張雅軍

（國能包頭煤化工有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古包頭 014000）

引言

隨著社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，煤化工行業(yè)已經(jīng)成為我國重要的戰(zhàn)略性支柱產(chǎn)業(yè)，也是我國能源供應(yīng)的重要組成部分。高耗能及環(huán)保問題是制約行業(yè)發(fā)展的重要因素。面對產(chǎn)品市場環(huán)境低迷、生產(chǎn)狀態(tài)復(fù)雜等不利因素，探索穩(wěn)定、高效的降本增效措施，對提高企業(yè)的競爭力具有重要意義。水處理系統(tǒng)運行指標的建立與控制及運行管理水平直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益。精心組織細化管理，加強績效考核管理質(zhì)量，降低能源、物料、化學(xué)藥劑消耗，加強裝置運行水平，開源節(jié)流，減少設(shè)備的投入、檢維修費用，提高系統(tǒng)節(jié)能效果，實現(xiàn)效益最大化是企業(yè)長遠發(fā)展的關(guān)鍵。

1 項目概況

內(nèi)蒙古某煤化工企業(yè)以煤為原料生產(chǎn)甲醇，甲醇通過MTO 裝置轉(zhuǎn)化為烯烴，再通過聚合裝置生產(chǎn)出聚乙烯和聚丙烯，同時產(chǎn)出硫磺、丁烯、丙烷和乙烷等副產(chǎn)品。該項目聯(lián)合裝置主要包括煤氣化裝置、180 萬t 甲醇裝置、60 萬t MTO 裝置、30t 噸聚乙烯裝置、30t 噸聚丙烯裝置。

脫鹽水裝置作為輔助生產(chǎn)裝置，以黃河水及全公司的冷凝液為水源，采用兩路制水工藝制備合格的二級除鹽水，供熱電站及化工生產(chǎn)裝置使用。工業(yè)水制水系統(tǒng)采用雙膜法-離子交換樹脂法制水工藝，系統(tǒng)設(shè)計制水量1200m3/h，其工藝流程為黃河水-反應(yīng)沉淀池-V 型濾池-生水換熱器-生水箱-生水泵-自清洗過濾器-超濾-清水箱-清水泵-高壓泵-反滲透-除碳水箱-除碳水泵-陽離子交換器-陰離子交換器-混合離子交換器-除鹽水箱-除鹽水泵-電站及化工生產(chǎn)裝置。冷凝液回收系統(tǒng)采用活性炭吸附-離子交換樹脂法回收工藝，系統(tǒng)設(shè)計制水量800m3/h，其工藝流程為化工冷凝液-冷凝液換熱器-冷凝管回收水箱-冷凝液輸送泵-活性炭過濾器-除鐵過濾器-混合離子交換器-除鹽水箱-除鹽水泵-電站及化工生產(chǎn)裝置。工業(yè)水制水系統(tǒng)及冷凝液回收系統(tǒng)的生產(chǎn)廢水經(jīng)地溝進入2×500m3酸堿中和池，通過酸堿中和、循環(huán)回流后，調(diào)節(jié)廢水的pH 為6～9，經(jīng)廢水中和泵排放至1000m3廢水緩沖池，經(jīng)廢水排放泵連續(xù)排放至全廠污水回收系統(tǒng)。

2 經(jīng)濟運行指標

2.1 運行指標分析

系統(tǒng)的經(jīng)濟穩(wěn)定運行由設(shè)備及工藝操作兩方面決定，因此加強設(shè)備管理、優(yōu)化工藝條件對降本增效具有非常重要的意義?；瘜W(xué)水裝置作為獨立的核算單元，其績效考核指標主要包括噸脫鹽水耗工業(yè)水、噸脫鹽水耗循環(huán)水、噸脫鹽水耗電、噸脫鹽水耗儀表空氣、噸脫鹽水耗工藝空氣、噸脫鹽水綜合能耗，脫鹽水裝置2023 年上半年績效考核指標如表1 所示。

表1 績效考核指標

黃河水經(jīng)反應(yīng)沉淀池、V 型濾池過濾沉淀后，經(jīng)生水換熱器換熱提溫，滿足進水條件，經(jīng)超濾-反滲透-離子交換器制出合格二級脫鹽水。制水過程中工業(yè)水耗率為評價水處理系統(tǒng)中設(shè)備運行狀態(tài)及工藝操作的重要指標，正常運行工況下，工業(yè)水制水系統(tǒng)消耗工業(yè)水約900t/h，采用噸脫鹽水耗工業(yè)水指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗工業(yè)水為1.375t/t。

冷凝液為化工裝置蒸汽做功或換熱后返回的透平冷凝液和工藝冷凝液。冷凝液來水溫度較高，工藝冷凝液來水溫度約96℃，透平冷凝液來水溫度約55℃，需進行換熱后再進入后續(xù)回收工藝系統(tǒng)中，防止溫度太高使離子交換樹脂受熱分解。設(shè)置2 套共4 臺循環(huán)水-工藝冷凝液板式換熱器、1 套共2 臺循環(huán)水-透平冷凝液板式換熱器對回收冷凝液進行換熱，循環(huán)水用量約2470t/h，采用噸脫鹽水耗循環(huán)水指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗循環(huán)水為2.2t/t。

水處理系統(tǒng)中水介質(zhì)主要通過泵來提供驅(qū)動力，以完成除雜、脫鹽、輸送、增壓等過程，常用的水泵包括離心泵、自吸泵、潛水泵、計量泵等。脫鹽水裝置用電主要包括驅(qū)動電機及公用系統(tǒng)用電，正常運行工況下，耗電量約1260kWh，采用噸脫鹽水耗電指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗電為1.12kWh/t。

為滿足脫鹽水裝置工藝及儀表用氣，設(shè)置2臺10m3工藝空氣貯罐、1 臺10m3儀表空氣貯罐，氣源引自全廠壓縮空氣系統(tǒng)。工藝空氣主要用于超濾裝置氣水沖洗、活性炭過濾器反洗、離子交換器反洗分層后混脂、酸堿中和池攪拌等，儀表空氣主要用于氣動閥門及儀表用氣等。正常運行工況下，耗儀表空氣約450m3/h、工藝空氣約350m3/h，采用噸脫鹽水耗工藝空氣、噸脫鹽水耗儀表空氣指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗儀表空氣為0.40m3/t、噸脫鹽水耗工藝空氣為0.31m3/t。

設(shè)置3 臺混合加熱器，熱源采用化工返回0.46Mpa 蒸汽，用于冬季環(huán)境溫度較低時加熱工業(yè)水，以滿足超濾及反滲透裝置的進水要求。脫鹽水裝置運行過程中能耗主要由工業(yè)水、循環(huán)水、電能、儀表空氣、工藝空氣、冷凝液及0.46Mpa蒸汽組成，將各種能耗折算成標煤，采用噸脫鹽水綜合能耗指標評價其在運行過程中的能耗水平，上半年噸脫鹽水綜合能耗為0.00344tce/t。

2.2 運行成本分析

脫鹽水單位成本是每生產(chǎn)1t 脫鹽水所發(fā)生的全部費用，由單位固定成本與單位變動成本組成，單位固定成本占比17%，單位變動成本占比83%。其中，單位固定成本主要包括設(shè)備折舊費、檢維修費、人工成本、檢測檢驗費、環(huán)保支出、勞保支出等項目[1]。單位變動成本由藥劑物料成本、動力成本組成，藥劑物料成本占比15%，動力成本占比85%。

藥劑物料成本由藥劑成本和物料成本構(gòu)成。其中化學(xué)藥劑主要包括鹽酸、堿、磷酸三鈉、乙醛肟、氨水、亞硫酸氫鈉、反滲透阻垢劑、次氯酸鈉、反滲透堿性清洗劑、反滲透酸性清洗劑、片堿、檸檬酸、非氧化殺菌劑、超濾清洗劑等。鹽酸及液堿主要用于離子交換器及精處理系統(tǒng)再生、超濾及反滲透化學(xué)清洗、再生廢水酸堿中和；非氧化性殺菌劑、氨水、亞硫酸氫鈉、阻垢劑主要用于反滲透系統(tǒng)運行添加，同時氨水也用于調(diào)節(jié)外供除鹽水pH，與乙醛肟共同調(diào)節(jié)鍋爐給水pH 在8.8～9.3、溶解氧≤7μg/L，防止鍋爐發(fā)生腐蝕；磷酸三鈉、片堿主要用于調(diào)節(jié)爐水水質(zhì)，使爐水的pH 穩(wěn)定在9～10、PO43-的含量穩(wěn)定在2～10mg/L，防止鍋爐及熱力系統(tǒng)發(fā)生腐蝕、結(jié)垢、積鹽，確保熱力設(shè)備安全穩(wěn)定運行的同時確保蒸汽品質(zhì)；反滲透堿性清洗劑、反滲透酸性洗清洗劑、片堿、檸檬酸、超濾清洗劑主要用于超濾及反滲透化學(xué)清洗，根據(jù)不同的膜污染特征，制定合理的化學(xué)清洗方案，以恢復(fù)其制水能力；殺菌劑主要用于超濾進水，保持超濾進水中余氯在0.05～0.1mg/L,同時也用于超濾反滲透化學(xué)加強洗，降低進水中及膜表面微生物的含量，防止微生物大量繁殖。藥劑成本中阻垢劑因單價較高，成本占比最大，占化學(xué)藥劑總成本的30%，其次是液堿氫氧化鈉，因消耗量較大，成本占比26%，再次是非氧化殺菌劑成本占比24%，乙醛肟成本占比4%，鹽酸成本占比3%，其它成本合計占比13%。物料成本主要包括超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭等。工業(yè)水來水水質(zhì)較為穩(wěn)定，超濾、反滲透膜元件通常每5 年更換1 次，工業(yè)水制水系統(tǒng)中離子交換樹脂通常每3 年更換1 次，根據(jù)樹脂破損程度，可每年補充部分樹脂。由于化工冷凝液時有污染，冷凝液回收系統(tǒng)中離子交換樹脂及活性炭通常每2 年更換1 次。

動力成本包括工業(yè)水、循環(huán)水、電、工藝空氣、儀表空氣等成本。其中，工業(yè)水因單價較高，成本占比最大，占動力總成本的85%，其次是電成本占比8%，循環(huán)水成本占比5%，工藝空氣成本占比1%，儀表空氣成本占比1%。工業(yè)水消耗量主要取決于來水水質(zhì)及設(shè)備的自用水率，循環(huán)水消耗量主要取決于化工冷凝液來水溫度及水量，耗電量主要取決于水泵的運行時間及啟停頻次，工藝空氣消耗量主要取決于設(shè)備的反沖洗及再生頻次，儀表空氣消耗量主要取決于氣動閥的開閉次數(shù)。

根據(jù)以上分析可知，影響脫鹽水制水成本的主要因素是工業(yè)水、循環(huán)水和電的消耗量，次要因素是反滲透阻垢劑、液堿氫氧化鈉消耗量，以及超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭的更換頻次。

3 優(yōu)化措施

3.1 降本增效措施

針對績效考核體系制定有效措施，降低化學(xué)藥劑及物料能源消耗，從而降低生產(chǎn)運行成本。通過定期檢測及加裝在線儀表，密切關(guān)注工業(yè)水的來水水質(zhì)，特別是當(dāng)上游裝置出現(xiàn)生產(chǎn)波動及季節(jié)變化時，應(yīng)合理優(yōu)化超濾、反滲透的運行條件及輔助藥劑的投加，減少來水水質(zhì)波動對制水設(shè)備的影響，減輕膜污染，降低超濾、反滲透化學(xué)清洗的頻次，從而減少清洗藥劑的消耗、降低清洗水泵的啟動頻次，同時延長超濾、反滲透的使用壽命，降低設(shè)備更換、維護費用。采用氧化性殺菌劑連續(xù)投加及非氧化性殺菌劑沖擊式投加相結(jié)合的方式，在抑制微生物繁殖的同時，將已產(chǎn)生抗藥性的微生物殺除，有效遏制微生物對膜元件的侵蝕和污染[2]。針對超濾、反滲透裝置膜污染，根據(jù)污染特征，制定高效、經(jīng)濟的化學(xué)清洗方案，采用分段、整體、離線、在線相結(jié)合的方式，對可逆污染進行深度處理，最大程度恢復(fù)膜元件的制水能力。密切關(guān)注機爐汽水系統(tǒng)中汽水品質(zhì)，合理調(diào)整磷酸三鈉、乙醛肟、氨水的加藥量，在保證汽水品質(zhì)的同時降低藥劑的投加量。

反滲透運行工況對進水溫度較為敏感，水溫每降低1℃，反滲透產(chǎn)水電導(dǎo)會升高1～2μs/cm，同時產(chǎn)水量會降低2%～3%[3]。受季節(jié)性影響，工業(yè)水來水溫度變化較大，應(yīng)及時調(diào)整反滲透裝置的進水溫度，保持合適的產(chǎn)水量及脫鹽率，在提高回收率的同時，降低出水水質(zhì)對后續(xù)工藝離子交換床制水周期的影響，以收到更好的經(jīng)濟效益。根據(jù)化工凝液來水溫度，及時調(diào)整循環(huán)水流量，防止溫度太高對離子交換樹脂造成的不可逆損傷。

加強透平冷凝液、工藝冷凝液來水水質(zhì)監(jiān)督，如來水電導(dǎo)、TOC、Fe2+、Fe3+、Cl-、油等指標超標，應(yīng)及時將污染凝液排入地溝，及時聯(lián)系化工裝置將污染源切除，防止污染凝液對活性炭、離子交換樹脂造成污染，延長活性炭過濾器及離子交換器的制水周期，減少再生頻次，降低鹽酸及氫氧化鈉的消耗量，減少再生泵的啟停次數(shù)，從而降低噸脫鹽水電耗、藥耗成本。同時，減少污染，延長濾料活性炭、離子交換樹脂的使用壽命，減少濾料更換頻次，降低冷凝液的回收成本。

合理優(yōu)化運行操作，保持超濾、反滲透、離子交換、冷凝液回收各系統(tǒng)制水平衡，減少生水泵、清水泵、高壓泵、除碳水泵、冷凝液回收水泵的啟停頻次。優(yōu)化廢水處理單元中廢水中和池及廢水緩沖池的液位控制，減少廢水中和泵及廢水排放泵的啟停頻次。同時，根據(jù)泵的額定出力，及時調(diào)整泵的出口閥，使其高效運行，從而降低噸脫鹽水電耗成本。

合理優(yōu)化再生時間，盡量選擇陽離子交換器及陰離子交換器同步再生，減少再生廢液酸堿中和時酸堿的耗量。離子交換器再生時，現(xiàn)場檢查再生流量、濃度、溫度、反洗分層及混脂效果，確保再生質(zhì)量，延長離子交換器的制水周期。特別是要控制好堿再生液溫度，在有效去除失效樹脂中附著硅的同時，防止因溫度太高而降低樹脂的使用壽命。合理優(yōu)化離子交換器再生步序，縮短離子交換器反洗分層、進再生液、置換、沖水正洗的時間，減少再生泵的運行時間，降低再生時自用水的消耗量。

中水回用，回收污水回用產(chǎn)水及高分鹽產(chǎn)水替代部分工業(yè)水，減少新鮮水的耗量，降低噸脫鹽水耗工業(yè)水量，從而降低制水成本?；厥粘瑸V裝置反洗排水、反滲透裝置沖洗排水、離子交換器反洗分層與正反洗排水，用于循環(huán)水補水、脫硫工藝用水、卸儲煤裝置用水，在節(jié)約用水的同時，還可減少裝置廢水外排量，降低污水處理負擔(dān)，減少廢水處理設(shè)備的投入、運行和維護費用。

全面發(fā)揮各單元成本費用管控工作的主觀能動性，從能源、物料和化學(xué)藥劑單耗出發(fā)，對標生產(chǎn)運行指標，優(yōu)化工藝運行條件，做好成本費用預(yù)算管控規(guī)劃，最大程度降低制水成本，實現(xiàn)利益的最大化。

3.2 經(jīng)濟性分析

脫鹽水裝置脫鹽水單位成本為9.6 元/t 左右，其中單位固定成本為1.8 元/t 左右，單位變動成本為7.8 元/t 左右。回收污水回用產(chǎn)水及高分鹽產(chǎn)水代替部分工業(yè)水，噸脫鹽水耗工業(yè)水可由最初的1.41t/t 下降為1.35t/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.5 元/t。合理調(diào)整運行操作，減少離子交換器的再生頻次及酸堿中和用量，噸脫鹽水耗酸可由原來的0.15kg/t 下降為0.086kg/t，噸脫鹽水耗堿可由原來的0.18kg/t 下降為0.1kg/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.15 元/t。合理優(yōu)化運行操作，降低泵的啟停頻次，噸脫鹽水耗電可由原來的1.2kWh/t 降低為1.06kWh/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.1 元/t。根據(jù)水質(zhì)及時調(diào)整阻垢劑及非氧化殺菌劑用量，脫鹽水單位變動成本可降低0.05元/t，其它化學(xué)藥劑合計脫鹽水單位變動成本可降低0.05 元/t。初步估計脫鹽水單邊變動成本可降低0.85 元/t，每天生產(chǎn)脫鹽水約27000t，每天可節(jié)約成本2.3 萬元左右，每月可節(jié)約成本69 萬元左右，年節(jié)約成本828 萬元左右。

結(jié)論

影響脫鹽水制水成本的主要因素是工業(yè)水、循環(huán)水、電量消耗量，次要因素是反滲透阻垢劑、液堿氫氧化鈉消耗量及超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭的更換頻次。

密切監(jiān)測來水水質(zhì)，合理優(yōu)化運行條件，降低能源、物料及化學(xué)藥劑消耗量，回收污水回用產(chǎn)水及高分鹽產(chǎn)水代替部分工業(yè)水，脫鹽水單位變動成本可降低0.85 元/t，年節(jié)約成本828 萬元，具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，為企業(yè)提高市場競爭力提供了有效措施。