文/許金寶

國內(nèi)中小化工企業(yè)循環(huán)冷卻水運行管理現(xiàn)狀及對策——國內(nèi)中小化工企業(yè)由于工藝特點的不同、循環(huán)水場保有水量較小、企業(yè)缺乏有效的管理手段以及技術(shù)人員專業(yè)性不強，企業(yè)的循環(huán)水運行管理往往得不到重視。本文將結(jié)合現(xiàn)狀重點對化工企業(yè)間冷開式循環(huán)冷卻水運行管理現(xiàn)狀進行剖析以及對其產(chǎn)生的后果進行分析和預(yù)測，同時結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)的進步，提出解決現(xiàn)狀的可行方法，確保生產(chǎn)過程本質(zhì)安全以及節(jié)水效果明顯。

如果循環(huán)冷卻水在運行過程中不進行指標監(jiān)控分析加藥（其他靜電水處理等技術(shù)不包含），長時間就會對換熱設(shè)備產(chǎn)生水垢、污垢及生物淤泥的沉積、腐蝕的加劇以及菌藻的滋生等問題，直接影響設(shè)備長周期運行，節(jié)水減排也就流于形式，造成生產(chǎn)過程成本增加。循環(huán)冷卻水處理是一門實驗性科學(xué)，但由于企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員不滿足實際需要，管理上不重視，很難提高工業(yè)循環(huán)水運行管理標準和水平。

按照國家節(jié)水相應(yīng)環(huán)保政策，如何優(yōu)化運行循環(huán)水場、減少排污以及綠色生產(chǎn)將是今后中小化工企業(yè)面臨的實際問題。

國內(nèi)中小化工企業(yè)循環(huán)水運行現(xiàn)狀

加藥系統(tǒng)與主體設(shè)計不同步

相當一部分企業(yè)水場現(xiàn)場加藥設(shè)施、藥劑儲存都是臨時的，擺放隨意，相當?shù)牟灰?guī)范。產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象主要的原因就是在設(shè)計循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時沒有提前或同步考慮到實際水質(zhì)處理方案以及選定的第三方水處理系統(tǒng)未融入整體循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計當中，往往也沒有預(yù)留加藥孔、采樣孔及檢測孔等，造成后期在設(shè)備和管道上開孔或焊接安裝取源部件，違反了《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》GB 50093-2013規(guī)定。

開工前不進行清洗或預(yù)膜

有些企業(yè)新建項目在投產(chǎn)前，作為公用工程的循環(huán)水系統(tǒng)卻沒有嚴格按照吹掃、水洗（化學(xué)清洗）以及冷態(tài)預(yù)膜進行，那么系統(tǒng)管壁就形成不了一層致密的緩蝕保護膜，導(dǎo)致不利于設(shè)備防腐，影響冷換設(shè)備使用周期。預(yù)膜的藥劑盡量選取低磷或無磷，減少對環(huán)境的影響。“提高濃度的預(yù)膜方案”由于操作和管理比較簡單，適用范圍比較廣。

旁流過濾器不投用

旁濾水量一般經(jīng)驗是占循環(huán)水量的1%～5%，通常情況下化工企業(yè)要求濁度控制小于2 mg/L，其中一個原因是濁度過高會加速金屬設(shè)備腐蝕。從GB50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》（簡稱“設(shè)計規(guī)范”）來看，旁流過濾器（簡稱“旁濾”）出水濁度應(yīng)小于3.0 NTU要求。如果當初設(shè)計時考慮不充分就會導(dǎo)致使用效果差，久之就會被棄之不用。建議定期對旁濾效果進行監(jiān)測、清理以及更換濾料。

換熱器管理松散

（1） 水側(cè)流速不監(jiān)測。

大部分中小型化工企業(yè)沒有意識到流速如果低于規(guī)定值的后果，也沒有考慮到其與腐蝕的強相關(guān)性。日常多數(shù)企業(yè)沒有制度規(guī)定對換熱器進行便攜式超聲波流量儀進行測量。規(guī)范要求流速見表1。（2） 換熱器基礎(chǔ)臺賬不健全。如《工業(yè)水系統(tǒng)的冷換設(shè)備臺帳》沒建立或不健全；目前很多企業(yè)各工藝單元之間和生產(chǎn)過程的不同環(huán)節(jié)熱聯(lián)合程度不夠, 對全廠的能源整體利用仍有不足以及生產(chǎn)裝置熱量未充分回收利用, 造成了大量低溫位熱量被循環(huán)水冷卻器或空氣冷卻器取出。調(diào)節(jié)循環(huán)水給水有的是關(guān)小入口閥，反而增加了結(jié)垢和腐蝕趨勢。建議使用循環(huán)水冷卻器的循環(huán)水出口流量控制，會比循環(huán)水入口流量控制對熱流冷卻效果更加穩(wěn)定；運用系統(tǒng)節(jié)能思維改變循環(huán)水工藝流程, 深化循環(huán)水串聯(lián)的應(yīng)用, 可大幅降低循環(huán)水使用量。

表1 換熱器管程/殼程水流速限定

冷卻塔內(nèi)構(gòu)件維護保養(yǎng)不夠

淋水填料選型及破損，收水、布水設(shè)計選型及破損，風機葉片損壞等未及時發(fā)現(xiàn)，甚至有的企業(yè)檢修期間也沒有對其進行有針對性的檢修造成了影響熱量的傳遞和揮發(fā)的后果。對塔池出口濾網(wǎng)定期清理也是判斷冷卻塔內(nèi)構(gòu)件有無破損一個手段。

回水與給水溫差小

有些企業(yè)實際溫差小于設(shè)計指標；沒有按照設(shè)計規(guī)范要求對換熱器進出口安裝熱偶溫度計、壓力表；關(guān)鍵換熱器沒有流量計；缺乏監(jiān)測手段和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集；沒有認真計算校對當工況變化時，換熱面積是否夠用；也沒有在保證流速情況下進行換熱器水側(cè)出口閥門調(diào)整，造成極大的能源浪費。

藥劑加入量計算不準確

有些企業(yè)日常對循環(huán)水運行管理缺失，補水和排污沒有計量表，甚至有的也不進行補水、也不加藥；存在濃縮倍數(shù)通過估算而不是計算公式?？梢钥闯銎髽I(yè)的專業(yè)技術(shù)人員能力不足，可想而知循環(huán)水場運行的效果了。一般情況下水質(zhì)穩(wěn)定劑的加藥量可以根據(jù)水質(zhì)穩(wěn)定劑配方的要求、補充水水量和循環(huán)水的濃縮倍數(shù)來估算。

設(shè)配方中要求向循環(huán)冷卻水中添加某一組分(例如聚磷酸鈉)的濃度為C mg/L(有效成分計)，補充水水量為M m3/h，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)為K，則每小時M m3補充水經(jīng)濃縮后變?yōu)镸/k m3循環(huán)水，故每小時加藥量(kg)=C×10-3×M/K (有效成分計),通過有計量的加藥裝置，按補充水所需的量，直接加入或與補充水混合后再入循環(huán)水系統(tǒng)，但要注意加藥點不應(yīng)在取樣點上游。

計量儀表不健全

有些企業(yè)計量儀表選型、安裝位置不對，配置不全甚至長時間沒有進行校準。建議應(yīng)按照《化工企業(yè)能源計量器具配備和管理要求》GBT21367-2008配置，須注意被測的流量范圍應(yīng)不小于最小流量和不大于額定流量，額定流量至最大流量計量區(qū)間只可供短時間計量流量值用(每日應(yīng)不超過1h)。水表需水平安裝，水表前后管路可分別保持管徑的6～8倍和3～5倍的直管段，建議“前6后3”即可，使水流穩(wěn)定測量準確。其他類型流量計量儀表按照《自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范》GB 50093-2013及設(shè)計文件規(guī)定安裝。由于目前中小型化工企業(yè)循環(huán)水計量三級表普遍沒有，對于噸產(chǎn)品循環(huán)水消耗沒有概念，導(dǎo)致許多企業(yè)開工運行多年未進行過水（含循環(huán)水）平衡測試，對用水情況也沒有做過系統(tǒng)的分析，生產(chǎn)裝置用水沒有具體的考核指標和節(jié)水獎勵，節(jié)水工作整體滯后。

專業(yè)性缺失造成能源損失

有的企業(yè)對于循環(huán)水系統(tǒng)運行管理不重視，甚至直接進行了外包，所以企業(yè)的化驗室對水質(zhì)相關(guān)分析項目缺失，沒有相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對掛片管理、腐蝕速率以及濃縮倍數(shù)計算等流程無法開展。很多中小化工企業(yè)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)不達標（不宜小于3，GB/T50050規(guī)定），直接加大了循環(huán)水補充水的用量和水處理劑用量，造成循環(huán)水冷卻效率不高，增加了動力消耗、藥劑消耗和水資源的消耗。

建全循環(huán)冷卻水運行管理系統(tǒng)

健全基礎(chǔ)工作

企業(yè)公用工程車間首先完善當?shù)氐乃|(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備材質(zhì)、工藝狀況，進、出口水溫、流速、循環(huán)量、保有水量和有關(guān)圖紙資料等；完善現(xiàn)場水處理設(shè)備，檢查集水池、冷卻塔、加藥裝置以及檢測裝置等，并規(guī)范實施要求，提出整改建議。如小型循環(huán)水系統(tǒng)如無條件，也可采用間斷加藥即每班或每日加1～2次，可采取定時定量的加藥方式。采用間斷排污時，應(yīng)在排污之后加藥。加藥點位置以保證混合均勻為原則，建議直接加入補水系統(tǒng)或循環(huán)水系統(tǒng)，若加入循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)保證藥劑在池中有充分混合的時間，不能在取樣點上游，也要避免靠近某一臺泵，以防止藥劑分布不均。

掌握藥劑量估算

加藥量是根據(jù)藥劑配方的要求、補水量和濃縮倍數(shù)進行的估算。工業(yè)循環(huán)水的補水量計算公式：

表2 蒸發(fā)校正系數(shù)a值表

蒸發(fā)損失量：

排污量:

補水量：

當系統(tǒng)中管道連接緊密，無泄漏，則滲漏損失F=0；當冷卻塔收水器效果好時，風吹損失D很小，可以略去不計。

式中：

a---系統(tǒng)蒸發(fā)校正系數(shù)（見表2）

M---補水數(shù)量 m3/h

E---蒸發(fā)損失 m3/h

R---系統(tǒng)循環(huán)水量 m3/h

△t=(t1-t2)----循環(huán)冷卻水進出冷卻塔的溫度差℃

T1----給水溫度℃

T2----回水溫度℃

BT---系統(tǒng)排污水量 m3/h

BT---系統(tǒng)排污水量 m3/h

N---濃縮倍數(shù)

e---損失系數(shù)，與季節(jié)有關(guān)，夏季（25～30℃）時為0.15～0.16；冬季（-15～10℃）時為0.06～0.08；春秋季（0～10℃）時為0.10～0.12。

具備條件企業(yè)可以自行編寫小軟件、小程序；也可購買成熟的計算循環(huán)水系統(tǒng)軟件，方便企業(yè)快速測算和評判；當然還可以采用第三方技術(shù)服務(wù)公司租賃或購買的在線自動加藥系統(tǒng)，見表2。

化工企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)補水量估算是否合適，也可通過補水率經(jīng)驗計算公式（Q/SH0104—2007規(guī)定）驗證。

循環(huán)水補水率計算公式[2]：

△T= 10℃時的補水率Rbs（補水量/循環(huán)水量，單位：t / h）為：

化工、化纖、發(fā)電廠≤2.30%

化肥 ≤2.22%

如果△T≠10℃時，換算公式為：

R= Rbs×A×(△T÷10)

式中：

A為季節(jié)系數(shù)：春秋A=0.75冬季A=0.55 夏季A=0.95

化工企業(yè)也可以通過水平衡查漏。如對循環(huán)水場補水量、循環(huán)水場排污、裝置主動排水量以及蒸發(fā)飛濺損失等計算出泄漏量，從而測算出泄漏率，可通過水平衡表來確定循環(huán)水場地下管網(wǎng)泄漏情況。

加強換熱器管理

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管理是系統(tǒng)工程，它關(guān)聯(lián)到設(shè)計、工藝、設(shè)備、環(huán)保、質(zhì)檢、檢修以及計量等部門，企業(yè)應(yīng)制定相應(yīng)管理制度或細則，對需經(jīng)常調(diào)節(jié)循環(huán)水使用量的循環(huán)水冷卻器建議增加調(diào)節(jié)閥, 根據(jù)工藝需要調(diào)整閥位;對循環(huán)水冷卻器運行工況動態(tài)管理, 建立冷卻器循環(huán)水進出口水溫測記錄臺帳, 定期定時測量所有冷卻器循環(huán)水進出口水溫。建議對循環(huán)水系統(tǒng)進出口溫差 (8～10℃, 不得低于6℃)，換熱器出口水溫不宜高于50℃的要求進行管理, 及時調(diào)整冷卻器循環(huán)水水量, 達到合理使用； 建立循環(huán)水冷卻設(shè)備臺賬并對其進水閥開度動態(tài)實時跟蹤, 以作為對比參照, 得出經(jīng)驗閥位開度；定期檢測換熱器水側(cè)流速。從系統(tǒng)角度看目前很多企業(yè)各工藝單元之間和生產(chǎn)過程的不同環(huán)節(jié)熱聯(lián)合程度不夠, 對全廠的能源整體利用仍有不足以及生產(chǎn)裝置熱量未充分回收利用, 造成了大量低溫位熱量被循環(huán)水冷卻器或空氣冷卻器取出。

回用水要有指標控制

回用水來源于“中水”或“再生水”。中水是指污水經(jīng)過處理后的出水，水質(zhì)介于上水（給水）和下水（污水）之間，故稱為中水，中水用于回用，故稱為再生水。再生水可以是中水，如果處理的好也可以成為生活用水甚至直飲水。為了確保循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定，參考指標見表3，企業(yè)也可根據(jù)化驗室條件選擇一些項目進行分析監(jiān)控。

含鹽量的控制

表3 回用水用于循環(huán)冷卻水補充水水質(zhì)指標

含鹽量又稱礦化度，是水中各種陽離子的量和陰離子的數(shù)量總和。含鹽量可用電導(dǎo)率表示，因水中溶解鹽絕大部分都是強電解質(zhì)，它們在淡水中全部電離成離子，所以可以用離子的導(dǎo)電能力（電導(dǎo)率）的大小來判斷水中含鹽量的多少，電導(dǎo)率同含鹽量的關(guān)系是（25℃），LgIDS=1.006 Lgk-0.125 (適用于IDS=500～5 000 mg/L)

式中：IDS為含鹽量 （mg/L）K為電導(dǎo)率（μ s/cm）

含鹽量高的 水中，Cl-和SO42-的含量往往較高，因而水的腐蝕性較高。含鹽量高的水 中，如Ca2+、Mg2+和HCO3-含量較高，則水的結(jié)垢傾向增大，因此應(yīng)控制冷卻水中的含鹽量在2 500 mg/L以下，但也要根據(jù)投加水處理劑的性能效果而定。

結(jié)論

循環(huán)水的成本在企業(yè)水系統(tǒng)中占比重很高，約達30%，往往是新鮮水的三倍以上。未來中小型化工企業(yè)發(fā)展要沿著綠色生產(chǎn)方向，構(gòu)建綠色循環(huán)低碳發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。從技術(shù)和管理兩個維度上改善循環(huán)水的運維, 通過循環(huán)水場的濃縮倍數(shù)的高低、補水率的大小、進出口溫差大小以及產(chǎn)品平均循環(huán)水用量等指標來最終判定運行好壞。建立循環(huán)水的運行管理系統(tǒng),把發(fā)展的基點放到節(jié)約能源、循環(huán)利用的綠色創(chuàng)新上來，利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，開發(fā)專家咨詢系統(tǒng)，大膽應(yīng)用成熟新技術(shù)、新手段，不斷提高專業(yè)人員素養(yǎng)，改變管理思路，使節(jié)能減排的理念和要求貫穿至生產(chǎn)的全過程當中，切實精細化運行循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，為企業(yè)節(jié)能高效長周期運行打下基礎(chǔ)。 ●