循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行

梁宏偉，于德俠，李洋銘

(中國石油吉林石化公司 乙二醇廠，吉林 吉林 132022)

中國石油吉林石化公司乙二醇廠循環(huán)水系統(tǒng)主要為乙二醇裝置、環(huán)氧乙烷裝置、空分裝置提供冷卻水。1992年建成投產(chǎn)，目前，循環(huán)水系統(tǒng)共有2個水場，1#水場總循環(huán)水量為9 000 m3/h，系統(tǒng)保有水量為3 000 m3；2#循環(huán)水場總循環(huán)水量為4 000 m3/h，系統(tǒng)保有水量為2 000 m3。

從動力一廠進入乙二醇廠的2B水管線為廠內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)各吸水池進行補水。吸水池內(nèi)水經(jīng)過加藥處理后進入乙二醇、環(huán)氧乙烷、空分等裝置進行熱量交換。經(jīng)過熱交換的循環(huán)水進入橫流式冷卻塔進行冷卻，冷卻后的水回到系統(tǒng)內(nèi)各吸水池。

近年來由于公司整體戰(zhàn)略的調(diào)整和市場需求的變化，乙二醇裝置和環(huán)氧乙烷裝置均有大幅改造，乙二醇裝置生產(chǎn)能力由最初一乙二醇10萬t/a，二乙二醇9 570 t/a，提高到一乙二醇15.87萬t/a，二乙二醇1.34萬t/a，同時還聯(lián)產(chǎn)環(huán)氧乙烷5萬t/a；環(huán)氧乙烷裝置由最初設(shè)計的4萬t/a提高到5.8萬t/a。下游裝置產(chǎn)量的增加導(dǎo)致了循環(huán)水系統(tǒng)提供冷量的嚴重不足。通過工藝優(yōu)化，應(yīng)用新技術(shù)，提高裝置工作效率，解決了冷量不足的問題，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。

1 循環(huán)水裝置存在的問題

1.1 水場化冰管冬季有積冰

冬季水場化冰管處積冰，使循環(huán)水換熱效果降低，導(dǎo)致水場冷卻風(fēng)機運行負荷增加，工業(yè)電消耗增加。

1.2 循環(huán)水運行問題

1.2.1 循環(huán)水濃縮倍數(shù)不合格

乙二醇廠循環(huán)水系統(tǒng)采用高濃縮倍數(shù)(5～7)運行。由于下游裝置熱負荷、塔池排污和用戶停車等綜合因素影響，濃縮倍數(shù)一直保持下限水平運行，時有不合格情況發(fā)生，加大了排污量、2B水補水量和藥劑消耗量，同時加大了下游裝置換熱器結(jié)垢可能性。

針對循環(huán)水濃縮倍數(shù)不合格的情況進行原因分析如下。

(1) 實際運行時循環(huán)水出入水場溫差Δt達不到設(shè)計值，設(shè)計值Δt=10 ℃，實際運行中Δt平均值為5.26 ℃。熱負荷不足，蒸發(fā)量過小造成濃縮倍數(shù)難以提高。

(2) 循環(huán)水為調(diào)整pH值、COD等指標(biāo)，存在20～50 t/h的排污損失。這些排污損失一定程度上降低了濃縮倍數(shù)。

1.2.2 換熱器發(fā)生堵塞

在水場塔池出口處放有格柵，用來阻礙填料碎片進入系統(tǒng)內(nèi)堵塞換熱器。每隔一段時間都會對格柵進行清理。但在清理過程中，原本因出口的負壓吸附在格柵上的填料碎片和雜質(zhì)在抽離負壓區(qū)后脫落，進入循環(huán)水系統(tǒng)，導(dǎo)致?lián)Q熱器堵塞，使換熱效果嚴重降低，影響下游裝置正常運行生產(chǎn)。

1.2.3 換熱器換熱效果不好

在下游裝置清理完封頭處填料碎片后發(fā)現(xiàn)換熱器換熱效果仍達不到設(shè)計值，下游裝置仍需靠下限操作，不利于下游裝置穩(wěn)定運行。

1.3 循環(huán)水旁濾部分

目前1#水場旁濾器為壓縮空氣攪拌式旁濾器。由于乙二醇廠空分裝置將部分停車，廠內(nèi)無壓縮空氣來源。導(dǎo)致1#水場旁濾裝置無法正常進行反洗操作，無法達到旁濾部分運行目的。

2 裝置優(yōu)化措施及效果

2.1 化冰管噴水方式改造

循環(huán)水化冰管為玻璃鋼材質(zhì)，原工藝為向內(nèi)噴射以保證水場填料層下方溫度高于0 ℃，避免填料層掛冰導(dǎo)致填料層墜落。通過對化冰管改造由原來的向內(nèi)噴射改成向外噴射，在噴射口處增設(shè)擋板形成水幕，同時在水場平臺安裝圍擋，以減少水幕暴露在空氣中的面積，減少熱量損失。這樣化冰管噴嘴位于保溫區(qū)內(nèi)，能保證化冰管噴嘴不結(jié)冰，同時又能保證填料層內(nèi)部溫度在0 ℃以上，符合工藝設(shè)計要求。改造前后化冰管噴水示意圖見圖1、圖2。

圖1 原化冰管噴水示意圖

圖2 改造后的化冰管噴水示意圖

2.2 循環(huán)水運行

2.2.1 降低排污量，提高蒸發(fā)量，提高濃縮倍數(shù)

(1) 適當(dāng)關(guān)小回水上塔閥門。1#循環(huán)水場上塔水量由原來的9 000 m3/h降至7 000 m3/h；2#循環(huán)水場上塔水量由原來的4 000 m3/h降至3 000 m3/h。1#循環(huán)水泵出口壓力由原來的0.5 MPa升高至0.53 MPa，2#循環(huán)水泵出口壓力由原來的0.46 MPa升高至0.49 MPa。在熱負荷不變的情況下，通過循環(huán)水量的減少使Δt增加，從而提高濃縮倍數(shù)。但需注意，在減少循環(huán)水流量時，循環(huán)水流速不可過低，應(yīng)大于等于0.75 m/s。流速過低，將導(dǎo)致循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生沉積與結(jié)垢[1]。

(2) 將排污量降到10 t/h以下。

(3) 在回水溫度指標(biāo)范圍允許的情況下，適當(dāng)增加風(fēng)機運行臺數(shù)，增加水場蒸發(fā)量，以此來提高濃縮倍數(shù)。

優(yōu)化調(diào)整后的1#、2#循環(huán)水場運行情況見表1。

表1 優(yōu)化調(diào)整后1#、2#循環(huán)水場運行數(shù)據(jù)表

從表1中可以清晰的看到隨著流量的減少，循環(huán)水溫差Δt從原來的5 ℃和3 ℃逐漸升到8.5 ℃，而濃縮倍數(shù)逐漸從5.02和4.32升高到6.42和5.78，完全達到了工藝要求的5～7的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 加裝自動格柵除污機，避免換熱器堵塞

在水場塔池出口處增設(shè)自動格柵除污機以替代原來的格柵。自動格柵除污機可以有效避免在雜質(zhì)離開負壓區(qū)后脫落進入系統(tǒng)內(nèi)造成換熱器堵塞的情況發(fā)生。更換自動格柵除污機后，下游裝置進行換熱器清洗時發(fā)現(xiàn)封頭處填料明顯減少，基本沒有填料堵塞換熱器，換熱效果得到提高。

2.2.3 進行清洗預(yù)膜，提高換熱器換熱效率

排除了填料堵塞換熱器的因素之后，換熱器仍達不到設(shè)計要求的情況。主要是由于管線內(nèi)電腐蝕、化學(xué)腐蝕嚴重和管線內(nèi)生物粘泥積累導(dǎo)致管線傳熱系數(shù)變小導(dǎo)致的。

通過對水場進行不停車化學(xué)清洗，對系統(tǒng)內(nèi)的鐵銹、生物粘泥和藻類進行清洗。向系統(tǒng)中加入預(yù)膜劑，使系統(tǒng)管線上形成一層致密的抗氧化膜。從而提高系統(tǒng)管線的耐腐蝕性。

經(jīng)過清洗預(yù)膜后，預(yù)膜期間所加測試掛片取出后在陽光下有明顯的色暈，用NaCl和CuSO4配置的測試溶液進行滴定，銅析出的時間較長，為17 s和15 s，均大于規(guī)定要求的10 s[2]。說明清洗預(yù)膜效果較好，換熱器換熱效果得到提高。

2.3 對旁濾器進行改造，保證旁濾裝置運行正常

循環(huán)水裝置有2套旁濾系統(tǒng)：從1#水場8#線回水引出一股水流入旁濾器中進行過濾，過濾后的水回到1#循環(huán)水場。在需要反洗時停止加入循環(huán)水，打開工業(yè)水和壓縮空氣閥門，對旁濾器進行反洗；從2#水場8#線回水管引出一條管線連到2#水場旁濾器上，8#線回水流過旁濾器進行過濾，過濾后返回2#水場吸水池，2#水場旁濾器為自動式砂濾旁濾器，反洗操作不需要壓縮空氣。通過對1#循環(huán)水場旁濾器入口和出口進行改造，將入口改至2#水場東側(cè)旁濾器入口，在2#東側(cè)旁濾器出口引出一條管線去往1#水場吸水池。改造后，使1#水場循環(huán)水仍可以正常進行旁濾工序。改造后，2個水場指標(biāo)均沒發(fā)生大幅波動，且均在工藝要求范圍內(nèi)。改造前后循環(huán)水旁濾流程圖見圖3、圖4。

圖3 原循環(huán)水旁濾流程圖

圖4 優(yōu)化后的循環(huán)水旁濾流程圖

2.4 經(jīng)濟效益

通過對化冰管噴水方式改造，使化冰管不再結(jié)冰，不需要進行打冰?；芨脑烨?，每年有90 d需用高臺車對水場進行打冰處理，高臺車為3 000元/班，節(jié)約費用90×3 000÷10 000=27萬元。

通過對循環(huán)水場進行優(yōu)化，濃縮倍數(shù)得到提高，節(jié)約工業(yè)水消耗118.5萬t/a。工業(yè)水單價為0.71元/t，節(jié)約費用118.5×0.71=84.14萬元。

通過對水場出口加裝自動格柵除污機和對循環(huán)水系統(tǒng)進行清洗預(yù)膜，廠內(nèi)60臺換熱器不再需要清理，清理費用為3 000元/臺，節(jié)約費用3 000×60÷10 000=18萬元。

通過對旁濾系統(tǒng)的改造，節(jié)省工業(yè)水消耗200 t/d。工業(yè)水單價為0.71元/t，每年可節(jié)約費用365×200×0.71÷10000=5.18萬元

共計節(jié)約費用134.32萬元，同時減少了工業(yè)污水的排放，符合國家節(jié)能減排政策，具有明顯的社會效益。

3 結(jié) 論

通過采取以上措施，消除了循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)因長周期運行而暴露出的問題。循環(huán)水系統(tǒng)再未出現(xiàn)同類現(xiàn)象，整個系統(tǒng)達到了優(yōu)化運行。同時裝置效率得到提高，保證了下游裝置的穩(wěn)定運行，取得了很好的經(jīng)濟效益和安全效益。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 馬雙忱,郭鐵甲.循環(huán)冷卻水系統(tǒng)提高濃縮倍率節(jié)水途徑分析[J].工業(yè)水處理,2010,30(2)∶1-3.

[2] 齊冬子.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006∶22-24.