摘要：煤化工装置作为基础装置，主要用于生产合成氨、甲醇及合成气产品，而循环水系统是煤化工装置安全稳定运行的重要保障。本文分析了煤化工装置循环水质量的影响因素及改善措施。
关键词:煤化工装置;循环水质量;影响因素;改善措施
社会发展离不开煤化工行业的生产运行，而其中的重要因素包括煤、氧气和水，生产的化工成品涵盖乙烯、天然气、油等，化工污水的产生难以避免，而我国作为煤炭大国，与之相比的是可用的水资源颇为匮乏，这也就很大程度上限制了煤化工行业的发展。
一、煤化工装置循环水质量的影响因素
1.循环水pH过低对系统造成的影响。循环水系统由于硫酸自动投加系统故障、酸性物料泄漏等原因，有时会发生pH值过低的事故，过多的酸漏入系统其后果是严重的。当pH值降到5以下时，碳钢表面原先形成的钝化膜会很快被破坏；在pH为4左右时，析氢反应开始，使铁迅速溶解，加速腐蚀。腐蚀导致循环水系统中金属离子（如亚铁离子）的浓度将增加。在一定条件下，这些离子能迅速生产难溶的氢氧化物（如氢氧化铁）沉积在换热器中管壁的金属表面上，降低换热器的换热效果。这些沉积物的存在还将促进金属表面上局部电池（腐蚀电池）的形成，造成换热器的腐蚀穿孔事故发生。当pH值较低时，混凝土构筑物（如集水池、吸水池）也会遭到严重侵蚀，使水的硬度增加；
2.总铁质量浓度。总铁质量浓度是衡量循环水腐蚀程度的主要指标，其控制限值为不大于1.0 mg/L。当总铁质量浓度大于1.0 mg/L时，说明换热器等设备管道正在遭受严重腐蚀，应立即调整pH，向指标上限靠拢。即使pH在指标控制范围之内，也应向上调整。当然，也并非总铁质量浓度越低越好，否则换热器可能会出现结垢堵塞现象。因此，应优化循环水中总铁质量浓度指标的控制范围，平衡好腐蚀和结垢二者之间的关系，保持换热器长周期、安全平稳运行。
3.浊度。浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。循环水中的悬浮物一般是泥土、砂粒、细微的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等。循环水浊度不仅与水中悬浮物质的浓度有关，而且与其大小、形状及折射系数等有关。循环水浊度的指标限值为不大于10NTU，其浊度越高，说明水质越差。循环水系统正常运行过程中，当换热器内的工艺介质(尤其是各类污水)漏入循环水中，向循环水系统冲击性投加杀菌剂或剥泥剂后，被杀死的细菌和剥落的泥巴进入水中会引起循环水浊度升高。
4.电导率。循环水电导率高低主要取决于循环水中所含可溶盐的浓度，或其它会分解为电解质的化学杂质，其中包括了循环水自身带来并富集的含盐、含离子类所添加的药剂对电导率的影响，诸如自身带来的有Cl－、所添加的药剂中有硫酸、次氯酸钠和磷酸盐等。其它影响循环水电导率的主要因素是换热器所泄漏的工艺介质进入循环水中，如甲醇、氨氮、H2 S等。循环水越纯净，电导率越低。在煤化工生产中，循环水电导率的指标限值为不大于3 000μs/cm。
5.COD。循环水COD(化学耗氧量)指标限值为不大于100 mg/L。正常添加各类有机药剂，不会使COD超过此指标值。只有换热器泄漏时，大量有机物进入循环水中，才会造成COD超标。循环水中COD一旦超标，不仅会引起电导率、浊度等升高或超标，而且会导致循环水滋生大量生物黏泥，对循环水系统、乃至煤化工装置带来诸多不良影响。之所以会滋生生物黏泥，是因为COD属生物黏泥的第一大营养。只要营养充足，就为生物黏泥提供了生存空间，生物黏泥就会以几何倍数繁衍生息。生物黏泥大量滋生后，一是引起吸水池进口或循环水泵入口的滤网堵塞，形成水位差，造成供水不足，或出现断流现象;二是引起换热器列管堵塞，尤其是管板处会附着大量生物黏泥，而造成堵塞，或产生垢下腐蚀，最终影响换热器的换热效果和使用周期;三是生物黏泥大量附着在凉水塔内的塑料填料上，而堵塞水流和气流通道，大幅降低循环水和空气之间的传热效率，造成循环水温度居高不下，甚至导致煤化工装置减负荷生产或停产停车。
二、改善循环水质量的调控措施
1. pH过低处理措施。一旦发现系统pH低，应及时停止硫酸投加系统，查找pH低的原因；再根据系统补水情况调整生产水和回用水的补水量；根据实测pH值来确定投加中和药剂，当pH≤2.5时，可以投加氢氧化钠溶液中和系统中的酸，但在投加过程中要少量多次投加，及时取样分析pH值，切忌一次大量投入氢氧化钠。因为当pH到7左右时，系统中腐蚀产生的大量亚铁离子会以氧化亚铁沉淀出来。Fe2+＋2OH-=Fe(OH)2↓氢氧化亚铁很快就会被水中的氧气氧化为氢氧化铁，产生严重的污垢沉积。4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3↓大量难溶的氢氧化铁将在水流速慢的地方沉积，从而产生沉积下的腐蚀发生。因此在pH值到2.5-4.5，停止向系统投加氢氧化钠，而是改为投加碳酸钠溶液，直到pH值到4.5时为止，此时水中的无机酸浓度大为降低，接近于零。一旦pH＞4.5，碳钢的腐蚀速率将降低。
2.总铁质量浓度。(1)即使循环水pH控制在8.0～9.2，总铁质量浓度指标也可能存在超标现象，这就要求摸索出最优化的pH控制范围，以保证总铁质量浓度达标。(2)该公司循环水pH控制在8.5～8.7，总铁质量浓度指标即可保持在0.2～0.4 mg/L，这也是换热器既不腐蚀，又不结垢的最为理想的运行状态。(3)总铁质量浓度指标并非控制得越低越好，因为长时间趋近0时，则换热器就可能出现结垢堵塞现象，而影响煤化工装置的正常运行。
3.浊度。(1)部分或全部开启循环水站配套安装的旁滤器，并保持正常运行，这是防范循环水浊度超标的主要调整措施。(2)该公司正常工况下，旁滤器为1组4台同时开启，另外1组4台备用，即可保证循环水浊度达标;当浊度超标后，同时投运2套8台旁滤器，可满足循环水除污降浊的要求。(3)细化旁滤器的运行管理和考核，定时、定点、定人按程序进行反洗。(4)加强旁滤器的维护保养，保持搅拌器完好运行，及时更换老化、硬化和碎化的纤维球，以降低浊度，改善水质。(5)降低浊度的辅助措施是大量补充新鲜水或中水站的回用水，对系统循环水进行全面置换是旁滤器过滤效果不佳时最有效的降浊措施。(6)杜绝换热器泄漏、消除设备漏油、减少或抑制厂区扬尘、更换凉水塔老化碎化粉化的塑料填料等，以保持循环水浊度常态化达标。
4.电导率。(1)保持煤化工装置正常运行，杜绝各类有机和无机工艺介质漏入或窜入循环水系统，严格控制循环水电导率指标不大于3 000μS/cm。(2)发现换热器泄漏时，应及时切出处理，彻底消漏、堵漏，以防引起其它水质指标超标。只有消除了漏点，才能在最短时间内恢复水质指标。(3)降低循环水电导率的最有效手段就是用新鲜水或中水回用水置换循环水，置换速度越快，电导率下降得越快，水质越容易达标。
5.COD。(1)每天坚持检测循环回水中COD，并根据检测结果和上涨趋势，及时判断和检查煤化工装置循环水换热器是否出现泄漏现象。(2)循环水中COD大于100 mg/L，说明个别换热器已出现泄漏，应重点排查工艺介质为有机物的换热器，如甲醇装置的低温甲醇洗工序、甲醇合成工序和精馏工序等。
煤化工循环水系统在运行时会出现各种各样的水质异常，发生水质异常时，根据现场水体的变化，准确地判断水质异常的原因，采取有效的处理措施来改善水质，避免水质恶化对系统造成腐蚀、结垢和微生物滋生。要避免水质异常的出现，需要专业技术人员和操作人员各司其职，高度重视；有针对性地制定水质异常的应急处理预案，提高水质异常时的处置能力。保证循环水系统高效平稳运行，为生产装置的长周期运行奠定良好的基础。
参考文献：
[1]李建.现代工业水处理技术与应用[D].北京:中石化出版社,2018.
[2]金成.工业水处理技术问答[D].北京:化学工业出版社,2018.