引压管(循环水装置常见问题、原因分析及应对措施)

Posted 2023-05-25

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引压管(循环水装置常见问题、原因分析及应对措施)

工业循环水管理

循环水装置是炼油化工生产中重要的组成部分，循环水装置的安全、稳定运行，是主体装置生产的重要保证。循环水系统在日常运行中，常会遇到管网泄漏、冷换设备泄漏导致工艺物料泄漏到循环水中引起水质恶化。若不能及时发现和妥善处理，会导致管网压力下降、大量循环水泄漏、换热器换热效率降低、循环水质变差、冷换设备腐蚀加剧、药剂消耗增加、循环水排污剧增等问题，严重时会造成生产装置负荷降低甚至装置停车。因此，当出现循环水管线泄漏或冷换设备泄漏时，通过循环水外观、水质指标，尽快判断漏点部位和泄漏物质，快速查找泄漏源，定位泄漏点，并根据泄漏物质的特性制定处置措施，确保循环水系统和下游污水处理装置的平稳运行。

一、循环水装置经常出现的问题及原因分析

循环水装置经常出现的问题有：泄漏、水质差等问题。

（一）、泄漏

循环水装置的泄露分两种情况，一种情况是循环水外漏，另一种情况是工艺介质向循环水中泄漏。

第一种情况：循环水管线长期在地下运行，由于防腐层破损、管线内部点腐蚀以及土壤环境等因素，导致循环水管网局部出现腐蚀减薄、腐蚀穿孔，进而发生管线爆管，出现大量循环水泄漏。齐鲁公司的循环水地下主管线121条（段），总长约43KM。其中，炼油水务17条（段）长度为7744米，投用时间最早为上世纪的1966年，使用50余年；炼油净化北区16条（段），长度为7448米，投用时间大部为1990年左右；热电水务3条，长度为4636米，投用时间为1987年；塑料水务14条，长度为5120米，投用时间大部为1996年；二化水务16条，长度为7584米，投用时间为1987年左右；橡胶水务22条，长度为5160米，投用时间为1984年左右等，整体来看，循环水地下管线使用时间较长，管线局部破损泄漏问题逐步显现，多次发生不同位置、不同情况的泄漏，不同程度地影响了公司的生产。例如：2015年1月12日热电水务车间1#冷却塔回水阀门间东侧乙循环水管线腐蚀泄漏，泄漏量最大时约300m3/h。经过连续三天组织抽水、堵漏、挖去泄漏点周围填埋土，发现泄漏点附近管线防腐层（沥青玛蒂脂）破损严重，产生大量黑褐色氧化腐蚀产物，多处成溃疡状腐蚀坑，经测厚，泄漏点附近管线减薄到4～6mm不等，最薄处1mm左右。

表一是近几年循环水管线漏点统计

表一：近几年循环水漏点统计
年度	2014	2015	2016	2017	2018	2019
泄漏点数	31	41	12	5	31	9

循环水管线目前存在的泄漏风险

1、炼油净化北区第四循环水场所供炼油厂相关装置循环水系统管网地下线自1990年运行至今已近30年。由于炼油厂各装置停工检修为分期进行，导致循环水系统地下管网线无法停工检修。近几年地下循环水线腐蚀漏点已发生15次之多，已对炼油厂生产装置的安全运行带来隐患。

2、热电二循循环水旁滤出入口母管Φ325×8，长约300米，腐蚀严重，最薄处不足2mm，需要将进出管线全部更换；二循旁滤进出口管线管壁减薄较严重，多处泄漏，局部多次更换之后，仍然存在风险，需全部更换。

3、塑料三循投运三十年，供塑料厂五套生产装置及空压站用循环水，流程较长，阀门较多，除回塔管线外，其余管道为埋地铺设。近几年出现频繁泄漏现象。塔后回水管线腐蚀严重，尤其出地面处，腐蚀尤为严重；循环水地下回水主管线点蚀泄漏；主管上引压管、其他仪表短管及排水管等根部腐蚀或断裂。

4、烯烃一循循环水泵入口管线腐蚀减薄，目前玻璃钢防腐。循环水泵出口与地面接触位置腐蚀。一循回水主管线外部腐蚀泄露2处，打卡子处理。上塔管线与地面接触位置腐蚀减薄。

第二种情况：工艺介质向循环水中泄漏，由于生产装置设备老化、装置加工腐蚀性较强的高硫原油和检修周期长等原因，冷换设备的换热列管出现泄漏点，一般情况物料侧的压力大于循环水侧的压力，物料向循环水侧泄漏，泄漏的物料导致循环水水质变差，引起浊度增加、COD剧增、pH值降低、总磷降低、碱度降低、循环水缓蚀剂加药量增加等。由于炼化装置的冷换设备众多，局部的物料泄漏到循环水中难以快速准确的找到泄露的换热器，因此出现换热器泄漏时，一般会持续很长时间，有的甚至持续几个月，严重影响循环水装置的正常运行，导致新水补水量和药剂消耗量急剧上升，排水量大量增加。因此，快速确认泄漏介质、查漏泄漏源、封堵泄漏点是极为重要的，根据泄露的介质性质，制定有效的处理措施，迅速恢复循环水水质，确保循环水装置安全稳定保供。例如：烯烃第六循环水装置自2016年至2019年共发生12次冷换设备泄漏。

（二）、水质差

当循环水水质差变差时，系统出现结垢、腐蚀、菌藻滋生和粘泥淤积，导致系统效率下降、冷量大幅衰减、耗能增加，甚至损害主机及其他设备，堵塞和腐蚀管道，造成巨大的经济损失。

水垢：由于工业循环冷却水在冷却过程中不断地蒸发，使水中含盐浓度不断增高，超过某些盐类的溶解度而沉淀，水垢主要组成成份是由硬度构成物质：Ca2+、Mg2+、Si2+、Fe2+及悬浮物、沉淀物组成，在系统中随着温度的升高，水中的钙、镁离子与碳酸根离子等碰撞机会增大，结合成为成垢晶核，并且逐淅吸附壮大，沉淀在换热面或水温较高的管道内壁，经过烘烤、板结形成水垢，常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。水垢的质地比较致密，大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了20%。水垢的产生使系统换热效率大大降低，管道横截面变小，增大泵的负荷，减少输水量，而且还会形成严重的垢下腐蚀。经研究，垢下腐蚀的腐蚀速度是同等条件下普通腐蚀速度的10倍以上。

污垢：污垢主要由水中的有机物、微生物菌落和分泌物、泥沙、粉尘等构成，垢的质地松软，不仅降低传热效率而且还引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。
　　腐蚀：工业循环冷却水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子(Cl-、Fe2+、Cu2+)以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间即使换热器、输水管路设备报废。
　　粘泥淤积：因为工业循环冷却水中溶有充足的氧气、合适的温度及富养条件，很适合微生物的生长繁殖，如不及时控制将迅速导致水质恶化、发臭、变黑，冷却塔大量黏垢沉积甚至堵塞，冷却散热效果大幅下降，设备腐蚀加剧。因此循环冷却水处理必须控制微生物的繁殖。

二、循环水装置常见问题的应对措施

（一）、泄露问题应对措施

一是完善埋地循环水管道防腐层质量检测维护管理体系，定期对地下管线进行的管道防腐层数据检测，及时检修防腐层破损点。例如2015年7月6日--11月5日完成了39Km循环水主管线防腐层检测，查出防腐层破损点121个，及时进行了处理。2018年开始对循环水管线进行了综合治理并制定了五年治理规划；循环水管线腐蚀泄漏经常出现的部位一般在地下管线出地部位，特别是回水上塔管线出地处，当腐蚀不是比较严重的情况下，可以通过开挖暴露管线，在管线外壁增加强化钢板(俗称包盒子)的方式，防患于未然。如果局部腐蚀钢管的壁厚减薄非常严重的情况下，需要尽快更换减薄管段。循环水管线腐蚀泄漏经常出现的部位还有阀门井穿墙管段，处理方式与上述出地部位的方法相同。埋地管线点腐蚀的处理方法，需要请专业单位定期对地下管线的防腐层进行检测，分析检测结果，对防腐层破损点进行了局部的防腐层修复，如果腐蚀部位管线局部减薄比较严重，需要贴补钢板，进行管线局部强化修补。

二是快速确认泄漏介质、查漏泄漏源、封堵泄漏点是极为重要的，根据泄露的介质性质，制定有效的处理措施，迅速恢复循环水水质，确保循环水装置安全稳定保供。首先需要水务装置技术人员要与生产装置技术人员联合行动，根据循环水质变化的情况和水质分析数据，快速确定泄漏物质的属性，确定泄漏点所在的生产装置；然后，根据换热器回水水质分析数据，逐步找到泄露的换热器，将泄露的换热器切除生产装置，切断泄漏源；依据泄漏到循环水中的物料性质，采取适当的处理措施，尽快恢复循环水质，如果泄漏到循环水中的物料是重油，可以通过撇油的方法，去除大部分重油，通过适当加大循环水排污量可将水中油浓度降下来，使循环水水质得以尽快恢复至正常水平；同时加大氧化和非氧化型杀菌剂投加力度，以抑制细菌的大量繁殖；增加缓蚀剂和阻垢剂的投加量，保证循环水的水质。

如果泄漏到循环水中的物料是轻质易挥发物料，应用VOC检测的方法查找泄漏点是一种非常好的方法，这种方法是齐鲁水务的新创举。例如2019年2月烯烃六循出现一次芳香烃苯的泄漏起初的表象为循环水装置现场弥漫着芳香烃化合物气味，而且越往冷却塔方向气味越浓，水体呈暗红色；

图4 集水池南侧泡沫

加样分析数据上看不出明显的泄漏源，该循环水总回水油和COD指标超标，而供水和其它装置回水支线取样数据均低于回水数据；具体数据见表4。

表4泄漏时各回水加样数据列表

日期	取样点	COD锰法	油含量
2月19日	该循环水总回水	22.2	18.3
2月19日	该循环水总供水	11.5	0.81
2月19日	裂解装置回水		1.6
2月19日	芳烃装置回水	8.7	1.29
2月19日	齐隆回水	12.4	1.07
2月19日	增塑剂回水1		1.08
2月19日	增塑剂回水2		1.09
2月19日	煤粉炉回水		0.66

用可燃气体分析仪检测循环水中挥发性物质。根据分析判断泄漏物质可能为挥发性轻烃类，选择用便携式VOC监测的方法查找漏点。现场用取样瓶取三分之二的样品，然后剧烈晃动后，用便携式VOC检测仪塞入瓶口。用此方法分析后该循环水回水为662mg/m3，而芳烃装置回水则为950mg/m3大于该循环水回水。用此方法在芳烃装置逐一排查后，发现芳烃装置一抽提回水VOC数据为19000mg/m3,，是循环水总回水的28倍，从而确定了泄漏源。

图5：便携式VOC监测仪

图6：检测过程

表5 VOC测量数据列表

日期	取样点	VOC含量
2月20日	该循环水总回水	662
2月20日	该循环水总供水	26
2月20日	裂解回水	190
2月20日	芳烃回水	950
2月20日	齐隆回水	77
2月20日	芳烃一抽回水	19000

水质问题应对措施

一是定期对循环水装置进行清洗，对循环水装置而言，应定期进行一次不停车清洗过程，以便将换热器器管道路的粘泥等相关杂质进行彻底清除，例如对整个系统进行清洗预膜处理，从而确保整个循环水系统的清洁性。

二是做好堵漏工作，对循环水装置长期存在的工业介质泄漏问题，应做好堵漏和防腐等措施,对泄漏点进行及时的发现和处理。

三是循环水远程精细管控系统采用大数据结合德国工艺4.0技术，对循环水系统运行参数的在线监测和远程管理，通过水质指标的实时准确检测和数据的智能处理，配合自动化加药、加酸设备，对整个循环水系统实行智能自动化控制，实现循环水精细化、科学化管理。
四是推广应用新技术。电化学循环水处理设备利用电化学原理将水中的成垢离子以水垢的形式预先析出，从而防止了水垢在循环水系统中生成，同时产生的强氧化物质起到杀菌灭藻及延缓腐蚀的效果，一次性解决了工业循环水结垢、菌藻滋生及腐蚀三大问题，具有良好的使用效果。电化学循环水处理设备运行过程中可不断地去除循环水中的成垢离子，降低循环水的硬度，提高循环水系统运行浓缩倍数，降低排污水量和补充水量。其理论基础是是电解理论和极性分子理论，在直流电的作用下正、负极之间的正负离子向极性相反的极板移动，发生电子得失反应。

阳极反应：

阳极反应的作用：高级氧化作用杀菌灭藻；点解形成强酸环境杀菌灭藻。

阴极反应：

阴极反应的作用：高效除垢；点解形成强奸环境杀菌预成垢。

图7是电化学水处理原理图

图7 电化学水处理原理图

电化学水处理设备的优势：一次性投资，后续无需资金投入，有效降低生产成本；设备维护工作量少，费用极低；日常操作简单；水垢以固体的形式取出，降低循环水硬度；循环水浓缩倍数可以提高到6-9倍；无污水排放；对管道及冷换设备没有腐蚀性，而且还有很好的防腐作用。循环水排污量可以减少20%-60%，有效地减少了循环水补水量；无需继续投加循环水药剂，极大地降低药剂费用；一体化撬装设计，安装方便等。

图8是电化学水处理设备除垢效果图

图8 电化学水处理设备除垢效果图

图9是电化学水处理设备除老垢效果图

图9 电化学水处理设备除老垢效果

图10是电化学水处理设备安装示意图，电化学水处理设备可以按照安装示意图安装，也可以安装在回水管线上，无需安装电化学水处理设备的循环水泵，进一步降低运行成本。

图10 电化学水处理设备安装示意图