作者：陈锐，周思立，范罡，雷宇 （中国石油西南油气田公司川中油气矿仪陇天然气净化厂，四川  南充  637648）

摘要 ：天然气净化厂循环水系统一般采用敞开式压力回流循环水系统，该系统运行中存在一些共性问题，如 腐蚀、结垢、能耗偏高等。本文旨在通过对相关问题的研究和计算，提出净化厂循环水管理的一些通用管理技术措施。

关键词 ：天然气净化厂 ；循环水问题 管理技术措施

1 净化厂循环水系统概述

1.1 开式循环冷却原理 循环水系统向主体装置提供冷却水，通过换热设备 后水温升高成为热水，返回进入冷却塔，与进塔空气进 行逆流热交换，在蒸发散热、接触散热和辐射散热共同 作用下，达到降温效果。在循环水冷却过程中，热量蒸 发会使系统中的水量逐渐减少，而水中各种矿物质和离 子含量就会不断被浓缩，通常用浓缩倍 M 数表示冷却 水浓缩的程度。为了使水中含盐量维持在一定的浓度， 且弥补由于循环水过滤器的反洗水排污、凉水塔吹散、 飘散及蒸发冷却等造成的水损失，循环水池内必须不断 补入新鲜水，以维持正常液位，并排出浓缩水。

1.2 循环水主要设备简介 冷却塔 ：敞开式循环冷却水系统的主要设备之一， 用于水冷却的塔式构筑物。冷却塔内部装有溅水装置或 填料，由一排排板条交错排列而成。水顺着板条逐排淋 降，溅成水滴。冷却塔按塔内空气流动的动力可分为自 然通风和机械通风 [1]。自然通风最常见的是风筒式冷却 塔，机械通风分为抽风式和鼓风式。抽风式冷却塔应用 最为普遍，风机安装在塔顶。根据水与空气流动的方向 可分为 ：逆流式、横流式和并流式。从热交换效率来说 逆流式最为优越。抽风式冷却塔的优点在于抽风时塔内 空气处于负压有利于水的蒸发散热，缺点是风机的电耗 较大；塑料制品有一定的老化期需要定期进行维护检修。 净化厂循环水系统为典型的敞开式循环水系统，冷却塔 为抽风式。

2 循环水运行常见问题

2.1 腐蚀 由于金属和冷却水溶液的作用，金属材料转化成离 子或化合物，使金属材料遭受损害并其使用性能恶化的 现象称为冷却水对金属的腐蚀。腐蚀现象的实质是水中 的悬浮物、胶体、溶解盐类及溶解气体等杂质中氧化性 物质对金属发生物理的、化学的和电化学作用的结果 [2]。 腐蚀原因 ：金属表面在微观上是不均匀的，当它 与水介质接触时，会形成许多微小的腐蚀电池（简称微 电池），其中活泼部位成为阳极，不活泼部位成为阴极。 金属在阳极发生氧化反应，释放出电子，自身被氧化成 高价态的金属离子从金属基体上溶解到水中。 影响金属腐蚀的主要因素 ：化学因素（pH 值）pH 低于 7 时会促进腐蚀的发生。物理因素（温度、金属相 对面积、流速）、微生物、溶解气体、悬浮物。 某净化厂因低负荷运行，自开产以来循环水系统只 运行了一台循环水泵，循环水量为 1 600 m3 /h，装置循 环水管网流速降低（设计 2.2 m/s，实际 1.1 m/s），换热 器内循环水流速降低（设计 0.9 m/s，实际 0.4 m/s），造 成管网设备内部沉积污垢形成垢下腐蚀。 2012 年开始，该厂换热设备出现了大面积窜漏情 况，更换的循环水换热设备内芯高达 15 台。 原因分析如下 ：一是设计上将汽提水引入循环水 作为补水，从而引入了硫化物，由上述数据可见酸水汽 提塔底汽提水硫化物含量达 4.35 mg/L，稳定指数 12.6 （Ryznar 提出的经验公式 S=2pHs – pH 作为判断水质 的依据），属于严重腐蚀水质，不适宜作为补充水源。 2012 年 10 月之后气提水已不再作为循环水补充水使用。 二是铁细菌含量超高，其中新鲜水铁细菌为 1.1×103 个 /mL，反渗透净化水中高达 1.1×106 个 /mL，循环 水中高达 1.3×105 个 /mL，均高于 100 个 /mL 的要求， 其原因是来自三级加压站及长输供水管线的铁离子和微 生物在系统内长期累积。三是该厂将反渗透产水用于循 环水补充水，因反渗透淡水电导率极低，因此，循环水 电导率、浓缩倍数运行控制总体偏低。天研院在不加药剂情况下对不同浓缩倍数，进行了腐蚀研究发现 ：浓缩 倍数为 1，对应腐蚀速率 1.7864 mm/a，浓缩倍数为 3， 对应腐蚀速率 0.8301 mm/a，可见浓缩倍数偏低加剧了 腐蚀。

2.2 结垢 结垢原因 ：一是水中的盐类如 CaCO3 和 Ca3(PO4)2， 随着温度升高，溶解度反而下降。二是溶度积效应，如 碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐等的钙镁铁盐随水的浓缩而产 生沉淀。三是水中的污泥，各种悬浮物、砂子、淤泥、 粘土、微生物、油等，均可由补充水带入系统。

2.3 微生物繁殖 一些微生物的新陈代谢过程参与了电化学过程，促 使腐蚀加速。如，厌氧菌会形成浓差电池，加快局部腐 蚀 ；某些种类的细菌还会产生酸性化合物 ；去磺弧菌属 是硫酸盐还原菌，可使硫酸盐生成硫化氢 ；硫杆菌属把 硫酸盐氧化成硫酸。循环水系统主要细菌种类有异养菌、 真菌、硫酸盐还原菌、铁细菌。

2.4 能耗高 循环水是各类化工装置设备冷却的主要手段，通常 占工业用水量一半以上。提高循环水系统节能降耗管理 水平，就可以提升整个工厂的节能降耗水平。循环水系 统的管理对工厂节能降耗工作影响巨大，以某净化厂为 例，进行节能降耗方面的理论计算。目前某净化厂水耗 较高，平均约 1 500 m3 /d。其中循环水单元水耗约 600 m3 /d，占到净化厂水耗 2/5，该工厂循环水设计流量为 1 500 m3 /h，酸气浓度为 50%，其他主要工艺参数见表 1。 若在循环水单元实施降耗措施，计算其经济效益。

3 主要技术和管理措施

3.1 技术措施 水质控制措施 ：（1）因净化厂水源多来自于当地河 流、水库等，水质随季节而变化，因此建议在做配伍实 验时，应至少选择夏季和冬季分别进行。（2）夏季微生 物繁殖更迅速，应在夏季适当增加杀菌灭藻剂的用量。 （3）规定浓缩倍数，确保其处于略偏结垢的状态。（4） 控制氧化性杀菌灭藻剂加药速度，控制循环水 pH 不低 于 7.0，避免产生腐蚀环境。（5）调整汽提水流程，避 免含硫汽提水进入循环水系统。（6）通过调整过滤量、 添加絮凝剂、改造过滤器等方式来控制循环水浊度。（7） 在操作上，要精确掌握加药的时间和量，避免冲击式加 药对水质 PH 带来较大的波动。

3.2 管理措施 （1）增加凉水塔内收水器数量，尽可能减少风机吹 散损失。（2）更换凉水塔内布水管线和喷头，以保证水 量均衡，增加蒸发面积。（3）将凉水塔风机改造为变频 风机或水轮机，通过凉水塔出口水温对变频器进行调节， 可以达到减少吹散损失和降低风机功耗的效果。（4）对 凉水塔入塔水量进行调节，在保证出口温度达标的情况 下，尽量减少进塔水量，以减少风机吹散损失。（5）根 据实际运行情况降低循环量，提高浓缩倍数，从而降低 循环水排污率，达到节水效果。（6）根据目前循环量调 整过滤及排污量，减少排污带来的水耗。（7）查找装置 跑冒滴漏，对周边排水口进行巡查，对异常情况进行分 析和整改。（8）充分利用水资源，结合净化厂实际，将 部分机泵冷却用新鲜水接入循环水系统进行补水，达到 节水目的。净化厂有部分机泵使用新鲜水冷却，冷却后 的新鲜水直接通过雨水井排出厂外，若将冷却后的新鲜 水作为补水引入循环水系统，可以大幅降低全厂水消耗。 （9）修改内部节能节水考核制度，通过奖惩加强基层员 工节能节水意识。（10）对老生产装置循环水系统均重 新进行核算，挖掘节能降耗的潜力。（11）梳理装置流程， 合理利用水资源，将符合循环水水质要求的其他设备产 生的废水引入循环水系统，降低循环水系统的水耗。

4 结语 本文通过对循环水管理的分析，找到了水质管理的 重点，并提出了相应的技术和管理措施，并对部分措施 进行了应用，取得了较好的效果，但俗话说“三分靠药 剂，七分靠管理”，在循环水系统的管理上，各级管理 者应多关注，操作者应严格执行，才能保证净化厂循环 水系统的长周期平稳运行。