摘要：在石油煉制過程中，必然會產生大量的熱，這些多余的熱量如果排除不暢將會造成其他嚴重問題，于是將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應用其中，能夠降低石油煉制過程中的溫度。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠將水進行循環(huán)利用，從而符合當前節(jié)能環(huán)保的理念，但是在應用過程中容易產生結垢現(xiàn)象，當垢量達到一定程度之后會影響降溫效果，還會增加系統(tǒng)的耗電量，所以急需能夠對結垢進行控制。文章首先對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工作原理進行分析，然后再分析當前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在應用過程中的問題，通過總結發(fā)現(xiàn)結垢問題屬于主要問題，于是文章將使用文獻研究的方式，總結了5種結垢控制方式。目的在于增強循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在石油煉制過程中的應用效果。

關鍵詞：循環(huán)冷卻水系統(tǒng);石油煉制;應用

中圖分類號：TQ085+.2;TE62

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）08-0148-04

Analysis of the Application of Circulating Cooling Water Systemin Petro eum Refining

MA Yong-hong

（Petrochina Qinghai Yushu Sales Branch， Yushu Qinghai 815000，China）

Abstract： In the process of petroleum refining， a lot of heat will inevitably he generated. If this heat is not dis-charged， it will cause other serious problems. Therefore. the use of circulating cooling water systems can reduce thetemperature during the petroleum refining process. The circulating cooling water system can recycle water. whichis in line with the current energy-saving and environmental protection concept， but it is easy to produce scalingduring the application process. When the scale reaches a certain level. it will affect the cooling effect and increasethe power consumption of the system.So there is an urgent need to he ahle to control the scaling. Therefore， the pa-per first analyzes the working pnnciple of the circulating cooling water system， and then analyzes the problems ofthe current circulating cooling water system in the application process. Through summary， it is found that the scal-ing problem is the main problem， so the paper will use the method of literature research to summarize five methodsof scaling control. The purpose is to enhance the application effect of circulating cooling water system in petroleumrefining process.

Key words ： circulating cooling water system; petroleum refining; application

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要作用在于實現(xiàn)降溫，是將冷水換熱水達到降溫的作用，并且會將水進行循環(huán)使用的一個系統(tǒng)[1]。由于該系統(tǒng)能夠對冷卻水進行循環(huán)使用，于是可以降低水的用量，該系統(tǒng)在石油煉制中有著很重要作用[2]。但是系統(tǒng)在應用過程中也會出現(xiàn)一些問題，于是為了提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在石油煉制中的作用，文章將對其該系統(tǒng)進行深入研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在應用過程中問題，從而提出相應的措施，使其在石油煉制中發(fā)揮更重要的作用，從而有利于石油企業(yè)的發(fā)展。

1石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工作原理

首先循環(huán)泵會將冷卻水送到不同的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的冷卻水會被冷卻工藝熱介質、換熱器等作用下加熱，冷卻水就會變?yōu)闊崴缓筮@些熱水同樣會被水泵帶到冷卻塔頂部，熱水會被布水管道噴淋到冷卻塔內的填料上進行冷卻，即將熱水變?yōu)槔渌?，將水中的熱排到自然環(huán)境中，這些冷水將會再次被水泵送到系統(tǒng)實現(xiàn)降溫作用[3-4]。這種方式使得水可以進行循環(huán)使用，大大節(jié)約了水用量，從而起到降溫節(jié)能環(huán)保的作用。

2系統(tǒng)常見問題

2.1冷水器運行問題

1）有些水冷器的出水口溫度比較高。出現(xiàn)這種的原因最主要是工藝測溫度偏高，會增加水冷器管程中的內結垢速率，于是就會增加水流阻力系數，夏季時對水進行冷卻就會變得比較困難，另外，還會增加系統(tǒng)管網壓降，增加水泵耗電等問題。

2）使用冷卻水進行降溫時，換流水溫度有調整空間，使得出口水的水溫度比較低，就會增加部分循環(huán)用水的量。

3）水冷器的水流速度比較低，會增加結垢的速度，還會造成壓降增大、垢下腐蝕等缺陷，嚴重時還會使得水冷器出現(xiàn)泄漏，于是需要使用大量新水進行置換，這樣還會造成水資源浪費現(xiàn)象。

4）有些水冷器循環(huán)水進出口溫差非常小，于是就會達不到系統(tǒng)的降溫目的，需要對該系統(tǒng)進行優(yōu)化處理。

2.2供水壓力和系統(tǒng)降壓問題

一般情況下，循環(huán)水場的供水壓力都比較高，于是就會造成水泵的耗電比較大?？梢酝ㄟ^一些優(yōu)化方式，能夠將供水壓力降低到大約0.4MPa，比不優(yōu)化的供水壓力至少小0.1MPa。

2.3循環(huán)水溫差

1）換熱器的設計存在問題，其傳熱系數比較低，并且流速比較小，再加上換熱面積還小，于是就會導致積垢，從而導致循環(huán)水溫度差比較小，沒有帶出大量的熱量。

2）所使用的工藝介質不合理，其傳熱系數比較低，于是就會導致出水口的溫度不高，就會使得循環(huán)水溫差過小。

3）系統(tǒng)管理工作存在疏漏，比如為了提高溫差降低水流流速而導致污垢沉積，沒有根據實際生產情況將循環(huán)水量進行調整等這些情況都會造成系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

2.4其他因素

夏季由于溫度過高，往往使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應用效果不是很好，主要是增加了冷卻水的難度，于是為了提高冷卻水的降溫效果，會使用軸流風機進行降溫，于是就會消耗大量的電能。而冬季不需要提高冷卻水的降溫效果，而是要降低換熱的效率，即對循環(huán)水的需求會比較少，所以會將流速調控到很小的范圍，這樣就會加速結垢形成。

通過上文分析，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在不同方面的問題，很多問題都會造成系統(tǒng)管道內出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，于是就會嚴重影響到系統(tǒng)的正常運行。所以文章分析了幾種結垢控制方法，主要目的在于降低系統(tǒng)運行過程中的結垢程度。

3結垢控制方法

由于石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)比較容易結垢，會造成水流阻力系數增大、循環(huán)水溫差過小、垢下腐蝕、耗電等缺陷，最終影響系統(tǒng)的正常運行，于是有必要對結垢進行控制。根據國內外學者們的不斷研究，提出了基于多參數分析的結垢控制方法。文章將對這些控制方法進行分析，從而提高應用效果，使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠降低結垢程度，在石油煉制過程中發(fā)揮更好的應用效果。

3.1pH值調節(jié)法

pH值調節(jié)法就是在循環(huán)水中加入酸，來降低pH值，因為水中結垢屬于堿性物質，當其濃度降到一定范圍之后，就可以降低碳酸鹽的硬度。確定pH值上下限，這些需要使用實驗進行得到。

圖1即為循環(huán)冷卻水的pH值與全堿度的關系曲線，該曲線的得到是在理想情況下得到的，即冷卻水不會受到其他因素的影響。但是在實際情況中，該系統(tǒng)是敞開體系，水必然會與二氧化碳進行反應，于是就會使得碳酸化合物之間的平衡關系發(fā)生變化，所以全堿度和實際pH值會發(fā)生變化。有學者對阻垢緩蝕復合配方進行研究，其中將pH值設定在9.3-8.6之間，實驗結果表明，管內沒有明顯出現(xiàn)污垢，可見其復合配方具有有效性[5]。

pH調節(jié)法所得到的pH值范圍比較狹窄，就會降低其安全性，而且不利于操作管理，另外使用這種方式控制結垢程度還需要安裝加酸裝置，還需要對其進行維護，于是就會增加系統(tǒng)的成本。在實際的應用過程中會使用排污或者間歇性加酸降低循環(huán)水pH值，將其值控制在上限范圍之內。

3.2控制電導法

由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中循環(huán)水含有離子狀態(tài)存在的物質，這種物質能夠導電，可以通過電導率來衡量水中的含鹽量。當循環(huán)水處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，其電導率將處于1個范圍內，該范圍作為循環(huán)水運行的參考依據，這種方式會非常簡單、快捷。

水中離子含量、種類和水溫都會影響到電導率的大小，當改變離子含量和種類時，會使得電導率發(fā)生變動。所以，如果只將電導率控制結垢程度，那么就不能得到一個合適的濃縮倍數。應當指出，當濃縮倍數升高時，循環(huán)水的電導率不會發(fā)生等比例增加，所以預計電導率將會比較困難。表1為部分補充水電導率、循環(huán)水電導率和實際濃縮倍數。

3.3差值法

差值法常見的形式可以用△A和△B進行表示，其公式如下所示：

△A=

△B=

其中，c（Cl-，x）和c（Cl-，Bu）分別表示的是循環(huán)水和補充水的氯離子的濃度，c（JD，X）和c（JD，Bu）分別表示的是循環(huán)水和補充水的堿度，c（Ca2+，X）和c（Ca2+Bu）分別表示的是循環(huán)水和補充水鈣離子的濃度。濃度單位和堿度單位統(tǒng)一使用mol/L。

通過計算之后，當△A≤0.2時，可以說明水中碳酸鈣處于未飽和狀態(tài)，有溶解CaCO3固體的傾向，反之當△A>0.2時，可以說明水中碳酸鈣處于過飽和狀態(tài)，有析出CaCO3固體的傾向。當在水中加入酸時，就會發(fā)生某些反應，然后再計算出△B，當時△B>0.2，可以說明水中碳酸鈣處于過飽和狀態(tài)，有析出CaCO3固體的傾向。所以在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用中水作為補充水時，使用加酸的方式控制結垢現(xiàn)象比較好。

在應用差值法判斷結垢傾向時，由于其判斷界限是1個小型試驗值，所以需要注意的是在實際工程中要乘以1個小于1的系數，該系數可以在0.8-0.85之間。然而差值法也存在一定的缺陷，當通過加氯殺菌或者多水源取水時就會影響水中氯根的變化，造成界限值出現(xiàn)誤差，難以判斷出結垢傾向。但是在多水源取水情況下，如果知道比例和水質，那么就能夠使用混合水的動態(tài)模擬實驗，能夠使用差值法進行判斷，讓△B=0.2時的循環(huán)水鈣硬度值和全堿相加當做現(xiàn)場運行的上限，可以間接性的使用差值法。

在使用差值法時需要知道當補充水的堿度和硬度越高時，對結垢的判斷結果其靈敏度將會越低，如表2所示，其中的水量設置為200L。

3.4控制濃縮倍數法

通過使用靜態(tài)阻垢實驗，能夠獲取極限濃縮倍數，對該濃縮倍數進行控制，將其低于極限值，就可以控制結垢量，這是目前1種比較常見的結垢控制方法。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用低硬度、低堿度的補充水時，如果濃縮倍數為3-4之間，即可以判斷出該水屬于腐蝕性水質，在判斷過程中需要使用到Langelier指數和Rvznar指數。對循環(huán)水進行管理時，比較重要的管理內容為對藻類滋生和腐蝕進行控制，將濃縮倍數控制在低于極限值的范圍內，就會降低系統(tǒng)結垢的風險。有學者對阻垢緩蝕劑的性能進行了動態(tài)測試，其中使用的水為河水，實驗試件設置為340h，然后控制濃縮倍數為4，經過實驗研究之后，管中沒有比較明顯的沉積物和腐蝕，即說明能夠降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結垢量[6]。

如果將中水（再生水）作為補充水，該水的硬度和堿度都比較高，濃度倍數雖然比極限濃度倍數低，但是并沒有低多少，于是其結垢風險還是比較大。有學者就對該系統(tǒng)進行過分析，發(fā)現(xiàn)污垢沉積率比較高，管內出現(xiàn)明顯的結垢現(xiàn)象[7-9]。

所以當使用中水作為補充水時，需要對△A和△B進行同時監(jiān)測，當其中一個值增大之后，就需要將濃縮倍數降低，然后將此時的全堿度加上鈣硬度的值當做控制上限。

3.5污垢熱阻法

污垢分析模型在1959年被提出，該模型的構建奠定了污垢熱阻研究的理論基礎。該方式的應用較為簡單，而且能夠直觀的反映出循環(huán)水的穩(wěn)定程度，但是其也存在缺陷，比如具有滯后性。污垢分析模型如下所示：

r污=

其中，L表示的是有效熱換管長度，di表示的是管內直徑，L和di的單位為m;r污表示的是瞬時污垢熱阻，r清清表示的是清潔管熱阻，r污和r清的單位為m2·K/W，G表示的是冷卻水流量，其單位用L/h表示;T表示的是蒸汽溫度，t出和t進分別表示的是冷卻水出口和進口的溫度，T、t出和t進的單位都為℃。

通過相關的規(guī)范設計表示，熱阻值在1.72x10-4～3.44x10-4m2·K/W范圍內時最為適宜，當前其針對的是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。有學者對污垢熱阻進行判斷結垢傾向，其將濃縮倍數設置為4，然后結果表示，管壁上出現(xiàn)的垢量非常少，只存在此部分管壁上。

通過上面的分析可知，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用中水時，只使用1種控制方式很難對結垢進行控制。如果使用復合型的控制方式，即將幾種控制方式進行結合使用，如使用pH值調節(jié)法將循環(huán)水的pH值控制在較為合理的范圍內，然后觀察△B的趨勢，得到控制上限，于是可以更好的控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結垢量。而且還需要注意在投放阻垢劑時要均勻放入到水中。

4結語

對石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的垢能夠降低和控制，主要作用在于帶走系統(tǒng)中的廢熱，達到給系統(tǒng)設備降溫的作用，然而在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中容易出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，于是文章提出了幾種結垢控制方式，這幾種方式具有較好的控制作用，可以提高系統(tǒng)的使用壽命和使用效果，從而在石油煉制過程增強使用加工的質量和效率。如今隨著大數據的不斷應用，對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，將會提高對結垢控制的作用。

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收稿日期：2020-04-13

作者簡介：馬永紅（1984-），女，漢族，青海人，中級經濟師，主要從事人事、薪酬與行政管理工作。