污水预处理单元运行周期短原因分析及改进措施

污水预处理单元运行周期短原因分析及改进措施

王鸽

中天合创能源有限责任公司化工分公司    内蒙古鄂尔多斯市    017000

摘要某GE水煤浆气化装置污水预处理单元因汽提塔塔盘压差高，喷射器投用周期短，管道及机泵腐蚀泄漏等问题，严重制约污水预处理单元长周期运行。通过采用新型抗堵塔盘、优化设计喷射器结构、优化酸洗流程等改造措施，有效地延长了污水预处理单元的运行周期。

关键词污水预处理：塔盘压差：新型抗堵塔盘：酸洗流程

某大型煤炭深加工示范项目煤气化装置污水预处理单元采用武汉科梦环境工程有限公司专利技术工艺流程，单系列污水处理量300t/h，共2个系列。该项目于2016年10月正式运行，2021年污水预处理单元平均运行周期仅为76天，运行周期短不仅给装置检修、单系列的备用带来较大负担。为延长污水预处理单元的运行周期，对塔盘压差高、喷射器投用周期短、管道及机泵腐蚀等原因进行了分析，并在2021年陆续采取一系列改进措施，现介绍如下。

1污水预处理单元工艺流程

该项目污水预处理单元采用武汉科梦环境工程有限公司专利技术工艺流程，示意图见图1。

图1  污水预处理单元流程示意图

污水预处理单元共分为3个工序：pH调节沉淀工序、汽提工序、酸洗工序。来自灰水闪蒸系统的灰水加入NaOH、絮凝剂沉淀后，经废水提升泵升压后的废水通过一、二级喷射器与闪蒸气混合后加热到80-100℃左右，混合后废水经汽提塔给料泵送入汽提塔内部，汽提塔底部通入低压蒸汽汽提降低废水中的NH3-N及硬度，汽提塔底部废水经一、二级喷射器降温后送至生化处理装置，塔顶副产品稀氨水送至公用工程罐区。

2污水预处理单元运行周期短原因分析

2.1汽提塔塔盘压差高原因分析

汽提塔为污水预处理单元重要设备，汽提塔稳定运行决定着污水预处理单元运行周期。来自闪蒸系统的灰水经沉降槽及斜板沉淀池的两次沉淀，但废水中仍含有一定量的悬浮物及大量的钙镁离子，2021年废水提升泵出口废水硬度及NH3-N如表1。汽提塔操作压力为0.3MPa，操作温度为140℃，该温度下废水的钙镁离子饱和浓度低，同时汽提塔进料位置温差变化大，加快垢片的形成，特别是1-5层塔盘结垢严重，大量垢片附着在塔盘固阀。随着运行周期增长，固阀处结垢加剧，塔盘升气孔缩小气阻变大，塔盘压差上升气-液接触变差，汽提效果变差，导致外排污水NH3-N超标。

表1废水提升泵出口废水硬度及NH3-N

2.2 喷射器投用周期短原因分析

污水预处理单元一、二级喷射器为水力喷射器对闪蒸塔上下塔进行热交换，降低外排污水温度。目前一、二级喷射器投用7天左右混合室上部堵塞，导致外排污水NH3-N超标，无法满足污水预处理单元的长周期运行。喷射器投用周期短原因：（1）来自喷射器给料泵的废水为pH≈11碱性环境且废水硬度高含有大量钙镁离子，废水经过喷射器喷咀后结有少量垢片，喷咀的水分布变差，减少了水-汽的接触面积，导致喷射器热交换效果变差。（2）经过喷咀的废水与闪蒸气在喷射器混合室热交换后废水温度由50℃左右急剧上升至80-100℃，该环境下废水结垢速率较快，随着喷射器投用混合室上部结有大量的垢片，混合室通道减小大量废水从喷射器低压区的闪蒸塔上塔溢出，导致外排污水NH3-N超标及外排污水温度高。

2.3管道、机泵腐蚀原因分析

污水预处理单元运行过程中管道、机泵壳体及汽提塔内部结有大量垢片，废水在管道及机泵内的流速较汽提塔内高，结垢速率随着流速增大而减小［1］，汽提塔内结垢速率较管道、机泵内快。汽提塔为污水预处理重要设备，为确保汽提塔酸洗彻底，需延长酸洗时间。虽然5％盐酸酸洗液中加入缓蚀剂，但是随着管线、机泵内垢片清洗干净后，缓蚀剂不能够在管道内壁形成一层致密的保护膜，且在易冲刷和侵蚀的区域其缓蚀率只有50％［2］，随着系统继续酸液，加剧管件及机泵叶轮、壳体的冲刷腐蚀。

3.改进措施

3.1汽提塔采用新型抗堵型塔盘

汽提塔塔盘改造采用新型抗堵型塔盘如图3。（1）新型抗堵塔盘为立体塔盘，每块塔板上部开有两块250mmX60mm矩形升气孔，塔盘下部采用倒V型板结构，由于空间利用率高达50%以上，气-液在分离空间内接触充分，大大提高了气液接触时间，同时由于气体在向外喷射过程中，高速撞击到倒V型板的挡液装置上，会将液体分散为微小雾状液滴，极大的增大了液体的比表面积，使气液之间接触更加充分。（2）新型抗堵塔盘的特殊结构设计，气液是在喷射状态下离开板孔，气速较高，因此其本身有较强的自冲洗能力，物流中含有的颗粒、聚合物、污垢等杂质难以在罩孔聚集并堵塞罩孔，且塔板上部开有较大板孔，不易被较脏或粘性物料堵塞。2021年对污水与处理单元汽提塔1-9层固阀塔盘更换为抗堵型塔盘，更换完成后汽提塔运行周期明显增长，由原来

76d提升至93d。

图3 新型抗堵型塔盘传质形式及结构

（3）汽提塔停车酸洗时，固阀塔盘上有一定高度酸液使得固阀侵泡在其中，可彻底清洗掉垢片。新型抗堵塔盘为立体塔盘无法侵泡在酸液内，酸洗效果较固阀塔盘酸洗效果差，新型抗堵塔盘运行一年后需打开人孔清理1-9层塔盘上垢片，保证汽提塔的长周期运行。

3.2优化设计喷射器结构

污水预处理单元一、二级喷射器原设计时未考虑废水在喷射器混合室内结垢影响喷射器的使用，往往喷射器投用7天左右后就无法正常使用。设计院对喷射器喷咀及混合室尺寸重新优化设计，混合室尺寸由原来的198mm扩大至300mm，避免因混合室堵塞导致喷射器无法投用。喷射器优化前投用周期7天左右，优化后可连续投用90天左右，达到了预期效果。

二级喷射器结构优化后，一级闪蒸塔上下塔温差变化如表2。喷射器优化后二级闪蒸塔上塔温度由原来106℃下降至92℃左右，二级闪蒸塔上下塔温差由原来的40℃下降至18℃，大部分热量得以回收，外排污水温度明显降低，同时避免废水溢出导致外排污水NH3-N超标。以单系列230m³/h负荷计算，改造前汽提塔蒸汽使用量为18.6t/h左右，改造后蒸汽使用量为16.3t/h左右，减少蒸汽使用量，降低运行成本。

表2  优化前后上下塔温差

3.3优化酸洗流程

污水预处理单元停车对整个系统进行酸洗，由于管道及泵壳内结垢较少，导致酸洗过程中管道及泵壳内腐蚀严重，影响污水预处理单元平稳运行。（1）优化酸洗流程新增一条管线将一级闪蒸进料泵出口配至汽提塔给料泵出口，实现汽提塔自循环清洗，汽提塔内酸洗液流速慢且无易冲刷和侵蚀区，酸洗液中加入的缓蚀剂缓蚀率可达90％［2］，适当延长酸洗时间确保汽提塔酸洗效果，同时减少管道及机泵酸洗时间保护了管件及机泵叶轮、壳体的冲刷腐蚀。（2）酸洗完成后管道、机泵及汽提塔内附着一层酸液加剧管道、设备的腐蚀，每次酸洗完成后，启废水提升泵进废水对整个系统进行置换，置换完成后汽提塔内部通入低压蒸汽进行蒸塔，通过高温进一步去除系统内的残留的酸液，减缓管道、设备的腐蚀。

4.结束语

污水预处理单元于2021年下半年开始改造，至2022年底陆续改造完成。改造完成后污水预处理单元平均运行周期由2021年的76天提升至2022年的93天，汽提塔酸洗周期由76天延长至93天，大幅降低酸洗频率及检修频率，年节约酸洗费用105万元，年节约检修费用70万元，经济效益显著。

参考文献：

［1］王兵.管道结垢原因分析及常用除垢方法［M］.重庆：油气储运，2008.27（2）

［2］宋蔚.缓蚀剂的成膜机理分析［M］.天津：天津理工大学学报，2004年第4期.