文_馬健 朱玉 顧紅波 浙江省環(huán)境科技有限公司
現(xiàn)階段我國循環(huán)水用量已經(jīng)占據(jù)工業(yè)總用水量70%,能耗占比也超過70%,且排放循環(huán)冷卻廢水量較大,極大影響企業(yè)運(yùn)行成本,成為能源主管部門和生態(tài)環(huán)境主管部門關(guān)注的重點(diǎn)問題?!傲?030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”是國家做出的重大戰(zhàn)略決策,石油化工行業(yè)在這一決策背景下將面臨重大挑戰(zhàn)。目前,我國石油化工行業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在能耗高、污染物排放量大等問題,因此做好工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保工作便顯得極為迫切。
結(jié)合實(shí)際來看,科學(xué)合理的石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保應(yīng)用,可以切實(shí)節(jié)約石油化工企業(yè)非必要成本開支,更對環(huán)境保護(hù)有著十分重要的促進(jìn)作用。目前,我國石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保應(yīng)用多是圍繞冷卻塔來實(shí)現(xiàn),冷卻塔本身存在缺陷性特征比較突出,如其開放式運(yùn)行過程,暴露在空氣中,隨時間推移所聚集廢棄物便會不斷增多,此類廢棄物必然會拉低冷卻水運(yùn)行效率,尤其流速較低區(qū)域,一旦油殘渣堆積現(xiàn)象,不僅會減低系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率,甚至?xí)l(fā)設(shè)備故障問題,循環(huán)排污水排放量較大,增加污水站負(fù)荷,同時也會損害周邊生態(tài)環(huán)境并增加后續(xù)修理維護(hù)成本。
石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在問題相對較為典型,如冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時,水垢從形成到沉淀過程一直存在,水垢堆積會致使整個水循環(huán)效率受阻。與此同時從水循環(huán)裝置到冷卻塔,若缺乏完備的防護(hù)機(jī)制,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程便會逐漸產(chǎn)生污垢,這類污垢問題會直接導(dǎo)致水塔堵塞風(fēng)險大幅升高,直接影響冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能效益,繼而也會對周邊生態(tài)環(huán)境造成較大負(fù)面影響。
腐蝕現(xiàn)象也是目前我國石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在主要問題之一。冷卻水運(yùn)行時水體長期接觸設(shè)備,便會引發(fā)腐蝕;腐蝕問題一旦出現(xiàn),整個設(shè)備檢測維護(hù)難度就會變大,所以關(guān)注腐蝕檢測十分必要,這也是優(yōu)化冷循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能效益、提升其整體環(huán)保性的關(guān)鍵舉措。除此之外,菌藻作為冷卻水運(yùn)行期間必然會產(chǎn)生的異物,菌藻會導(dǎo)致冷卻水渾濁,若長時間未作有效清理防護(hù),會引發(fā)循環(huán)裝置阻塞故障,影響冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能功耗同時對區(qū)域生態(tài)環(huán)境也會造成極為負(fù)面的影響。
循環(huán)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行一定時間后,因蒸發(fā)或自然損耗等原因,冷卻水中鹽分濃度升高,極易導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢及腐蝕現(xiàn)象,降低傳熱效率,需定期排放一定量廢水,目前隨著國家相關(guān)行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及執(zhí)行,該類廢水已納入污水管理,不得直接排入環(huán)境,工業(yè)企業(yè)污水站運(yùn)行負(fù)荷及運(yùn)行成本大幅增加,同時也增加了企業(yè)污染物總量購買成本。
根據(jù)調(diào)查,目前較多企業(yè)采用水輪機(jī)改造來達(dá)到提升系統(tǒng)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)的目的。水輪機(jī)改造技術(shù)即改變冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動模式,將原本電機(jī)驅(qū)動改為循環(huán)水回水余壓驅(qū)動,以此來降低冷卻塔風(fēng)機(jī)電能損耗,對處于高位用冷卻水裝置的循環(huán)水系統(tǒng)形態(tài)而言,化工裝置會因此生成較大回水壓力,回水余壓升高,冷卻塔風(fēng)機(jī)便會隨之驅(qū)動,可降低電機(jī)能耗,最終起到節(jié)能降耗的效果。結(jié)合實(shí)際來看,該技術(shù)方法在直接降低電能損耗、維系周邊生態(tài)平衡方面作用顯著,但與此同時也需要注意,水輪機(jī)經(jīng)改造后,冷卻塔驅(qū)動力源自循環(huán)水系統(tǒng)回水余壓動能,可回水余壓動能與水泵機(jī)械能直聯(lián),所以水輪機(jī)改造本質(zhì)上可看作是將水泵機(jī)械能轉(zhuǎn)化為冷卻塔風(fēng)機(jī)動能,且過程中還涉及到回水動能轉(zhuǎn)化,因此兩次轉(zhuǎn)化途中,能量損耗不可規(guī)避,一旦冷卻塔出現(xiàn)故障,維修成本也會隨之增加??傮w來看,應(yīng)用水輪機(jī)改造節(jié)能有一定可行性,但該技術(shù)仍然有待繼續(xù)更新完善。
通過葉輪切削實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化,即對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)水泵葉輪邊緣做適度切削,以減低水泵出力來控制揚(yáng)程、流量,水泵運(yùn)行期間能耗便會因此而逐步降低,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)生態(tài)化特質(zhì)也會得以有效展現(xiàn)。該技術(shù)方法雖然原理、操作上都較為簡便,但在適用性上也有一定局限,部分化工企業(yè)早期水泵選型明顯過大時,便可選取此方法,直接對葉輪切削。同時需注意,切削后不僅水泵運(yùn)行效率會有一定程度的下降,且水泵、循環(huán)水系統(tǒng)匹配程度可能會因此而受到一定影響,會出現(xiàn)能耗增大的可能,所以選擇應(yīng)用該方法必須遵循“全面調(diào)研、謹(jǐn)慎選擇”的原則。
利用閉路循環(huán)水系統(tǒng)促進(jìn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保品質(zhì),即發(fā)揮閉路循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水無法與外部直接接觸的優(yōu)勢,可切實(shí)規(guī)避空氣中雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)部。以某循環(huán)水場閉路循環(huán)改造為例,該水場原本有開始涼水塔,處理量4000m3/h,占地規(guī)模為720m2,框架結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土組成,其中風(fēng)機(jī)直徑達(dá)到8m,風(fēng)機(jī)功率為180kW,冬季時的進(jìn)塔水溫為16℃,到夏季便達(dá)到40℃,冬季出塔水溫為12℃,夏季出塔水溫達(dá)到33℃。開式?jīng)鏊\(yùn)行期間,水質(zhì)整體相對偏差,換熱性能也較弱,嚴(yán)重影響裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)效率,故障風(fēng)險無法預(yù)控,尤其夏季時,熱效應(yīng)對周邊區(qū)域生態(tài)也產(chǎn)生較大不良影響。經(jīng)過閉路循環(huán)水系統(tǒng)改造后,結(jié)垢問題明顯改善,水質(zhì)得到有效優(yōu)化同時,夏季進(jìn)出塔水溫也得到不同程度的降低,進(jìn)一步促進(jìn)了該系統(tǒng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行效益,節(jié)約能耗同時達(dá)到保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境的目的。
我國石油化工企業(yè)循環(huán)水主要采用工業(yè)自來水廠,其特點(diǎn)為水質(zhì)含鹽分高、價格偏低、易結(jié)垢,目前已有部分企業(yè)采用生活自來水水源用于循環(huán)水系統(tǒng)。以浙江東部某聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)為例,該企業(yè)采用生活自來水水源用于冷卻循環(huán),補(bǔ)水水質(zhì)中電導(dǎo)率及鹽分濃度較低,電導(dǎo)率基本小于70μS/cm,較低的電導(dǎo)率及鹽分可有效減少管道腐蝕及結(jié)垢現(xiàn)象,降低能耗,延長設(shè)備使用時間,同時提高冷卻溫度控制的精確性,循環(huán)水濃縮倍數(shù)可達(dá)到8~9倍,大幅降低了循環(huán)冷卻廢水排放量,有效降低企業(yè)的污水運(yùn)行成本以及污染物總量購置成本。
綜上所述,通過對工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保探討分析,因地制宜合理選擇最適宜的節(jié)能環(huán)保改造技術(shù)方法至關(guān)重要。如,應(yīng)用水輪機(jī)改造節(jié)能提升系統(tǒng)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)、通過葉輪切削實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化、利用閉路循環(huán)水系統(tǒng)促進(jìn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保品質(zhì)、改善進(jìn)水水源降低循環(huán)冷卻水排污量并降低能耗等,充分了解不同技術(shù)方法的優(yōu)勢特征和適用性,科學(xué)選擇,方能確保工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保效果完全達(dá)到預(yù)期,這也是我國廣大石油化工企業(yè)得以形成可持續(xù)發(fā)展模式的關(guān)鍵路徑。