宋偉剛

（大慶油田化工有限公司，黑龍江大慶 163000）

隨著中央提出了“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，各地加大了對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視程度，居民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)水資源的保護(hù)也愈加重視?；て髽I(yè)屬于環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高。在化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)水資源的需求量較大，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)屬于化工企業(yè)重要的用水工程，其消耗的水資源量占企業(yè)工業(yè)用水的2/3以上[1]，循環(huán)水系統(tǒng)的能耗及水資源利用效率，不僅影響企業(yè)用水用電成本，還增加了企業(yè)環(huán)境保護(hù)壓力，特別是在一些水資源稀缺的地區(qū)，這種問(wèn)題更加突出。因此，化工企業(yè)節(jié)約用水、降低循環(huán)水系統(tǒng)能耗、減排增效是一項(xiàng)重要的工作，做好企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行及管理，對(duì)于企業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 石化企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

石化企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為敞開式和封閉式兩種，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍。

1.1 敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)

敞開式循環(huán)冷卻系統(tǒng)使用冷卻塔來(lái)進(jìn)行冷卻，能夠?qū)鋮s水進(jìn)行循環(huán)利用。冷卻塔組成部分主要有通風(fēng)塔、淋水系統(tǒng)、配水系統(tǒng)、收水器、通風(fēng)設(shè)備等，淋水塔是重要的組成部分，能夠?qū)崴疄R散呈細(xì)小的水滴或薄水膜，以提高散熱效果。敞開式循環(huán)系統(tǒng)在冷卻過(guò)程中與空氣接觸，水分會(huì)被蒸發(fā)，導(dǎo)致?lián)p失一部分循環(huán)水，使得循環(huán)水濃度增加，為了保持循環(huán)水平衡，需要補(bǔ)充一定的循環(huán)水，并排出部分污水。敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻過(guò)程分為蒸發(fā)冷卻、接觸冷卻和輻射冷卻三個(gè)過(guò)程。其中夏季室外溫度高，蒸發(fā)散熱效果最好，冬季室外溫度低，接觸散熱效果好。

1.2 封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

封閉式冷卻水循環(huán)系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，冷卻水使用后進(jìn)行循環(huán)再利用，而不是立即排放出去。對(duì)循環(huán)水的冷卻需要借助其他換熱設(shè)備進(jìn)行，由于采用全封閉模式，冷卻水在循環(huán)過(guò)程中消耗較少。封閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備冷卻中應(yīng)用較多。

2 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水技術(shù)分析

2.1 提高濃縮倍數(shù)

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)水量消耗特點(diǎn)，循環(huán)水濃縮倍數(shù)直接影響水量的消耗及排污量大小。由圖1循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)與補(bǔ)充水量/蒸發(fā)水量關(guān)系可知，當(dāng)濃縮倍數(shù)較低時(shí)（小于4），隨著濃縮倍數(shù)變大，補(bǔ)充水量大幅度減少，隨之排污量也減少。當(dāng)濃縮倍數(shù)變大時(shí)（大于4），二者關(guān)系曲線較為平直，隨著濃縮倍數(shù)變大，補(bǔ)充水量下降較慢，隨之排污水量也降低較慢。伴隨著濃縮倍數(shù)增大，循環(huán)水系統(tǒng)中含鹽量增加，循環(huán)水中鹽濃度增加，導(dǎo)致容易產(chǎn)生垢質(zhì)，同時(shí)對(duì)管道腐蝕加劇。

圖1 循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)與補(bǔ)充水量/蒸發(fā)水量關(guān)系

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)與補(bǔ)充水量/蒸發(fā)水量關(guān)系，為提高循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水效果，應(yīng)精細(xì)管理，提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)水目的。在具體操作過(guò)程中，可以通過(guò)兩種方式來(lái)提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)：①使用高效水處理藥劑，通過(guò)合理控制處理劑用量，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水濃縮倍數(shù)的精準(zhǔn)控制，達(dá)到節(jié)水效果，這種方式不需要對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)處理；②對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)處理，以提高循環(huán)水濃縮系數(shù)。這種方式在北方使用較多，北方水質(zhì)較差，多屬于高硬度、高含堿水，這種水質(zhì)很難通過(guò)處理藥劑來(lái)調(diào)節(jié)濃縮系數(shù)，處理劑的效果優(yōu)選，對(duì)補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)處理效果更好，為最佳選擇。

2.2 污水回收利用

通過(guò)提高濃縮倍數(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)水及減少排污量的措施效果有限，主要是受到生產(chǎn)規(guī)模的影響，因此，需要考慮其他節(jié)水措施。通?；て髽I(yè)具有較為完備的工業(yè)用水生產(chǎn)系統(tǒng)及供排水系統(tǒng)，利用這些系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)廢水的回收利用，可作為循環(huán)水使用。目前，較多的化工企業(yè)開展污水回收利用技術(shù)研究，企業(yè)排放污水達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行深度處理，可作為循環(huán)水來(lái)源。

目前對(duì)生產(chǎn)用水回收利用有兩種方式，一種是對(duì)回收污水只進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，而對(duì)于循環(huán)水階段則加強(qiáng)控制，提高循環(huán)水水質(zhì)，這種回收方式對(duì)回用水的處理成本相對(duì)較低，回收速度快、投資小，但這種污水回收處理方式也存在弊端，即對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)控制技術(shù)要求較高，也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水控制成本上升，這種方式在南方使用較多，因?yàn)槟戏剿|(zhì)相對(duì)較好，且水資源充足、水價(jià)相對(duì)較低。另一種方式加強(qiáng)對(duì)達(dá)標(biāo)污水的處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)達(dá)標(biāo)污水的深度處理，將重點(diǎn)放在污水深處理階段。這種污水處理方式能夠提高循環(huán)水水質(zhì)，降低循環(huán)水控制難度，有效保護(hù)循環(huán)水系統(tǒng)，降低循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。這種處理方式的弊端是回用水成本較高，適用于北方水資源緊缺、水質(zhì)較差、水價(jià)較高的地區(qū)。對(duì)于回用污水處理，化工企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，綜合考慮操作成本、技術(shù)難度等因素，選擇適合本企業(yè)的回用水標(biāo)準(zhǔn)及深度處理技術(shù)。

除了上述利用達(dá)標(biāo)排放的污水外，一些化工企業(yè)建有采用混凝沉降工藝的凈水廠，能夠?qū)σ恍U水水源進(jìn)行凈化使用，這部分水源含有大量泥沙和懸浮物，將懸浮物凈化后，可以回用至循環(huán)水系統(tǒng)中?；て髽I(yè)水處理過(guò)程中，化學(xué)處理大多采用離子交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中鹽類除去，在離子交換樹脂再生后期需要使用脫鹽水進(jìn)行沖洗，沖洗過(guò)程中消耗大量脫鹽水，而這些脫鹽水含鹽量低于新鮮水含鹽量，水質(zhì)接近新鮮水，可以將這部分水回用于循環(huán)水系統(tǒng)，這種污水補(bǔ)充方式適用于北方水質(zhì)較硬的地區(qū)，回收利用這部分水能夠提高循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)，達(dá)到節(jié)水目的。此外，循環(huán)水系統(tǒng)排出的污水也可以進(jìn)行再利用，這部分污水可以進(jìn)行脫鹽處理，處理后能夠再回用到循環(huán)水系統(tǒng)，也可以將這部分污水用于綠化用水或沖廁用水，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用需要注意兩個(gè)方面，一是要考慮污水回用的成本是否合理，二是要考慮這部分用水量不能過(guò)高，否則高于循環(huán)水系統(tǒng)排出的污水量，會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)濃縮倍數(shù)降低，不利循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水運(yùn)行。

2.3 提高循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)水效果

除了上述提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)、加強(qiáng)污水處理及回收利用外，還可以結(jié)合循環(huán)水系統(tǒng)特點(diǎn)，提升節(jié)水效果。首先，在循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，需要減少防滲漏及密封效果，特別是運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的循環(huán)水系統(tǒng)，由于系統(tǒng)老化腐蝕等，容易出現(xiàn)滲漏，需要做好防滲漏工作，定期檢修與維護(hù)，將滲漏降至最低，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。還需要做好循環(huán)水系統(tǒng)防風(fēng)吹工作。風(fēng)吹會(huì)加速水分揮發(fā)，導(dǎo)致循環(huán)水損失，因此，需要做好防風(fēng)吹工作，可以使用收水器或收水擋板，或者加裝填料，減少風(fēng)吹造成的損失。此外，溫度差異也是造成循環(huán)水系統(tǒng)中水分蒸發(fā)的重要因素之一，因此，需要降低供回水溫度差異，以提高能源利用效率。例如，當(dāng)介質(zhì)溫度大于150℃時(shí)，需要先對(duì)熱量進(jìn)行回收利用，然后進(jìn)行循環(huán)冷卻，不僅提高了能量利用率，也降低了循環(huán)水的消耗量。

3 循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)電技術(shù)分析

化工企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的水泵是循環(huán)水流動(dòng)的重要驅(qū)動(dòng)裝置，以往對(duì)于水泵流量控制多使用鼠籠式異步電機(jī)，電機(jī)恒速轉(zhuǎn)動(dòng)拖動(dòng)水泵，在進(jìn)行流量控制時(shí)，通過(guò)節(jié)流閥或者擋板來(lái)實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式簡(jiǎn)單直接，但節(jié)能效果差。目前變頻節(jié)能技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，其調(diào)節(jié)效果好，智能化程度高，易于自動(dòng)化控制，節(jié)能效果好，避免因設(shè)計(jì)庸余或流量變化控制效果差造成的電能損失。

3.1 循環(huán)水系統(tǒng)變頻節(jié)能技術(shù)原理

變頻控制技術(shù)能夠?qū)λ秒姍C(jī)、風(fēng)機(jī)的智能化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)循環(huán)水的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能效果。其原理是實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵的智能化調(diào)節(jié)，取代傳統(tǒng)的節(jié)流閥或擋板的調(diào)節(jié)方式，達(dá)到節(jié)能效果。為了解變頻控制優(yōu)勢(shì)，分析了水泵的工作特性，如圖2所示。當(dāng)水泵流量從QA降低到QB時(shí)，如果使用關(guān)小閥門的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，那么管阻曲線如③所示，此時(shí)揚(yáng)程特性曲線如①所示，由于工作點(diǎn)從A點(diǎn)變到B點(diǎn)，水泵流量降低，揚(yáng)程增加（由HTA增加到HTB），水泵軸功率與面積S0（FBEO）呈正比。如果閥門的開度保持不變，此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速來(lái)控制流量，水泵轉(zhuǎn)速的變化會(huì)導(dǎo)致?lián)P程發(fā)生變化，但管阻特征無(wú)明顯變化。此時(shí)，如果轉(zhuǎn)速降低，揚(yáng)程特性曲線也會(huì)隨之下移，如曲線④所示，但管阻特性曲線不變，如曲線②所示，此時(shí)工作點(diǎn)變?yōu)镃，水泵軸功率與面積S1（OECH）成正比，減少的能量消耗與面積S2（FBCH）成正比。綜合分析，水泵流量與轉(zhuǎn)速成正比，而水泵軸功率與轉(zhuǎn)速的立方成正比，調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速比調(diào)節(jié)流量的方式節(jié)能效果更好。

圖2 水泵工作特性曲線

3.2 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)措施

通過(guò)變頻技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速比傳統(tǒng)通過(guò)閥門或擋板來(lái)調(diào)節(jié)流量的方法具有明顯優(yōu)勢(shì)。在采用變頻控制技術(shù)時(shí)，具體控制方案可以在循環(huán)水出口處設(shè)置一個(gè)壓力傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測(cè)循環(huán)水的溫度與壓力變化情況。當(dāng)循環(huán)水溫度升高，高于設(shè)定的溫度上限時(shí)，通過(guò)變頻控制技術(shù)，調(diào)節(jié)電機(jī)功率至上限，提高循環(huán)水流量。當(dāng)檢查到循環(huán)水溫度低于溫度下限時(shí)，通過(guò)變頻控制技術(shù)，調(diào)節(jié)電機(jī)功率至下限。當(dāng)監(jiān)測(cè)到循環(huán)水溫度處于最高溫度與最低溫度之間時(shí)，變頻控制技術(shù)通過(guò)智能化控制實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，使水泵達(dá)到最近工作狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

變頻控制技術(shù)自動(dòng)化程度高、控制效果好、安全平穩(wěn)、噪音小，能夠有效較低水泵和風(fēng)機(jī)的無(wú)效功率，提升節(jié)能效果，同時(shí)由于控制更加平穩(wěn)，水泵、風(fēng)機(jī)及管道設(shè)備的損耗低，維修費(fèi)用低、使用壽命得到延長(zhǎng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

為了踐行中央“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，各地加大了環(huán)境保護(hù)力度，化工企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中用水量大、能耗高且易產(chǎn)生環(huán)境污染，屬于環(huán)境保護(hù)部門重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。為了貫徹中央環(huán)境保護(hù)政策，化工企業(yè)要不斷改進(jìn)及創(chuàng)新生產(chǎn)工藝，優(yōu)化循環(huán)水系統(tǒng)流程，持續(xù)提升節(jié)水節(jié)電效果，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，突出環(huán)境保護(hù)成效，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。