氯堿生產(chǎn)裝置中循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行與節(jié)能改造

劉影，張二軍

（昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作454000）

氯堿生產(chǎn)裝置中循環(huán)水系統(tǒng)的優(yōu)化運行與節(jié)能改造

劉影，張二軍

（昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作454000）

介紹了氯堿生產(chǎn)裝置中循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化及節(jié)能改造措施。

氯堿生產(chǎn)；循環(huán)水；優(yōu)化；節(jié)能

1 概述

昊華宇航化工有限責任公司于2005年8月投產(chǎn)了10萬t/a PVC、10萬t/a離子膜燒堿項目。該項目循環(huán)水系統(tǒng)配套設計了6臺1 000m3/h的無填料噴霧冷卻塔，4臺2 200m3/h的循環(huán)水泵（開3備1）、2套加藥裝置及相應的旁濾和加氯裝置。PVC生產(chǎn)與離子膜生產(chǎn)系統(tǒng)共用1套循環(huán)水系統(tǒng)，但運行過程中，循環(huán)水供水溫度不能滿足PVC聚合工序工藝要求，PVC產(chǎn)量受到嚴重影響。該公司于2006年對原循環(huán)水供水系統(tǒng)的供水方式進行了系統(tǒng)改進，將PVC生產(chǎn)用循環(huán)水系統(tǒng)與離子膜燒堿用循環(huán)水系統(tǒng)分開，各自獨立運行。循環(huán)水系統(tǒng)供水工藝流程見圖1，PVC生產(chǎn)系統(tǒng)采用3臺2 200m3/h循環(huán)水泵（開2備1）供水，4臺1 000 m3/h的無填料噴霧冷卻塔進行冷卻降溫；燒堿循環(huán)水系統(tǒng)采用2臺2 200m3/h循環(huán)水泵供水（新增1臺），2臺1000m3/h和1臺800m3/h（新增）的無填料噴霧冷卻塔進行冷卻降溫。改進后的燒堿循環(huán)水系統(tǒng)供水壓力指標為0.40～0.45MPa，PVC生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水系統(tǒng)供水壓力指標為0.6MPa左右。改進后，兩系統(tǒng)均保持了正常穩(wěn)定運行，但是整個系統(tǒng)仍存在運行成本高等問題，針對這些問題，對運行方式進行優(yōu)化、對系統(tǒng)進行節(jié)能改造，使循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)了節(jié)能運行。

2 系統(tǒng)節(jié)能改造

2.1 加藥方式改造

2.1.1 原加藥方式

循環(huán)水系統(tǒng)原配套設計了2套加藥裝置，由攪拌槽和計量泵組成，每套裝置運行功率為0.74 kW。在運行過程中，需首先由操作工將藥劑（水質(zhì)穩(wěn)定劑、降堿劑、殺菌滅藻劑等桶裝藥劑)提至高約1.5m的加藥平臺，倒入加藥裝置的攪拌槽內(nèi)，然后根據(jù)需要調(diào)節(jié)循環(huán)水中的加藥量調(diào)節(jié)計量泵，由計量泵連續(xù)輸送至循環(huán)水塔下水池內(nèi)。加藥過程不僅浪費電能，而且勞動強度較大，同時，將每桶25 kg的藥劑人工提至平臺再向攪拌槽內(nèi)傾倒也存在一定的危險性。

2.1.2 改造后的加藥方式

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)設計上的特點，利用循環(huán)水吸水池上的大平臺設計了2個塑料加藥槽，根據(jù)需加藥量，在塑料加藥槽的下部開幾個小孔，然后將加藥槽安裝在緊靠循環(huán)水吸水池大平臺處的塔下水池上，使得加藥槽與吸水池在一個平面上，購進的藥劑也全部存放在循環(huán)水吸水池大平臺上，使加藥位置緊鄰藥品存放位置。由于加藥面與吸水池平臺在一個平面，加藥時，操作工只需將桶裝藥劑直接倒入加藥槽內(nèi)，藥劑通過加藥槽底部的小孔連續(xù)滴加至循環(huán)水中，不僅保持了連續(xù)滴加的方式，而且大大降低了工作強度，減少了計量泵連續(xù)運行對電能的消耗。棄用的加藥裝置移送至污水處理站做為投加鹽酸、氫氧化鈉以及次氯酸鈉使用（該崗位向攪拌槽內(nèi)加藥通過管道注入）。每年可節(jié)約電能11840kW·h，按0.45元/（kW·h）計，可節(jié)約5 328元。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)運行補水改造

2.2.1 循環(huán)水系統(tǒng)日常補水情況

循環(huán)水系統(tǒng)由于水分的蒸發(fā)、風吹損失、排污需要以及其他裝置的使用，每小時平均需補充深井水70～80m3。

（1）因水分的蒸發(fā)損失、風吹損失量

a.蒸發(fā)損失水量E=（0.1＋0.002θ）RΔt/100

式中：θ為空氣的干球溫度，取25℃；R為系統(tǒng)循環(huán)水量，本系統(tǒng)為7 000m3/h；Δt為冷卻塔進出水溫差，℃。E=（0.1＋0.002×25）×7 000×5/100=53m3/h；b.風吹損失量約為系統(tǒng)循環(huán)水量的0.1%，約為7m3/h。

（2）PVC生產(chǎn)過程中乙炔清凈工序使用的次氯酸鈉是采用工業(yè)循環(huán)水進行配制的，每小時使用工業(yè)循環(huán)水約10～20m3。

2.2.2 其他崗位排放廢水情況

與循環(huán)水崗位相鄰的純水站崗位，其主要任務是利用深井水制取去離子水。在制水過程中有大量廢水外排，沒有進行綜合利用，造成較大的水資源浪費。該崗位的制水工藝是采用雙級反滲透加混床精制，工藝流程如圖2。

由圖2可以看出，深井水逐級經(jīng)過砂濾器、疊片式過濾器、超濾機組以及軟水器處理，水中的各種懸浮物、泥沙、微粒、膠體、細菌、雜質(zhì)、有機物和硬度均已被過濾去除，再經(jīng)雙級反滲透膜分離，水中絕大部分的離子被截留在濃水中，從而制取電導率為5μs/cm以下的水。再經(jīng)過混床的進一步精制得到電導率為2μs/cm以下的去離子水。在制水過程中，二級反滲透濃水因離子濃度較低，直接被系統(tǒng)回收利用；一級反滲透的濃水因離子濃度高，不能再回收至制水系統(tǒng)中，直接被排放。2個一級反滲透平均外排濃水55m3/h，其他設備如砂濾器也需要定期進行反洗、再生以保證正常運行，阿科超濾機組、軟化器等設備在運行過程中要間斷地進行一些沖洗、反洗、殺菌、再生等步驟，以保證機組的正常穩(wěn)定運行，反滲透機組每次開停機均需排放一部分水，上述機組平均需外排廢水30～50m3/h，浪費了大量水資源。

2.2.3 循環(huán)水補充改造

（1）一期一級反滲透濃水的利用

根據(jù)反滲透制水原理可知，反滲透機組只對水中溶解鹽進行過濾或濃縮，本身并不會對原水產(chǎn)生污染，故其濃水中的離子只是其處理水中被脫除濃縮的離子。由于一期一級反滲透進水經(jīng)過軟化器去除了水中的鈣、鎂離子，故濃水中并無鈣、鎂離子，只是其他離子含量較高。濃水水質(zhì)和深井水水質(zhì)的分析對比情況見表1，表2。

從表1和表2的分析數(shù)據(jù)可以看出，一期一級反滲透濃水中電導率、堿度和氯離子含量均比深井水要高，但是其基本上不含鈣、鎂離子，針對具體的使用范圍，仍具有回收利用價值，可以用于換熱設備或?qū)λ|(zhì)要求不高的系統(tǒng)中。將此部分水通過管道利用反滲透自身壓力全部引入循環(huán)水系統(tǒng)中作為補充水使用，可節(jié)約深井水25m3/h，每年可節(jié)約深井水16萬t，深井水按1.15元/t計算，可節(jié)約18萬元。

表1 一期一級反滲透濃水水質(zhì)情況

表2 深井水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)

（2）砂濾器、阿科過濾器、超濾機組外排廢水的回收利用

在制水過程中，砂濾器、阿科過濾器、超濾機組只是起到過濾作用，其外排廢水中只含有大量的懸浮物、泥沙、雜質(zhì)等，完全可通過將水中的懸浮物、泥沙、雜質(zhì)等去除后回收利用。新建了1個沉降裝置，將經(jīng)過沉降處理的這部分水經(jīng)過新增回收水泵全部送到循環(huán)水站大水池內(nèi)做為循環(huán)水補充水使用，可節(jié)約補充深井水30m3/h，年可節(jié)約24萬t深井水，深井水按1.15元/t計算，可節(jié)約36萬元。

2.3 循環(huán)水泵的節(jié)能改造

2.3.1 改造前循環(huán)水泵運行情況

循環(huán)水系統(tǒng)在PVC生產(chǎn)系統(tǒng)與離子膜燒堿系統(tǒng)各自獨立運行后，采用的2臺SLOW350-520(I)型循環(huán)水泵（Q：2200m3/h，H：59m）功率分別為450 kW和400 kW，存在能力過大現(xiàn)象，運行中循環(huán)水供水壓力大大超出該系統(tǒng)工藝指標要求，最高達到0.6MPa（工藝指標為0.40～0.45MPa）。生產(chǎn)運行中，為保證工藝指標要求，崗位上采取了控制循環(huán)水泵進出口閥門開度，以及供水管路上安裝泄壓閥打回流2種方式來調(diào)節(jié)供水壓力。但是，操作規(guī)程不允許采取控制水泵進口電動蝶閥開度保證供水壓力，且極易造成水泵葉輪產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象；采取控制出口電動蝶閥開度控制供水壓力，運行一段時間后使得DN700的電動蝶閥閥芯出現(xiàn)密封不嚴，造成停運檢修時循環(huán)水泵內(nèi)始終帶壓，導致循環(huán)水泵無法正常檢修維護。因此，日常一般采取泄壓閥調(diào)節(jié)，將一部分循環(huán)水通過泄壓管直接返回至循環(huán)水池約30%的水量，造成水泵做了大量無用功，嚴重浪費了能源。

2.3.2 循環(huán)水泵改造

水泵改造有2種方案可供選擇。

（1）對循環(huán)水泵電機采取變頻控制，使得循環(huán)水泵能夠根據(jù)壓力情況進行自動調(diào)整，初步估算可減少用電20%左右，方案本身可行，但由于需選用2臺450 kW的高壓變頻設備，約需投資300多萬元，并需新增占地面積約40m2。

（2）將原水泵更換為節(jié)能水泵。與浙江工業(yè)設計研究院協(xié)作，利用其“一種在線流體系統(tǒng)的糾偏方法”的節(jié)能專利技術，對燒堿循環(huán)水系統(tǒng)進行了實際監(jiān)測。通過對在線流體系統(tǒng)的壓力測定、系統(tǒng)動力機械的功率測定、檢定系統(tǒng)管路的合理性、管路特性后，診斷系統(tǒng)存在的問題。按最佳運行工況參數(shù)，針對系統(tǒng)運行情況，量身定制2臺FCH高效節(jié)能泵（電機不換），替換實際處于不利工況、低效率運行的水泵，消除“無效能耗”，提高輸送效率，從而達到最佳的節(jié)能效果，如此初步估算可節(jié)電30%左右，并且設備投資、安裝完全由其負責，我們共享節(jié)能效益。

通過比較，選擇了第2種方案，于2009年3月對燒堿循環(huán)水系統(tǒng)進行了改造。將原有的2臺循環(huán)水泵更換FCH高效節(jié)能泵，于2009年4月正式投運。投運后，4號循環(huán)水泵節(jié)電率可達27%左右，每年可節(jié)電89.6萬kW·h，5號泵循環(huán)水泵節(jié)電率為32%左右，每年可節(jié)電108萬kW·h，合計年可節(jié)約88.9萬元。

3 循環(huán)水系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化

循環(huán)水系統(tǒng)一年四季運行情況各有不同，夏季供水需求量大，冬季由于外供循環(huán)水溫度較低，PVC生產(chǎn)系統(tǒng)和離子膜燒堿系統(tǒng)生產(chǎn)需用量均大幅減少。

（1）循環(huán)水泵

從每年的11月至次年2月，將PVC循環(huán)水系統(tǒng)與燒堿循環(huán)水系統(tǒng)通過兩系統(tǒng)的供水連通閥和回水連通閥均打開一小部分進行連通，將PVC系統(tǒng)的循環(huán)水通過供水連通閥向燒堿系統(tǒng)供應一部分，然后將燒堿循環(huán)水系統(tǒng)停運1臺循環(huán)水泵，不僅保證了兩個循環(huán)水系統(tǒng)的正常運行，而且每年可節(jié)電86.4萬kW·h，按0.45元/（kW·h）計算，可節(jié)約電費約38.9萬元。

（2）冷卻塔風機

根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)冬季外供循環(huán)水溫度較低的情況，及時調(diào)整循環(huán)水冬季供水溫度，通過與用水單位協(xié)調(diào)，在保證生產(chǎn)正常運行的條件下，減少冷卻塔風機運行臺數(shù)，平均每天可停運30kW風機4臺，每年如此運行3個月，可節(jié)電25.9萬kW·h，年節(jié)約電費11.7萬元。

4 結(jié)語

通過節(jié)能改造及調(diào)整系統(tǒng)運行方式，不僅降低了操作人員的工作強度、減少了大量外排廢水，實現(xiàn)了廢水階梯利用，而且每年可節(jié)約各種費用192萬元，有效地降低了循環(huán)水系統(tǒng)的生產(chǎn)運行成本。

Optim ized operation and energy saving innovation of circulatingwater system of Chlor-alkaliequipment

LIUYing,ZHANGEr-jun
(Haohua Yuhang ChemicalCo.,Ltd.,Jiaozuo454000,China)

Optimized operation and energy saving measures of circulating water system of Chlor-alkali equipmentwas introduced.

circulatingwater;optimized;energy saving

book=30,ebook=194

TQ114.26

B

1009－1785(2010)06－0030-03

2010-01-27