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        新型海水冷卻裝置及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析

        2020-03-30 06:44:52侯霄艷常春梅孫海生郝開開
        化工機(jī)械 2020年1期
        關(guān)鍵詞:開式墊片冷卻系統(tǒng)

        侯霄艷 常春梅 孫海生 郝開開

        (上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司)

        目前,國(guó)內(nèi)石化企業(yè)大多采用開式?jīng)鏊?shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水的冷卻,這種方式主要依靠水的蒸發(fā)帶走循環(huán)水熱量,具有冷卻效果好、占地面積小及設(shè)備投資少等優(yōu)點(diǎn)[1]。但在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中,由于水與空氣直接接觸,造成循環(huán)水和水中藥劑大量蒸發(fā)損耗,據(jù)統(tǒng)計(jì),冷卻塔所需補(bǔ)水量約為總循環(huán)水量的1.6%左右,以系統(tǒng)循環(huán)水量1 000t/h計(jì)算,則需補(bǔ)水16t/h。常年補(bǔ)水、加藥和水質(zhì)變差會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕,不但浪費(fèi)淡水資源,也增加了企業(yè)的運(yùn)行成本。

        面對(duì)淡水資源的緊缺局面,沿海煉油化工企業(yè)逐漸開始采用海水替代淡水作為工業(yè)冷卻水,用以解決我國(guó)沿海城市和地區(qū)的淡水資源危機(jī)。由于海水具有取水溫度低、受季節(jié)影響不大及水源充足等優(yōu)點(diǎn),在循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢(shì),同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中循環(huán)水側(cè)屬于閉式系統(tǒng),與外界空氣沒(méi)有接觸,極大地減少了循環(huán)水的損耗與污染,達(dá)到了節(jié)能降耗的目的[2~6]。

        針對(duì)循環(huán)水冷卻工況,筆者提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高的新型海水冷卻系統(tǒng),并將它與傳統(tǒng)開式?jīng)鏊谀逞h(huán)水冷卻項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。

        1 海水冷卻系統(tǒng)工藝流程

        海水冷卻系統(tǒng)工藝流程[7,8]主要分為海水側(cè)和循環(huán)水側(cè)。 如圖1 所示,海水側(cè)的海水通過(guò)提升泵抽至沉降池內(nèi),通過(guò)物理沉降和金屬格柵粗過(guò)濾后,海水進(jìn)入過(guò)濾單元進(jìn)行精濾處理,經(jīng)過(guò)處理之后符合要求的海水進(jìn)入熱交換器單元進(jìn)行換熱,實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水的冷卻,升溫后的海水排出。

        圖1 海水冷卻系統(tǒng)海水側(cè)工藝流程簡(jiǎn)圖

        如圖2 所示,循環(huán)水側(cè)的循環(huán)水從工藝設(shè)備中排出后,進(jìn)入熱交換器單元,完成循環(huán)水的冷卻流程,冷卻后的循環(huán)水通過(guò)增壓水泵送回至工藝設(shè)備中,循環(huán)水側(cè)為閉式系統(tǒng),不與外界空氣接觸,完成吸熱與放熱的熱量傳遞的全過(guò)程。 主管處設(shè)有膨脹水箱或穩(wěn)壓罐以及補(bǔ)水系統(tǒng),當(dāng)循環(huán)水側(cè)壓力不穩(wěn)或者循環(huán)水有損耗時(shí),對(duì)它進(jìn)行穩(wěn)壓和補(bǔ)水操作[9]。

        圖2 海水冷卻系統(tǒng)循環(huán)水側(cè)工藝流程簡(jiǎn)圖

        2 新型海水冷卻裝置結(jié)構(gòu)

        冷卻裝置作為海水冷卻系統(tǒng)中的核心裝置,目前普遍采用的是可拆卸板式換熱器。 但是由于海水具有很強(qiáng)的腐蝕性,使得換熱器的墊片即使采用耐腐蝕性能強(qiáng)的丁腈橡膠也會(huì)經(jīng)常發(fā)生泄漏問(wèn)題,泄漏導(dǎo)致的停工給生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。 同時(shí),海水側(cè)存在大量藻類植物、節(jié)肢動(dòng)物及微生物等,會(huì)經(jīng)常堵塞流道,而為了控制海洋生物生長(zhǎng)所投加的氧化型殺生劑,會(huì)加快對(duì)設(shè)備墊片的腐蝕,減少設(shè)備的使用壽命。 為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,可拆卸板式換熱器每隔一段時(shí)間就需要進(jìn)行拆卸和清理, 并對(duì)老化墊片進(jìn)行更換,這極大地增加了企業(yè)的維護(hù)成本[10]。

        為此提出圖3 所示的海水冷卻裝置。

        圖3 新型海水冷卻裝置結(jié)構(gòu)

        該裝置采用全焊接板式換熱器,相較于傳統(tǒng) 的可拆墊片式板式換熱器,極大地降低了墊片腐蝕泄漏的風(fēng)險(xiǎn);板束為寬通道結(jié)構(gòu),在高流速海水的沖刷下, 固體顆粒會(huì)隨海水排出換熱器,減少在板束內(nèi)積聚的可能性。 同時(shí),換熱器兩側(cè)管箱設(shè)置有可拆蓋板,可定期拆卸蓋板對(duì)板束進(jìn)行沖洗,減小堵塞發(fā)生的可能性,保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,同時(shí)易于設(shè)備維修。 該裝置可采用立式或臥式安裝,具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高等特點(diǎn)[11]。

        3 循環(huán)水冷卻項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)

        以某公司循環(huán)水冷卻工程項(xiàng)目為例,對(duì)新型海水冷卻系統(tǒng)和開式?jīng)鏊煞N方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

        3.1 設(shè)計(jì)條件

        循環(huán)水冷卻項(xiàng)目設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

        總流量 40 000m3/h

        進(jìn)口溫度 42℃

        出口溫度 32℃

        進(jìn)口壓力 50kPa

        允許壓力降 50kPa

        濕球溫度 28℃

        密度 1 000kg/m3

        年工作時(shí)間 8 000h

        3.2 海水冷卻系統(tǒng)方案

        經(jīng) 工 藝 計(jì) 算[12,13], 將 40 000m3/h 循 環(huán) 水 從42℃冷卻到32℃, 共需10 臺(tái)新型海水冷卻板式換熱器(8 用2 備),并聯(lián)布置;同時(shí)配置海水過(guò)濾器、海水提升泵和循環(huán)水泵各10 臺(tái),換熱器與過(guò)濾器、海水提升泵和循環(huán)水泵串聯(lián)布置。

        板式換熱器單臺(tái)處理量為5 000m3/h,占地面積 5.6m2,換熱面積 1 800m2,單板換熱面積 3m2;配套海水提升泵為單級(jí)雙吸型離心泵,額定體積流量5 000m3/h,揚(yáng)程50m,電機(jī)功率1 000kW;配套循環(huán)水泵為管道增壓泵,額定體積流量5 000m3/h,揚(yáng)程40m,電機(jī)功率740kW;配套海水過(guò)濾器為在線自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器,單臺(tái)流量5 000m3/h,電機(jī)功率1.2kW。

        3.3 開式?jīng)鏊桨?/h3>

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選用TSNL-5000 開式冷卻塔8 個(gè),單塔設(shè)計(jì)冷卻量5 000m3/h,單塔平面尺寸19m×19m,風(fēng)機(jī)配用電機(jī)功率220kW,雙面進(jìn)風(fēng),鋼筋混凝土框架,玻璃鋼維護(hù)[14,15]。

        配套集水池尺寸為 160m(長(zhǎng))×22m(寬)×2m(深)。 另設(shè)8 個(gè)循環(huán)水泵吸水池,每個(gè)水池的尺寸為 16m(長(zhǎng))×4m(寬)×5.5m(深)。 選用 10 臺(tái)單級(jí)雙吸型離心泵(8 用 2 備),額定體積流量5 000m3/h,揚(yáng)程75m,電機(jī)功率1 100kW。

        4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

        在循環(huán)水側(cè)相同的工藝條件下,對(duì)新型海水冷卻系統(tǒng)和開式?jīng)鏊M(jìn)行對(duì)比。 主要設(shè)備投資費(fèi)用對(duì)比見(jiàn)表1,經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比見(jiàn)表2。

        表1 兩種冷卻方案主要設(shè)備投資費(fèi)用對(duì)比 萬(wàn)元

        由表1、2 可知,海水冷卻系統(tǒng)方案較開式?jīng)鏊桨赋跗谠O(shè)備投資多2 840 萬(wàn)元, 但在操作費(fèi)用上每年可節(jié)省724 萬(wàn)元,海水冷卻系統(tǒng)方案初期設(shè)備投資增加部分的靜態(tài)回收期為2840÷724=3.9 年, 即通過(guò)節(jié)省操作費(fèi)用可在不到4 年的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資增加部分的全部回收,以后每年還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約淡水資源640 萬(wàn)噸,極大地降低了對(duì)淡水資源的消耗。

        表2 兩種冷卻方案經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

        5 結(jié)束語(yǔ)

        針對(duì)現(xiàn)有海水冷卻系統(tǒng)中可拆卸板式換熱器存在的問(wèn)題,提出了新型海水冷卻裝置全焊接寬通道板式換熱器,該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、耐腐蝕性能強(qiáng)和不易堵塞的特點(diǎn),可極大地降低企業(yè)的維修成本。 同時(shí),沿海地區(qū)具有海水水源充足的特點(diǎn), 以海水作為冷卻介質(zhì)帶走工業(yè)生產(chǎn)廢熱,取代目前在沿海煉油化工企業(yè)中廣泛采用的開式冷卻塔,將極大地滿足用戶對(duì)降低淡水消耗的迫切需求。 雖然海水冷卻系統(tǒng)初期設(shè)備投資較開式?jīng)鏊撸?但在后期運(yùn)行中節(jié)水效果顯著,可極大地降低企業(yè)運(yùn)行成本,具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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