創(chuàng)新實(shí)施海水綜合利用

高愛軍，張兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

創(chuàng)新實(shí)施海水綜合利用

高愛軍，張兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

隨著公司產(chǎn)量的增加，日趨緊張的淡水資源成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，為了加強(qiáng)企業(yè)節(jié)能降耗，保證公司生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的用水要求，公司大膽創(chuàng)新，將海水淡化工程副產(chǎn)濃海水引入純堿生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行綜合利用，替代循環(huán)冷卻水吸收生產(chǎn)系統(tǒng)化工廢熱再濃縮，并將高濃鹽水用于生產(chǎn)化鹽。本項(xiàng)目實(shí)施后節(jié)約了大量化鹽淡水，也大大降低了水系統(tǒng)循環(huán)過程淡水補(bǔ)充量，緩解了純堿公司淡水資源緊張局面，同時(shí)大量回收利用海水淡化副產(chǎn)高濃海水鹽分，減少了海水淡化處理廢水排放，創(chuàng)新性地開創(chuàng)了一條化工產(chǎn)業(yè)鏈資源綜合利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)道路。

海水淡化；氨堿法；綜合利用；必要性；原理；創(chuàng)新

唐山三友化工股份有限公司純堿分公司是國家“七五”期間建立的以純堿為主的大型國有企業(yè)，設(shè)計(jì)純堿年產(chǎn)量60萬t，由于公司技改項(xiàng)目的成功實(shí)施,生產(chǎn)裝置的擴(kuò)大，近年來我公司純堿產(chǎn)量已遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)能力，2014年純堿產(chǎn)量突破220萬t，2015年純堿產(chǎn)量達(dá)到231萬t。隨著公司生產(chǎn)能力的擴(kuò)大，日趨緊張的淡水資源成為制約生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，為了加強(qiáng)企業(yè)節(jié)能創(chuàng)新措施，保證公司生產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的用水要求，經(jīng)過多年的探討和論證，公司大膽創(chuàng)新對海水資源進(jìn)行了技術(shù)改造，取得了顯著的效益，達(dá)到了緩解淡水資源緊張，創(chuàng)新利用海水資源的目的。

1 海水資源綜合利用的必要性

1.1 公司取水受限狀況

1)設(shè)備狀況及水量供給

公司淡水資源共有兩部分：深井水和陡河水。

公司所屬深井38眼，分散在距離廠區(qū)31 km的范圍內(nèi)，通過輸水管線輸送到廠區(qū)，隨著生產(chǎn)用水的增加，深井水用量逐漸增多，部分深井由于運(yùn)行年深日久，經(jīng)常出現(xiàn)濾網(wǎng)破損、濾水管堵塞、深井泵淤砂、深井電機(jī)燒毀等現(xiàn)象，洗井費(fèi)用增加；而新增深井征地費(fèi)用昂貴，井孔鉆進(jìn)深度越來越深，而與之相關(guān)的人工、機(jī)械、材料費(fèi)用也水漲船高，地下水液位呈漏斗下降趨勢日漸明顯，地下水的開采難度越來越大，深井運(yùn)行新增設(shè)施成本投入越來越高。

陡河水經(jīng)取水泵站加壓，通過60多公里的遠(yuǎn)距離輸水管線，輸送至廠區(qū)內(nèi)的沉砂池、儲水池，再經(jīng)廠區(qū)加壓泵站設(shè)備加壓后供給廠區(qū)生產(chǎn)用水。近年由于陡河水位下降和用水量的增多，加之運(yùn)行管線的老化，周邊施工造成的損壞次數(shù)增多，且陡河水作為生產(chǎn)用冷卻水有較強(qiáng)的季節(jié)性。隨著生產(chǎn)能力提高，陡河水需求量大為增加，但是新增設(shè)備及管線或進(jìn)行老管線的增容替代，將付出高額的工程費(fèi)用，因此，生產(chǎn)用陡河水的量也僅僅維持在10年前的水平。

2)公司用水情況

我公司的淡水消耗主要由以下幾部分構(gòu)成：①化鹽用水；②循環(huán)水系統(tǒng)涼水塔蒸發(fā)飄散損失；③熱電鍋爐產(chǎn)汽及其他公司直接用水；④生產(chǎn)系統(tǒng)沖洗用水(主要石灰窯氣系統(tǒng))及排放、泄漏；⑤生活必須用水。

生產(chǎn)系統(tǒng)化鹽工序最初使用淡水，以目前純堿產(chǎn)量230萬t/年計(jì)算，每小時(shí)使用淡水量將達(dá)到1 100 m3/h以上；循環(huán)水系統(tǒng)水循環(huán)量夏季最高將達(dá)到25 000 m3/h以上，全部淡水循環(huán)，涼水塔全年平均蒸發(fā)及飄散損失將達(dá)到600 m3/h以上；石灰窯系統(tǒng)洗滌塔及電除塵沖灰用水消耗淡水700 m3/h以上。僅僅以上三項(xiàng)損失將達(dá)到2 400 m3/h以上。再加上熱電產(chǎn)汽及其他分公司必要的直接用水，數(shù)額龐大，供需問題尖銳。

3)外部環(huán)境及國家政策限制公司取用淡水資源

全球性地淡水緊缺狀況步步加劇，我公司處于北方沿海地區(qū)，不僅氣候常年干旱少雨，同時(shí)大量的淡水開采引發(fā)淡水水位嚴(yán)重下降，海水向內(nèi)陸土壤滲透的危機(jī)也越來越。國家對水資源保護(hù)意識及法律限制越來越嚴(yán)，不僅逐漸提高企業(yè)用水價(jià)格，淡水成本越來越高，同時(shí)制定淡水開采限額，公司產(chǎn)量將嚴(yán)重受限，這已經(jīng)日益成為企業(yè)生存的關(guān)鍵。

1.2 公司初期節(jié)水改造措施的主要項(xiàng)目

為節(jié)約水資源，公司加大節(jié)能降耗技改開發(fā)，增大淡水重復(fù)利用率，回收凈化利用排放污水，降低水資源浪費(fèi)。主要項(xiàng)目包括：

1)將循環(huán)水系統(tǒng)分為開、閉路循環(huán)水2個(gè)系統(tǒng)。閉路循環(huán)水基本是封閉系統(tǒng)，循環(huán)水在鈦板換熱器、螺旋板換熱器等換熱設(shè)備與涼水塔之間循環(huán)運(yùn)行，水中加入阻垢緩蝕劑、殺菌滅藻劑以長期維持水質(zhì)。開路循環(huán)水是部分循環(huán)系統(tǒng)，補(bǔ)充淡水(陡河水或井水)匯合開路循環(huán)上水通過碳化塔、吸收塔等生產(chǎn)換熱裝置后，部分循環(huán)回到?jīng)鏊?，另一部分自開路循環(huán)回水管道引出外送供應(yīng)熱電生產(chǎn)用水，還有一部分就是純堿生產(chǎn)系統(tǒng)直接使用，包括用于制備鹽水過程一次化鹽、石灰窯氣系統(tǒng)設(shè)備以及其他生產(chǎn)系統(tǒng)沖洗、排放等，損失水量由淡水系統(tǒng)直接補(bǔ)充。開路循環(huán)水的使用，降低了淡水循環(huán)量，大大減少了水資源的蒸發(fā)浪費(fèi)，加大循環(huán)水重復(fù)利用率，也有效的回收生產(chǎn)系統(tǒng)廢熱，降低了鍋爐產(chǎn)汽燃煤能源消耗。

2)增設(shè)污水回收處理氧化塘。將廠區(qū)排放的生產(chǎn)(主要為石灰窯氣系統(tǒng)沖灰水)、生活污水以及雨水等回收至氧化塘，污水經(jīng)過澄清凈化后再次輸送回石灰工序，替代原來一次性使用的開路循環(huán)回水，作為窯氣系統(tǒng)洗滌塔、電除塵沖洗水，石灰工序排出的污水重新返回氧化塘，污水重復(fù)使用，減少淡水資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)給公司節(jié)省了高額的排污費(fèi)用。

以上項(xiàng)目的實(shí)施，為公司節(jié)水800 m3/h以上。然而，隨著公司產(chǎn)量有原設(shè)計(jì)60萬t/年，升至目前230萬t/年以上，淡水資源缺口仍然巨大。改進(jìn)純堿生產(chǎn)用水工藝方式，深度節(jié)約淡水是大勢所趨。

1.3 探索海水替代淡水

面對全球淡水日益緊缺的狀況，研究海水淡化及替代淡水綜合利用技術(shù)越來越為世人所重視。作為地球上最為充足的水源，同時(shí)海水中溶存的化學(xué)礦物資源總量十分巨大，是巨大的資源寶庫。海水淡化技術(shù)發(fā)展日新月異，海水淡化處理過程副產(chǎn)大量濃海水。尋求以淡化副產(chǎn)海水替代淡水進(jìn)行化工系統(tǒng)循環(huán)冷卻，不僅節(jié)省淡水蒸發(fā)損失，而且利用化工系統(tǒng)廢熱將淡化副產(chǎn)海水進(jìn)一步濃縮成高濃海水，用于純堿生產(chǎn)化鹽，可以回收更多的鹽分，大大降低純堿生產(chǎn)溶鹽消耗。這一整套淡化海水綜合利用方案將不僅能夠極大地緩解了公司淡水資源緊張的局面，而且創(chuàng)造極高的降耗經(jīng)濟(jì)效益，減少海水淡化副產(chǎn)海水排放，為此海水綜合利用項(xiàng)目勢在必行。

2 海水資源綜合利用的原理

海水綜合利用項(xiàng)目在曹妃甸設(shè)有一個(gè)取水泵站，在廠內(nèi)設(shè)有東、西2個(gè)海水加壓泵站，中途采用直徑為800 mm的耐海水管線輸送海水。海水的來源為兩部分：一部分為阿科凌海水淡化廠排出的濃海水，另一部分為首鋼淡化后的濃海水，這兩部分濃海水由曹妃甸取水泵站加壓泵加壓后經(jīng)過長輸海水管線將濃海水輸送到廠區(qū)鹽水車間的新化鹽系統(tǒng)的緩沖罐，經(jīng)海水泵加壓后一部分去二鹽場晾曬提濃，返回后用于化鹽、一部分用于鹽水一次精制洗泥、一部分補(bǔ)充進(jìn)入海水循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)海水作為碳化塔、吸收塔、鈦板換熱器的冷卻水，吸收化工系統(tǒng)廢熱，返回海水涼水塔蒸發(fā)降溫。隨著循環(huán)海水的連續(xù)運(yùn)行，含鹽濃度得以上升，一定濃度的循環(huán)海水自吸收塔取出用于化鹽。

3 海水資源綜合利用項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容

曹妃甸建設(shè)加壓泵站1座，設(shè)有吸水池和其它設(shè)施，泵房內(nèi)設(shè)四臺NTP300-790-90A-TP雙吸立式同步排吸泵及配套315 kW的10 kV電機(jī)。從曹妃甸至廠區(qū)長輸管道全程長約49 km,由鋼管、PE管、玻璃鋼管三種管材組成。分為五大部分:曹妃甸泵站至鹽場大橋排放口，鹽場大橋至大支渠，大支渠至曹妃甸濕地出口，曹妃甸出口至南堡開發(fā)區(qū)變電所，南堡開發(fā)區(qū)變電所至廠區(qū)鹽水澄清桶，全線設(shè)有排氣檢查井、閥門井，為加強(qiáng)管理杜絕海水泄漏帶來的環(huán)保污染，公司還增設(shè)了GPS壓力測量點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)管線的在線監(jiān)測。

廠內(nèi)海水加壓泵站建有兩組海水冷卻塔、泵房一座，也就是現(xiàn)在的西側(cè)海水泵房，內(nèi)設(shè)有三臺28SA-10K的海水泵，配套710 kW，6 kV的高壓電機(jī)及循環(huán)海水供、回水兩條管線。

為加大循環(huán)海水綜合利用，車間將原有兩組開路冷卻塔內(nèi)壁進(jìn)行防腐并對冷卻塔內(nèi)部所有布水管道系統(tǒng)、噴頭、風(fēng)機(jī)等更換為耐腐蝕材質(zhì)，將其由原來的開路循環(huán)水改為海水冷卻塔；將原2臺開路循環(huán)水泵對其原有基礎(chǔ)進(jìn)行改造，對其葉輪、閥門、泵進(jìn)出口進(jìn)行改造使其符合輸送海水性質(zhì)，增加耐腐蝕性，使其作為海水泵使用，提高泵和閥門的使用周期，保證海水的輸送量，并新敷設(shè)供、回水管線，也稱其為東側(cè)海水系統(tǒng)，與西側(cè)海水供、回水管線聯(lián)通。

碳化塔上段及吸收塔冷卻由淡水循環(huán)冷卻改為海水循環(huán)冷卻，冷卻設(shè)備上水及回水管道、調(diào)節(jié)閥門更換材質(zhì)，回水增加測溫點(diǎn)。首鋼海水經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)蒸發(fā)后TCl濃度由13.5 tt升至19 tt以上，含鹽濃度進(jìn)一步提高，由循環(huán)系統(tǒng)取出用于一次化鹽，從而降低原鹽消耗。海水循環(huán)系統(tǒng)投用后，淡水循環(huán)系統(tǒng)負(fù)荷大為降低。

4 經(jīng)濟(jì)效果評價(jià)

1)項(xiàng)目投入使用后，實(shí)際使用海水量約1 500 m3/h，以海水中Na離子濃度12 tt計(jì)算，每年節(jié)省原鹽量(100%折百)：

12/20×58.5×1 500×24×360/1 000=45.5萬t

以目前產(chǎn)量230萬t/年計(jì)算，噸堿鹽耗降低：

45.5/230×1 000=168 kg/t堿

2)循環(huán)海水平均供量約為14 000 m3/h，單塔蒸發(fā)及飄散損失水量年均約60 m3/h，四臺海水涼水塔共計(jì)蒸發(fā)水量年均約240 m3/h，每年節(jié)約淡水：

240×24×360/10 000=345 000 m3

化鹽使用海水量1 200 m3/h,全年節(jié)約化鹽淡水：

1 200×24×360/10 000=10 368 000 m3

噸堿淡水消耗降低：(34.5+1 036.8)/230=4.7 m3/t

項(xiàng)目投入使用后深井淡水的用量、循環(huán)淡水用量明顯減少，噸堿耗淡水由2011年的7.7 m3降低到現(xiàn)在的3.0 m3；噸堿鹽耗明顯降低，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

5 總 結(jié)

通過化工廢熱蒸發(fā)濃海水代替淡水、使用濃海水化鹽節(jié)約化鹽淡水和原鹽等項(xiàng)目的實(shí)施，解決了海水淡化后濃海水的排放問題。使我們在享受到節(jié)約淡水和原鹽給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，也帶來了巨大的社會效益。海水綜合利用是解決水資源危機(jī)的重要措施之一，向大海要水、要資源是解決沿海地區(qū)淡水資源短缺的現(xiàn)實(shí)選擇，也是實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的重大舉措，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。雖然海水綜合利用事業(yè)正在高速發(fā)展，但是我們應(yīng)該看到我國海水利用雖具備了基本的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件、研究水平、裝備的開發(fā)創(chuàng)造能力及創(chuàng)新能力，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成等方面與國外仍有較大差距。有差距就有提升空間，海水綜合利用一定具有良好的發(fā)展前景。

TQ085.2

B

1005-8370(2017)01-32-03

2016-12-29

高愛軍(1965—)，哈爾濱建工學(xué)院，給排水專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事設(shè)計(jì)工作。