循环水系统换热效率降低的原因分析及对策

循环水系统换热效率降低的原因分析及对策

[摘要]介绍塔河分公司循环水系统运行的现状，分析影响循环水系统换热效率降低的主要因素，以及如何提高循环水系统换热效率的改进措施。

[关键词] 循环水换热效率结垢黏泥运行管理

在石化企业中循环冷却水系统运行的优异，对企业的产品质量、炼油收率、装置的能耗、以及节水等方面都有着较大的影响。因此，提高循环水的有效运行效率（维持循环水的换热效率达到或优于设计指标），对企业而言有着显著的经济效益、环境效益和社会效益。

1 系统现状

塔河分公司循环水系统是塔河分公司120万吨/年稠油技改项目的配套公用工程，主要承担为各生产装置提供循环冷却水的任务,设计供给量为4000m3/h，实际供给量3800m3/h。循环水进出口水温差6-8度；浓缩倍数4-6偏高；电导率2800-3400 us /Cm偏高；ph值7.6-9。从以上数据中可以看出循环水量与以往实际运行的水量相比（2800-3200 m3/h）偏大，进出口水温温差偏小（机械通风式为可大于8-10度）。

循环水系统热效率降低的主要因素是：1、循环水冷却塔的冷却效率下降；2、水质中的离子含量超过系统控制量，造成系统设备结垢趋势增大；3、系统细菌量超过控制量，引起大量黏泥产生，使系统的黏附速率增大等。对照循环水系统热效率降低的主要因素，塔河分公司循环水存在的主要问题是： 1、风损水量大，造成浓缩倍数上升较快易使设备结垢；2、循环水冷却塔的冷却效率下降；3、系统黏泥产生快，有异味，挂片的腐蚀速度快（主要以点蚀为主）；4、装置高温高位换热器结垢快；5、药剂和运行成本增加。在存在问题中反映出循环水系统结垢和腐蚀的趋势在上升，逐渐破坏换热设备中的换热介质与被换热介质间的热传递，从而导致循环水系统换热效率的降低。

2 原因分析

2.1 风损水量大，造成浓缩倍数上升较快，易使设备结垢；

塔河分公司循环水系统在设计上虽考虑了当地的环境因素，但因设备制造、干燥的高温气候以及较大的风沙环境的原因，与其它地区的循环水系统相比存在蒸发和风损水量大；其次，09年5月大检修时，填料上面的吸水板的安装间隙较大，部分吸水板的安装方向不对，造成吸水板不能有效阻止水的外泄，在循环水机械风机的作用下，引起较多水的外泄。傍晚时分可明显看见风筒上部有大量的水汽排出，且水滴较大，在塔附近就能明显感觉到。这必然会造成循环水浓缩倍数的上升，而浓缩倍数的上升就会加剧系统的结垢趋势的增大。

在循环水的控制指标中，浓缩倍数表明了系统中盐分的浓缩程度，其值等于循环水的含盐量与补充水的含盐量之比，是循环水运行中一项重要指标。循环冷却水的浓缩倍数常通

过调节强制排污量和补充水量来控制，其值的大小决定了水的重复利用率和节水水平的高低,它可用下式表示:

N=

B M =B

F B W E +++ （1）

式中：N ———浓缩倍数；

M ———补水量，m 3

/h ； B ———强制排污量，m 3

/h ； E ———蒸发水量，m 3

/h ； W ———飞散损失量，m 3/h ； F ———漏损，m 3

/h 。 整理后得：N=E/B+1

提高循环水的浓缩倍数是一项系统工程，它可以反映循环水的补充水用量，提高后可节约水资源，还可以降低排污量，从而减少对环境的污染和废水的处理量。但必须是在自然环境下水的总损失（避免异常损失）和水质情况，以及所选药剂等，将循环水控制在不结垢和腐蚀的状态下，才能逐渐提高。

蒸发水量大,可提高循环水的浓缩倍数，蒸发水量E 可用式表示:

E=H

L

T R ∆⋅01.0 （2）

式中: R ———循环水量，m3/h ；

Δt ——进出水温差，℃； H L ———水的蒸发潜热，kcal/kg 。

通常高负荷生产阶段比低负荷生产阶段浓缩倍数要高，冷态运行时浓缩倍数很难提高。 依据以上两式可知，若蒸发（飞散）损失量变大,其它水量不变, 则浓缩倍数N 会变大，循环水量变大，浓缩倍数N 也会变大。

因当地环境属干燥高温少雨以及特殊的地质结构，造成新鲜水为高硬高碱水质（硬度高达约300-400mg/l ，电导率约700-800us /Cm ）,也就是说，达到了国内其它地区新鲜水浓缩4倍后的水质。如在此条件下，浓缩倍数的快速提高或循环水量变大，都更易使设备结垢，造成循环水换热效率的降低。 2.2循环水冷却塔的冷却效率下降

塔河分公司的循环水冷却水塔是逆流机械通风冷却塔，冷却风量为100万标立每吨。喷水头在淋水填料的上方，进水布水管上方是收水板。2009年5月检修开工后不久，喷水头脱落的较多，造成进水不能均布在淋水填料处，使得局部冷却风与进水的接触面降低，且局部的风阻减少漏风量较大，降低了冷却塔的冷却效率，循环水的出水的温度上升。 2.3系统黏泥产生快，水体有异味，挂片的腐蚀速度快（主要以点蚀为主）

循环水给大量微生物提供了良好的栖息环境，微生物的生长所必须的营养物，可以通过补充水和周围空气带入的有机物或无机物供给，特别是装置物料频繁泄漏到循环水系统中，从宏观看，使水质颜色经常出现变化，时而是红色，时而是灰白色，有时是黄色，并伴随有不同的气味，这主要是汽油、轻柴油、重柴油、蜡油和油气泄漏造成。漏量越大以上特征就越明显。生产过程中装置物料的泄漏给循环水系统中的微生物种群提供了充足的养料。

表3泄漏次数、油含量变化

表4异养菌（2009年）

水质颜色的变化，从化验分析的结果看，油含量（1.2-6mg/l）明显升高,浊度迅速上升，有时高达100NTU以上，同时，出现总磷快速下降，表明缓蚀阻垢药剂的作用效果下降,悬浮物快速增高，水体出现异味，藻类大量产生，系统温度开始逐渐上升。

当投用大量氧化性杀菌剂和剥离剂后，塔池水面就会出现大量的悬浮物质，而且很难被

清理掉，不断在系统中运行，造成黏泥沉积在换热设备的死角和相对水流速度较低的部位，并逐渐变大，进一步降低设备的水流速度而使黏泥沉积加剧，换热效率逐渐降低。严重时会造成管束堵塞，使换热器设备彻底失效。

同时，循环水检测挂片上有明显的灰黑色水垢，经化验分析为碳酸盐和硅酸盐类，挂片上还有较多的黄色和褐色的黏泥，拨开黏泥发现挂片有较多的点状的腐蚀坑点，这主要是铁细菌和硫酸盐还原菌造成的。引起的原因是：1、循环水系统的浓缩倍数偏高，使硬度即钙镁离子的浓度偏大，系统又在碱性状态下运行，造成盐类物质的结晶析出沉积在挂片上。2、介质泄漏浊度上升悬浮物增多，在挂片上形成结晶点，为盐类的沉积和细菌的成长提供了有利的条件，使得菌类的繁殖呈现几何式暴涨，黏泥快速增多，循环水系统换热效率迅速降低。反映为循环水温差减小；循环水量增大；系统悬浮物增多；装置换热介质温差变小，物料不能被有效冷却，甚至对装置的生产造成威胁。

2.4 装置高位高温换热器结垢快

装置的高位换热器换热温度相对比较高，换热器在生产时，考虑到装置的最大生产负荷和其长期的有效运行，换热面积一般比实际面积略大，同时，留有15-20%的富裕量，又因换热器的安装位置较高，使进入换热器的循环水压力减小，一般只有0.30-0.35MP a(系统压力为0.40 MP a)，回水压力为0.20-0.25 MP a。造成循环水在换热器内的流速降低，结垢趋势加剧，黏泥量快速增加，使换热器腐蚀严重，换热效率下降。在以往的大检修时，发现焦化的高位高温换热器E1206、E1207结垢较重，黏泥量较大，就是典型的例子。

有资料证实，水中碳酸钙（镁）和氢氧化钙（镁）等硬度盐类，其溶解度均随温度升高而减小，水温越高越容易结垢。同时，结垢的速度也随水流速度的增大而减小，水流速度在0.8-1.0m/s以上时，换热器中的沉积污垢易被水流冲走，不易在设备和管壁上沉积。相反，在换热器中，若某些部位的水流速度太小，或水流分布不均的滞流区或死角处，就容易结垢。水流速度在0.6m/s时结垢量约为水流速度在0.2m/s时的1/5。

2.5 药剂和运行成本增加

塔河分公司使用的水属高硬高碱水质,水中钙硬和碱之和超过300-400mg/L，若将浓缩倍数提高至4～6，则循环水中钙硬和碱之和达到1200～2000mg/L，而目前水稳药剂处理钙硬和碱之和在350～1050mg/L时的水质效果较好,但对于钙硬和碱之和超过1100mg/L的循环水而言效果降低,因此浓缩倍数进一步提高必然带来系统结垢等问题。为减轻系统的结垢，就要加大缓蚀阻垢剂的投用量，以改变水中碳酸钙等微溶盐类晶体的生长过程和形态，使其处于相应过饱和的介穏状态分散在水中，在减缓结垢的同时，对已沉积的垢物进行剥离。

特别是系统漏油频繁,造成药剂不能有效发挥作用，微生物的生长难以控制，黏泥危害严重，旁流过滤对油和细微的悬浮物质的过滤效果差。在以上情况下，为了尽快使循环水水质恢复正常,必须大排大补的置换循环水，排出多余的盐类和泄漏的油污改善水质。同时，还要对系统进行清洗和补膜，严重时要对系统进行重新预膜。这样都增加了药剂和水的用量，使运行成本显著增大。

3 改进措施

3.1 检修冷却塔

对循环水两间冷却塔分步进行检修，查明喷水头脱落的原因，重新安装好喷水头；收水板按要求重新安装，对变形或不能达到技术要求的收水板进行更换。使进水能够均匀分布在淋水填料上，充分与冷却空气接触换热，收水板有效对风机抽出的微小进行回收，减小因此而产生的水损，增大冷却塔的换热效率。经与以往对照和测算，可节水3-5m3/h，可降低循