煉油企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)理論分析

郭宏山

煉油企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)理論分析

郭宏山

（撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

對(duì)我國(guó)煉油企業(yè)敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)給排水、鹽度、濁度、COD等平衡進(jìn)行了理論分析。結(jié)果表明，循環(huán)水系統(tǒng)新鮮水消耗量高的主要原因是泄漏大、風(fēng)吹損失高、旁濾反洗量大，導(dǎo)致濃縮倍數(shù)低；采用適當(dāng)控制措施后，可將泄露率降至5%、風(fēng)吹損失系數(shù)降至0.04%、反洗用水耗率降至2%，使系統(tǒng)補(bǔ)充水量得到顯著降低；鑒于循環(huán)水和補(bǔ)充水的水質(zhì)要求，建議開(kāi)發(fā)適應(yīng)高濃縮倍數(shù)的藥劑、新型旁濾及污水回用技術(shù)。

循環(huán)冷卻水；濃縮倍數(shù)；污水回用；節(jié)水；石油煉制

煉油企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)大多采用敞開(kāi)式結(jié)構(gòu)，目前用于系統(tǒng)的新鮮水補(bǔ)充量約占企業(yè)總消耗量的35%[1]。補(bǔ)充水量高的原因來(lái)自于多個(gè)方面，如管理和藥劑水平差、系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重、風(fēng)冷塔風(fēng)吹損失高、旁濾處理效率低和反洗用水量大等。鑒于水資源的日益短缺、節(jié)水減排和噸油耗新水指標(biāo)定額的需要，多數(shù)企業(yè)將降低循環(huán)水系統(tǒng)新水用量作為節(jié)水的首要任務(wù)。對(duì)此，本文對(duì)敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的水量、總鹽、濁度、COD平衡進(jìn)行了理論計(jì)算，并根據(jù)現(xiàn)有狀況和水平進(jìn)行了具體分析，在此基礎(chǔ)上，提出循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水的根本措施。

1 敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的平衡方程

1.1 流程框圖

現(xiàn)有敞開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的流程見(jiàn)圖1。

圖1 敞開(kāi)式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)流程框圖Fig.1 Flow diagram of the open type circulating cooling water system

1.2 相關(guān)參數(shù)定義及對(duì)應(yīng)關(guān)系

循環(huán)水系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)有8項(xiàng)，定義如下：

a—系統(tǒng)泄漏率，泄漏量占補(bǔ)充水量的百分比；

b—風(fēng)吹損失系數(shù)，風(fēng)吹損失占循環(huán)水量的百分比；

c—旁濾處理率，旁濾處理量占循環(huán)水量的百分比；

d—強(qiáng)制排污率，排污量占補(bǔ)充水量的百分比；

n—旁濾反洗水耗率，旁濾反洗水占旁濾水量的百分比；

K-蒸發(fā)損失系數(shù)，1/℃；

△t—冷卻塔進(jìn)出水溫度差，℃；

N—循環(huán)水濃縮倍數(shù)，循環(huán)水鹽含量/補(bǔ)充水鹽含量。

相關(guān)參數(shù)與水量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：

1.3 系統(tǒng)平衡及方程式建立

1.3.1 水量平衡

依據(jù)水量平衡:

代入相應(yīng)關(guān)系得到補(bǔ)充水量與循環(huán)水量的關(guān)系為：

1.3.2 鹽平衡

依據(jù)鹽平衡:

得到補(bǔ)充水與循環(huán)水鹽含量及其濃縮倍數(shù)關(guān)系為：

1.3.3 濁度平衡

設(shè)旁濾系統(tǒng)濁度去除率為δ%，則補(bǔ)充水與循環(huán)水的濁度關(guān)系為：

1.3.4 COD平衡

設(shè)旁濾系統(tǒng)COD去除率為β%、循環(huán)水系統(tǒng)通過(guò)藥劑和生物氧化處理后 COD被去除 γ%，則補(bǔ)充水與循環(huán)水的COD關(guān)系為：

1.4 相關(guān)參數(shù)值的選取與分析

1.4.1 K值

K僅隨企業(yè)的環(huán)境溫度有關(guān)，取值見(jiàn)表1。

1.4.2 △t值

△t是反映循環(huán)冷卻塔運(yùn)行狀況的綜合指標(biāo)，設(shè)計(jì)值一般為8～10 ℃。但實(shí)際運(yùn)行中，由于循環(huán)水設(shè)計(jì)量和系統(tǒng)保有水量裕度過(guò)大、冷卻塔泄露、布水不均勻以及填料不適合等諸多因素影響，使△t難以達(dá)到設(shè)計(jì)值[2]。經(jīng)調(diào)查，目前運(yùn)行狀況較好的企業(yè)一般可達(dá)到6 ℃以上，個(gè)別較差企業(yè)僅為3 ℃。

表1 不同環(huán)境溫度下的K值Table 1 K value under different temperature

1.4.3 a值

a是反映循環(huán)水管道泄露的程度指標(biāo)，與管道的安裝水平、腐蝕老化率有關(guān)。由于目前系統(tǒng)管網(wǎng)多數(shù)布置于地下，系統(tǒng)查漏和修補(bǔ)都較為困難，a一般取值為5%～15%。

1.4.4 b值

b用于反映循環(huán)水在冷卻塔風(fēng)冷過(guò)程中的飄逸損失，主要與冷卻塔型式、氣水比、風(fēng)速、風(fēng)壓、淋水密度等有關(guān)。目前 b值一般為0.04%～0.1%。

1.4.5 c值

在循環(huán)水系統(tǒng)中，為避免懸浮物、膠體、濁度等累積造成生物粘泥加劇，一般采用砂濾或纖維過(guò)濾對(duì)部分循環(huán)水脫濁度處理，使?jié)岫龋?0或30 mg/L。目前c值為2%～5%。

1.4.6 d值

d主要取決于系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)。由于目前多數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)峪度過(guò)大、風(fēng)冷損失高、特別是伴隨管網(wǎng)的泄露，要求保持系統(tǒng)鹽和其它物質(zhì)平衡所要求的系統(tǒng)排污量很小。

1.4.7 n值

n用于反映旁濾設(shè)備的反洗耗水水平，與采用的過(guò)濾工藝和過(guò)濾材料有較大關(guān)系。對(duì)于傳統(tǒng)過(guò)濾設(shè)備，因?yàn)V料利用率低、清洗效果差，n一般達(dá)5%以上；而對(duì)于纖維束、流砂過(guò)濾器等新型設(shè)備，n值一般為2%～3%。

1.4.8 N值

N是反映循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于技術(shù)、設(shè)備、管理等方面的原因?qū)е履壳盁捰推髽I(yè)濃縮倍數(shù)僅為3.0左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家的4～5相比差距明顯[3]。

1.4.9 δ值

δ是反映旁濾處理設(shè)備運(yùn)行效率的狀況指標(biāo)，一般為50%～60%。

1.4.10 β值

在旁濾系統(tǒng)中，隨著懸浮膠體、生物粘泥和濁度的去除，將使循環(huán)水中的COD得到一定程度去除，β值一般取10%。

1.4.11 γ值

循環(huán)水在循環(huán)過(guò)程中，由于殺菌劑的氧化作用以及經(jīng)過(guò)冗長(zhǎng)的管道、換熱器和涼水塔所發(fā)生的兼氧、厭氧和好氧生物氧化，使循環(huán)水中的COD被部分降低，γ值一般取0.2%～0.3%。

2 典型循環(huán)水系統(tǒng)狀況分析

2.1 泄漏率和風(fēng)吹損失對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響

采用以上方程對(duì)某循環(huán)水廠泄漏率、風(fēng)吹損失對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響進(jìn)行了模擬分析，相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 泄漏率和風(fēng)吹損失對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響結(jié)果Table 2 Effects of leakage rate and evaporation loss on the circulating cooling water system

表2結(jié)果表明：系統(tǒng)泄露率、風(fēng)冷損失對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)充量影響較大；若保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，補(bǔ)充水總鹽不宜大于循環(huán)水值的1/N、濁度不宜大于1.56倍、COD不宜大于0.68倍。

2.2 旁濾系統(tǒng)水耗率對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響

采用以上方程對(duì)某循環(huán)水廠旁濾水耗率對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響進(jìn)行了模擬分析，相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 旁濾系統(tǒng)反洗水耗對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)的影響結(jié)果Table 3 Effect of backwash water consumption on the circulating cooling water system

表3結(jié)果表明：旁濾處理量和反洗水用量對(duì)系統(tǒng)補(bǔ)充水量也產(chǎn)生較大影響。在旁濾處理率為 2%的狀況下，若保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，補(bǔ)充水總鹽不宜大于循環(huán)水值的1/N、濁度不宜大于1.11倍、COD不宜大于0.63倍。

3 循環(huán)水系統(tǒng)的節(jié)水措施

3.1 降低泄露率

鑒于管網(wǎng)泄露是造成循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水量大的主要原因之一，企業(yè)應(yīng)對(duì)管道系統(tǒng)采取有效的查漏、補(bǔ)漏和預(yù)防措施，將系統(tǒng)泄漏率控制在5%以下。

3.2 降低風(fēng)冷塔風(fēng)吹損失

風(fēng)吹損失主要是風(fēng)冷塔出口空氣中攜帶的小水滴，應(yīng)通過(guò)改造塔體及填料結(jié)構(gòu)、提高淋水密度、增加高效收水器、對(duì)塔壁防腐及堵漏處理、完善風(fēng)

機(jī)導(dǎo)流系統(tǒng)、降低風(fēng)阻和水壓等，設(shè)法使風(fēng)吹損失系數(shù)降低到0.04%以下。

3.3 降低旁濾系統(tǒng)反洗水耗

鑒于目前循環(huán)水旁濾系統(tǒng)反洗水耗高的問(wèn)題，企業(yè)應(yīng)結(jié)合水質(zhì)狀況，通過(guò)比選采用纖維過(guò)濾、流砂過(guò)濾等新型設(shè)備，降低反洗水耗至2%以下。同時(shí)，應(yīng)加大循環(huán)水藥劑的選擇和開(kāi)發(fā)，使之適用于高濃縮倍數(shù)的循環(huán)水處理中，降低對(duì)循環(huán)水水質(zhì)的控制要求。

3.4 污水回用做補(bǔ)充水

用凈化處理后的污水回用做系統(tǒng)補(bǔ)充水是循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水的根本措施。

通過(guò)上面所述理論分析，結(jié)合目前藥劑對(duì)循環(huán)水水質(zhì)濁度<30 mg/L、COD<120 mg/L的一般性要求，將補(bǔ)充水濁度和COD分別控制 30 mg/L和 50 mg/L以下，回用做系統(tǒng)補(bǔ)充水是可行的。

4 結(jié)論與建議

對(duì)煉油企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的理論分析表明，目前系統(tǒng)新鮮水補(bǔ)充量大的主要原因是泄露量大、風(fēng)吹損失高、旁濾反洗水量大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)濃縮倍數(shù)偏低。企業(yè)應(yīng)通過(guò)強(qiáng)化管理和技術(shù)進(jìn)步等綜合措施，將泄露率降至5%、風(fēng)吹損失系數(shù)降至0.04%、反洗水耗率降至2%以下，提高系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，降低補(bǔ)充水量。

循環(huán)水系統(tǒng)給排水、鹽、濁度和COD平衡結(jié)果表明，按目前藥劑對(duì)循環(huán)水水質(zhì)濁度<30 mg/L、COD<120 mg/L的要求，補(bǔ)充水濁度應(yīng)控制30 mg/L以下、COD應(yīng)控制在50 mg/L以下。建議對(duì)煉油污水進(jìn)行適度處理后回用做循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)充水。

[1] 郭宏山,林大泉. 煉油廠用水與節(jié)水[J]. 石油煉制與化工，2002，33（3）：61-65.

[2] 任秀珍,劉偉. 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)的管理[J]. 貴州化工，2009，34（3）：48-51.

[3] 李明玉. 煉油企業(yè)節(jié)水減排技術(shù)與應(yīng)用情況分析[J]. 石油煉制與化工，2008，39（7）：59-63.

[4] 王麗莉,王新.煉油污水回用中高效阻垢緩蝕劑的研究[J].應(yīng)用化工，2008，37（10）：1147-1150.

[5] 馬增國(guó).勝利煉油廠循環(huán)水場(chǎng)節(jié)水減排措施探討[J].齊魯石油化工，2009，37（2）：133-136．

Theoretical Analysis of Circulating Cooling Water System in Refinery

GUO Hong-shan
( Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

Water supply and drainage，salinity，turbidity and COD of the open type circulating cooling water system in domestic refining enterprises were analyzed .The results show that the main reasons to result in the current system to need a large quantity of fresh water supplement are large system leaks, high evaporation loss, and large backwash water in side filtration system, which leading to a relatively low concentration multiple of the system. The appropriate measures can reduce the leakage rate to 5%, the evaporation loss coefficient to 0.04%, and backwash water consumption rate to 2%, as well as make supplementary water of the current system reduce obviously. Due to the quality requirements of circulating water and supplementary water, it is recommended to do technology researches from three aspects as follows: developing the pharmacy which can adapt to the high concentration circulating water，developing new side-filter process technology and reusing wastewater.

Circulating cooling water; Concentration multiple; Wastewater reuse ; Water-saving；Refinery

TE 685

A

1671-0460（2010）12-0686-04

2010-11-19

郭宏山（1967-），男，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，1989年畢業(yè)于大連理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，主要從事石油化工污水處理技術(shù)研究工作。E-mail：guohongshan2003@126.com，電話：0413-6389237。