/T 50050-2017《工業循環冷卻水處理設計規范》的技術要求,排污水可達到GB 8978-1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準要求。

  隨著國家對環境保護要求的不斷提高,使用磷系配方系統的排污水對環境造成二次污染的問題日益突出。無磷水處理技術研發與應用是減少磷排放、防止水體富營養化的有效途徑,受到廣泛重視。

  金陵石化煤制氫裝置建于2005年,配套建有循環量為36 000 m3/h的循環冷卻水系統1套。2018年前循環冷卻水處理采用低磷阻垢緩蝕劑,循環水中的總磷(以PO43-計)控制在1.0~2.0 mg/L。由于南京市環保局對排污水總磷要求不斷提高,為達到循環冷卻水系統排污水總磷(以PO43-計)≤0.5 mg/L的內控指標,該公司決定在煤化工循環水場采用無磷水處理技術。

  該公司水處理中心與江蘇科利恩公司合作研發了無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP。本研究進行了靜態阻垢試驗、旋轉掛片腐蝕試驗、動態模擬試驗和現場試用,結果表明該無磷配方有良好的阻垢緩蝕效果,排污水完全達到環保要求。ZH482WP屬于無磷類綠色環保可降解型阻垢緩蝕劑,適用于高濃縮倍數、高堿度、高硬度的水質條件,配方結構合理,各組分配伍性、穩定性好。該無磷水處理技術可減少磷排放、防止水體富營養化。

  1循環冷卻水系統概況

  循環冷卻水系統主要參數如表1所示。

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  煤化工循環冷卻水系統補充水采用新鮮水,補充水水質如表2所示。

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  根據表2數據計算不同條件下的Ryznar穩定指數(R.S.I.),得出該水質在濃縮倍數達到4.5以上時具有嚴重的結垢趨勢。

  2試驗部分

  01試驗用水與藥劑

  試驗用水為煤化工循環水場現場實際補充水,水質見表2。ZH482WP無磷阻垢緩蝕劑主要由聚環氧琥珀酸(PESA)、三元共聚物(AA-AMPS-HPA)、鋅鹽及穩定劑組成,江蘇科利恩公司提供。

  02靜態阻垢試驗

  試驗參照GB/T 16632—2008《水處理劑阻垢性能的測量碳酸鈣沉積法》。取現場補充水分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑,濃縮至4.5倍后在80℃下保持10 h,測定水中鈣離子濃度,同時做空白試驗,計算阻垢率。

  03旋轉掛片腐蝕試驗

  試驗參照GB/T 18175—2000《水處理劑緩蝕性能的測定旋轉掛片法》。取現場補充水,分別投加20、25 mg/L ZH482WP阻垢緩蝕劑,濃縮至4.5倍后掛入處理好的試驗掛片,開啟儀器電機,調節轉速75 r/min,在45℃下運行72 h,同時做空白試驗,計算掛片腐蝕速率。

  04動態模擬試驗

  試驗參照HG/T 2160—2008《冷卻水動態模擬試驗方法》,試管材質為不銹鋼和碳鋼,規格為D 10 mm×0.8 mm×1 400 mm。

  試驗條件:試驗用水為現場補充水,投加100 mg/L阻垢緩蝕劑ZH482WP,控制濃縮倍數≥4.5倍,蒸汽溫度(100±1)℃,進口水溫32℃,溫差10℃左右,污垢熱阻由儀器同步監測,試驗周期15 d。

  3試驗結果與分析

  ZH482WP靜態阻垢及緩蝕試驗結果見表3。

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  由表3可見,ZH482WP阻垢緩蝕劑在試驗條件下有良好的阻垢緩蝕效果。

  ZH482WP動態模擬試驗結果見表4,污垢熱阻監測結果見圖1。

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  動態模擬試驗結果表明,在模擬現場循環冷卻水條件下,試管的沉積速度為5.56 mg/(cm2·月)、污垢熱阻均<5×10-5m2·K/W(GB/T 50050—2017指標要求≤3.44×10-4m2·K/W)、不銹鋼腐蝕速率為0.0013 mm/a,碳鋼腐蝕速率為0.015 9 mm/a,均達到GB/T 50050—2017《工業循環冷卻水處理設計規范》的技術要求,可以進行現場工業應用。

  4現場工業應用

  01循環水場水質狀況

  金陵石化煤化工裝置循環水場于2018年6月開始試用無磷阻垢緩蝕劑ZH482WP,投加質量濃度為100 mg/L,冷卻水系統殺菌滅藻方案采用15~30 mg/L氧化性殺菌劑SS121WP(氯代異氰尿酸)和80~100 mg/L非氧化性殺菌劑SS411WP(異噻唑啉酮)。

  試運行過程中,循環冷卻水主要控制指標:熒光度40~70μg/L,余氯0.1~1.0 mg/L,濃縮倍數(以K+計)≥4.5倍,pH 7.0~9.5,電導率≤2 000μS/cm,渾濁度≤10 NTU,鈣硬度(以CaCO3計)≤500 mg/L,總堿度(以CaCO3計)≤500 mg/L,總磷(以PO43-計)≤0.5 mg/L。2018年1~11月(使用無磷配方前后)循環冷卻水的濃縮倍數和總磷變化如圖2所示。

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  由圖2可見,自2018年6月使用無磷配方后,循環水系統的濃縮倍數維持在5倍左右,水中總磷明顯下降,最后維持在0.1~0.2 mg/L,完全滿足環保要求。02循環水場排污水水質

  2018年6~11月循環水場排污水水質見表5。

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  由表5可見,循環水場排污水主要水質指標完全達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準要求〔pH 6.0~9.0,NH3-N<15.0 mg/L,COD<60.0 mg/L,磷酸鹽<0.5 mg/L〕。

  03腐蝕與結垢監測

  根據Q/SH 0725.1—2017《循環水處理效果監控方法-監測換熱器法》,采用現場旁路監測換熱器對使用無磷配方前后的循環水場腐蝕與結垢情況進行監測,每月更換1次監測試管,結果見圖3、圖4。

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  由圖3、圖4可見,碳鋼監測試管的腐蝕速率均小于0.075 mm/a,沉積速度均小于15 mg/(cm2·月)。6~11月(使用無磷配方)的平均腐蝕速率為0.031 mm/a,與1~5月(使用含磷配方)的平均腐蝕速率持平。1~5月平均沉積速度為8.40 mg/(cm2·月),6~11月的平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月),明顯下降,說明采用無磷配方后水中總磷含量明顯降低,從而大大減少了系統中磷酸鹽的沉積。

  5結論

  (1)研制了新型環保無磷水處理劑ZH482WP,進行靜態阻垢試驗、旋轉掛片腐蝕試驗和動態模擬試驗,現場試用期間碳鋼平均腐蝕速率為0.031 mm/a,平均沉積速度為5.43 mg/(cm2·月)。該水處理劑有良好的阻垢緩蝕效果,完全滿足大型煤化工裝置循環冷卻水無磷處理的技術要求。

  (2)循環水場采用無磷處理技術后,大幅降低了循環水中的總磷含量,循環冷卻水系統排污水達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中的一級排放標準要求。

  (3)無磷處理技術可大幅降低循環水中的總磷含量,減少系統中磷酸鹽的沉積,沉積速度明顯下降,水冷器的換熱效果提升;此外,水中微生物生長繁殖所需的營養物質減少,可為循環水系統的殺菌滅藻處理創造條件。

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