（天津渤化永利化工股份有限公司，天津300402）

以循環(huán)水為冷卻介質(zhì)進(jìn)行換熱，不僅可以使熱介質(zhì)溫度降至較低，而且工況穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，故循環(huán)水作為冷卻介質(zhì)，廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域，且在產(chǎn)品物料消耗中占有較大比例。當(dāng)今，水資源匱乏問(wèn)題日益突出，也使得循環(huán)水系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行成本不斷上升，降低化工產(chǎn)品循環(huán)水消耗受到廣泛而深入的研究，并取得顯著成效，本文簡(jiǎn)要介紹相關(guān)措施及其應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 采用替代冷卻介質(zhì)

空氣廣泛存在于自然環(huán)境之中，對(duì)于濕度低、常年氣溫偏低、水資源缺乏、水電費(fèi)較高的地區(qū)，以空氣代替水對(duì)熱介質(zhì)進(jìn)行降溫是較理想的選擇，但受空氣溫度及設(shè)備換熱面積影響，空氣冷卻器降溫能力有限，不適合與溫度較低的熱介質(zhì)進(jìn)行換熱。此外，盡管近年來(lái)空氣冷卻器不斷改進(jìn)，但其一次性投入費(fèi)用高，現(xiàn)場(chǎng)噪音大，調(diào)節(jié)頻繁，對(duì)電機(jī)要求高等劣勢(shì)仍在一定程度上限制其應(yīng)用。王斌[1]通過(guò)核算在原有焦?fàn)t煤氣制甲醇系統(tǒng)新增循環(huán)水設(shè)備和空冷設(shè)施兩種方案的總運(yùn)行費(fèi)用，得出新增空冷設(shè)施方案運(yùn)行費(fèi)用較低的結(jié)論。由此可知，對(duì)于水費(fèi)、排污費(fèi)較高的地區(qū)，以空冷代替水冷能夠顯著降低循環(huán)水用量，增加經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益。研究也表明，隨著空冷技術(shù)日趨成熟，空冷及空冷串聯(lián)水冷的冷卻方式或可得到更廣泛的應(yīng)用。除空氣外，采用其它介質(zhì)亦可實(shí)現(xiàn)循環(huán)水的替代，如熱泵精餾技術(shù)即是通過(guò)工質(zhì)氣液相轉(zhuǎn)化吸放熱來(lái)實(shí)現(xiàn)傳熱，該技術(shù)已成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，節(jié)能效益可觀，但一次性投資較大，且由于系統(tǒng)內(nèi)部耦合加重，操作難度增大，大范圍推廣需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。但綜合考慮設(shè)備投資及操作成本等，熱泵精餾可實(shí)現(xiàn)較大節(jié)約，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊[2]。

2 優(yōu)化能量網(wǎng)絡(luò)

循環(huán)水換熱既涉及到循環(huán)水消耗問(wèn)題，同時(shí)也包含能量交換問(wèn)題。因此，能量網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化對(duì)降低循環(huán)水消耗同樣具有重要意義，且以能量夾點(diǎn)技術(shù)最具代表性。能量夾點(diǎn)技術(shù)最早由Linhoff教授于1978年提出，經(jīng)過(guò)數(shù)年的發(fā)展與完善，已經(jīng)與ASPENPLUS等計(jì)算機(jī)軟件充分結(jié)合，并成熟的應(yīng)用于化工設(shè)計(jì)和改造之中，節(jié)能效果受到廣泛認(rèn)可。該技術(shù)從系統(tǒng)用能角度出發(fā)，在合理分析冷熱工藝物流性質(zhì)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)繪制冷熱物流組合溫焓曲線確定出夾點(diǎn)位置，將夾點(diǎn)之上定義為熱阱部分，且僅向該部分物流輸入熱能，將夾點(diǎn)之下定義為熱源，僅對(duì)熱源部分采用公用工程進(jìn)行降溫，不允許發(fā)生跨越夾點(diǎn)的傳熱。該技術(shù)已在石化領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，且節(jié)約投資和操作費(fèi)用效益顯著[3]。

3 加強(qiáng)控制管理

化工生產(chǎn)過(guò)程中，裝置負(fù)荷波動(dòng)、室溫變化、循環(huán)水系統(tǒng)溫度及壓力波動(dòng)都將對(duì)換熱設(shè)備的循環(huán)水用量產(chǎn)生較大影響，盡管部分工藝對(duì)熱介質(zhì)溫度要求嚴(yán)格，循環(huán)水量基本可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)控，但多數(shù)工藝對(duì)熱介質(zhì)溫度無(wú)嚴(yán)格要求，甚至溫度越低越好，極易發(fā)生循環(huán)水過(guò)量消耗問(wèn)題，以我公司某次循環(huán)水調(diào)控為例，由于部分裝置停車(chē)后關(guān)閉循環(huán)水閥門(mén)，導(dǎo)致循環(huán)水管網(wǎng)壓力升高，運(yùn)行裝置的循環(huán)水量較此前上漲近4%，系統(tǒng)進(jìn)出口循環(huán)水溫差顯著降低，此種情況若不及時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)控，極易導(dǎo)致循環(huán)水消耗上漲。因此，生產(chǎn)管理精細(xì)化水平提高對(duì)降低循環(huán)水消耗至關(guān)重要。近年來(lái)，電氣和儀表專(zhuān)業(yè)通過(guò)不斷完善控制系統(tǒng)，從泵站、閥門(mén)與管網(wǎng)、終端冷卻設(shè)備和冷卻塔四部分出發(fā)，不斷優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)，減少了管網(wǎng)較大的阻尼工作點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)調(diào)控供水量、水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)和效率以及冷卻塔投用數(shù)量等參數(shù)，大大降低了循環(huán)水用量及能耗。當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的WECS技術(shù)，通過(guò)對(duì)各單元進(jìn)行優(yōu)化控制，采用智慧閥門(mén)，對(duì)循環(huán)水換熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精確采集，并對(duì)主要耗能設(shè)備效率及能耗分析進(jìn)行診斷優(yōu)化，綜合節(jié)能率可達(dá)到30%～60%。此外，水輪機(jī)改造、循環(huán)水泵葉輪切削優(yōu)化、變頻技術(shù)、閉路循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用、亞音頻波處理工業(yè)冷卻水技術(shù)、冷卻塔水蒸氣回收技術(shù)等循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化技術(shù)均得到較大發(fā)展，極大的加強(qiáng)了循環(huán)水控制管理的操作空間，對(duì)降低產(chǎn)品循環(huán)水消耗具有重要意義[4～6]。

4 維護(hù)換熱設(shè)備

換熱器的傳熱效率是決定循環(huán)水消耗的主要因素，化工生產(chǎn)中的循環(huán)水換熱器以間壁式換熱器為主，換熱量與換熱面積和傳熱系數(shù)成正比。經(jīng)過(guò)數(shù)年的優(yōu)化改進(jìn)，換熱器通常都具有較大的傳熱面積，且傳熱過(guò)程也得到有效強(qiáng)化，但由于循環(huán)水系統(tǒng)存在較普遍的結(jié)垢問(wèn)題，加之生產(chǎn)過(guò)程中熱介質(zhì)側(cè)也可能存在代入粉塵、生成蠟等增加換熱器熱阻的情況，必將大大增加循環(huán)水的消耗。如我廠甲醇合成催化劑處于末期時(shí)，為保證生產(chǎn)條件，進(jìn)入高壓分離器前的水冷器循環(huán)水量較前期用量上升超過(guò)1000t/h，使得甲醇產(chǎn)品循環(huán)水消耗顯著上升。因此，各單位在做好換熱設(shè)備循環(huán)水溫差監(jiān)測(cè)的同時(shí)，一方面，可選用涂料及涂裝工藝較先進(jìn)的耐腐蝕結(jié)垢換熱器；另一方面，需定期清洗換熱器，必要時(shí)可根據(jù)生產(chǎn)情況采取在線煮蠟等措施清洗換熱器。此外，由于多數(shù)換熱器易發(fā)生腐蝕問(wèn)題，不僅影響水質(zhì)，甚至還會(huì)出現(xiàn)泄漏，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，因此，在生產(chǎn)管理中要及時(shí)檢修甚至淘汰故障換熱設(shè)備，檢修時(shí)采用先進(jìn)科學(xué)的焊接工藝，最大程度減輕設(shè)備結(jié)垢及腐蝕泄漏問(wèn)題，延長(zhǎng)換熱器使用壽命[7,8]。

5 嚴(yán)控水質(zhì)指標(biāo)

隨著節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)，各單位著力降低污水排放，不斷刷新循環(huán)水的濃縮倍數(shù)記錄，資料顯示，有單位循環(huán)水近零排放后循環(huán)水的濃縮倍數(shù)可提高至8[9]。盡管較高的濃縮倍數(shù)能減少用水量，但循環(huán)水中的固體微粒、生物污垢、無(wú)機(jī)鹽等組分也將增加，易粘附在換熱器或冷卻水管線表面形成水垢，甚至形成腐蝕電池或生物腐蝕，引起嚴(yán)重的垢下腐蝕，直接影響換熱效果。這就要求技術(shù)人員通過(guò)科學(xué)控制補(bǔ)水和加藥來(lái)維持適宜的循環(huán)水水質(zhì)。一方面要加強(qiáng)補(bǔ)充水水質(zhì)、水溫、流速等參數(shù)的控制，另一方面需除去水中的溶解氧并降低氯離子，使用合適的緩蝕阻垢劑與殺菌劑來(lái)控制循環(huán)水的硬度、總堿度、pH值、總磷等運(yùn)行指標(biāo)，及時(shí)通過(guò)殺菌清洗剝離粘泥，確保循環(huán)水水質(zhì)合格，最大程度降低換熱器或冷卻水管線結(jié)垢，確保換熱效果，進(jìn)而節(jié)約循環(huán)水用量[10]。

6 結(jié)論

節(jié)約循環(huán)水對(duì)減輕能源危機(jī)和降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本有重大意義，采用替代冷卻介質(zhì)、優(yōu)化能量網(wǎng)絡(luò)、加強(qiáng)控制管理、維護(hù)換熱設(shè)備和嚴(yán)控水質(zhì)指標(biāo)等方式能夠?qū)崿F(xiàn)降低循環(huán)水消耗的目標(biāo)，各單位應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況，綜合利用上述技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)循環(huán)水消耗精細(xì)管理，進(jìn)一步降低循環(huán)水消耗。