循环冷却水浓缩倍数

循环冷却水浓缩倍数

    中图分类号:X703　　　　文献标识码:A　　　　文章编号: 1001-3644(2009)05-0050-03
    1·前　言
    目前我国石化系统有循环水场290多座,循环水量达140万m3/h,循环冷却水用量约占石化工业总用水量的70% ~80%[1]。循环冷却水基本上实现了循环利用,但是循环冷却水的浓缩倍数普遍不高,大多数在2·0~3·0之间,而提高浓缩倍数是目前公认的有效节水方法。
    本文针对中国石油哈尔滨石化公司循环冷却水浓缩倍数的现状(处于2·8的水平)及存在的问题进行分析,提出实施清洁生产是从源头、生产工艺过程、管理中进行严格控制,提高循环冷却水的浓缩倍数,使循环冷却水系统运行更趋经济合理的有效途径。
    2·浓缩倍数与循环冷却水
    循环水系统浓缩倍数是循环水运行中一项重要指标,浓缩倍数的大小决定了水的重复利用率和节水水平的高低。浓缩倍数K是指循环水中某物质的浓度CR与补充水中此物质浓度CM之比(通常以K+计),即K+=CR/CM[2]。增大浓缩倍数,必然增加对水稳剂、系统的设施及管理等的要求,同时还要受补充水的水质情况、水的温差、循环水系统保有水量和循环水量的比值等方面的限制。哈石化循环水水质基本情况见表1。
             
    由表1可以看出,该厂循环水浓缩倍数处于较低水平下运行。下面针对循环水浓缩倍数现状进行分析,找到切实可行的提高循环水浓缩倍数的具体措施。
    3·影响浓缩倍数的原因分析
    该厂循环冷却水系统采用敞开式冷却方式。敞开式循环冷却水系统的浓缩倍数可用下面的式子计算:
    
    式中: M为补充水量, m3/h; E为蒸发量,m3/h; B为排污量, m3/h; D为风吹损失, m3/h;F为渗漏损失, m3/h; R为循环水量, m3/h;Δt为进出口温差,℃; e为损失系数[3]。
    由(1)式可知,在循环水量一定的条件下,浓缩倍数与Δt成正比,与B、D、F成反比。所以影响循环水系统浓缩倍数的主要原因如下:
    3·1　冷却塔进出口温降
    由(1)式可知,在一定环境温度和设定循环水量的条件下,浓缩倍数与Δt成正比。冷却塔进出水温度按照设计要求温降在8℃~10℃,而目前实际运行温降在5℃左右,低于设计值,造成蒸发水量E过小,加上系统渗漏和风吹损失的存在,使得浓缩倍数难以提高。
    3·2　循环水系统保有水量和循环水量的比值(V/R)
    按照工业循环水处理设计规范的要求循环水V/R比在1/5~1/3之间,而循环水厂设计时V/R比为1/3·2,但是随着新建装置的增多,原有系统容量增大,实际运行循环水量小于设计值,使V/R值高于设计值。   
    3·3　补充水水质
    提高循环水浓缩倍数在某种程度上来说,主要取决补充水水质。循环水补充水主要来源是污水回用的净化水,除此之外还有无压回水的回收水,在上述两股水量不足时补充新鲜水,哈石化补充水水质情况见表2所示。
             
    由表2可知,作为主要补充水的净化水中钙硬和总碱度之和超过350 mg/L,当K>3时,循环水中钙硬度和总碱度之和超过1 000mg/L,目前水处理剂处理钙硬度和总碱度之和在350~900 mg/L水质效果最好[4]。而且净化水中电导率也很高,随着浓缩倍数的升高,这些离子成倍增加,促使设备结垢、腐蚀速度加快。另外,浓缩倍数升高还会加剧菌藻的繁殖,补充水对循环水腐蚀的控制、结垢的控制、生物粘泥的控制均有破坏作用,在运行中我们就要不断排污,很难提高循环水浓缩倍数。
    3·4　水处理药剂
    目前使用的是膦系配方复合型缓释阻垢剂,磷是微生物生长必须的营养元素,含磷药剂的投加,促进了微生物的生长繁殖,产生大量的生物黏泥附着在设备及管道中。生物粘泥不仅会降低换热器和冷却塔的冷却作用、恶化水质,而且还会引起冷却水系统中设备的腐蚀、降低水质稳定剂缓释、阻垢和杀菌剂的作用。生物黏泥通过杀菌剥离进入循环水中,造成浊度上升,为了避免浊度和悬浮物超标,几乎每次投加杀菌剥离剂以后都要进行大排大补的系统置换。
    3·5　系统泄漏
    系统中有向外排放或串出的循环水,致使补充水量较大。循环水场的凉水池经常性地出现溢流,特别是在夜间出现较多。冷却器介质泄漏进入循环水系统中,造成循环水污染。目前的处理方法是加大排污进行置换,这样必将带来药剂、水耗的增大和浓缩倍数等相关数据的下降。
    4 ·提高循环水浓缩倍数的方法
    4 ·1　工艺设计
    4·1·1　提高进出口温降
    在热负荷不变的情况下,对热负荷较小的换热器减少循环水流量(流速≥0·75m/s),通过R的减少使Δt增加;如果循环水流速过低,将热负荷较小的换热器串接,既满足了流速的要求又使温差增大;更改设计,合理安排各个循环水场的热负荷分布,来达到总体的平衡。
    4·1·2　降低系统保有水量和循环水量的比值(V/R)
    V/R值越小,系统达到相应的浓缩倍数时间越短,排污水量的影响越小。所以适当降低V/R比能有效缩短达到要求浓缩倍数的时间,减少水处理药剂的初始投加量(特别是一次性投加的预膜剂、杀菌剂等)。在浓缩倍数一定的情况下,降低V/R比值能减少药剂的停留时间,有利于防止有机磷的分解,降低水中正磷酸盐含量。
    4·1·3　净化水处理工艺的改造
    在2009年新建污水场投入使用后,电站和甲乙酮车间产生的高含盐水将引入单独处理污水场。污水出水是通过膜丝过滤后排出、杀菌后直接补入循环水场,因此循环水的水质将有大幅度的提高。
    4·2　运行管理
    4·2·1　采用低磷配方的缓蚀阻垢剂
              
    由表3可知:当浓缩倍数从1·74提高到3·25时,腐蚀和沉积只有小幅增加;而当浓缩倍数提高到4·5以上时,腐蚀与沉积明显加大。这就要求在高浓缩倍数条件下运行时,对水处理配方也要作出相应的调整。采用低磷配方可以降低水的富营养程度,降低循环水排污水的离子浓度。适应于高浓缩倍数条件下的水处理剂如PBTCA和多元共聚物等一批高效优质水处理剂的开发和应用成功,都为循环冷却水浓缩倍数的提高提供了有力的保障。
    4·2·2　灭菌剂的科学使用
    选用液体的氧化性杀菌剂加药比较方便、剂量易于控制。目前二氧化氯发生器具有较好的控制方式,哈石化公司选用的发生器具有远方数字控制功能,可以将控制信号引入DCS实现远方遥控,便于实现24小时连续加药或每班一次加药的生产控制。同时,交替投加氧化性和非氧化性杀菌剂来避免产生抗药性,将循环水中的微生物数量控制在较低的水平。参照有关实验结果,戊二醛的杀菌性能在几种常见的非氧化性杀菌剂中最强,是可选择的较好的非氧化性杀菌剂。
    4·3　加强管理
    “三分技术,七分管理”。要提高浓缩倍数,循环水的管理也是至关重要的。首先,加强生产装置用水管理,规范补、排循环水。防止随意补排循环水或窜新鲜水,导致水质稳定失控。其次,为解决冷却器介质泄漏问题,我们从把好设备质量关和安装质量关入手,尽可能采用内涂层防腐技术,同时根据介质情况、设计规范,对换热器进行重新评价。加强生产装置对换热器的使用管理,从使用源头在泄漏初期发现苗头,有利于泄漏的早期处理。最后,抓好循环水场自身管理。
    5 ·结　论
    5·1　哈石化循环水系统今年7月开始陆续应用了上述部分改进措施,循环水浓缩倍数有了明显的提高,平均达到3·5。
    5·2　严格的运行管理是高浓缩倍数的有力保证,因此加强循环水系统运行管理是一项持之以恒的工作。
    5·3　新污水场改造后,净化水的水质情况将会有明显的提高,同时可能会出现补充新鲜水量增加的现象,这些都会大幅减轻水质提高的技术难度。
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