濃海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)改造

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(唐山三友化工工程設(shè)計有限公司，河北 唐山 063305)

自2011年底我公司建成濃海水綜合利用項目以來，濃海水用于純堿生產(chǎn)中化鹽使用，回收利用濃海水中的氯化鈉和水，降低了純堿生產(chǎn)的消耗，同時也在一定程度上解決了海水淡化項目排廢濃海水對周邊海洋環(huán)境的影響。隨著海水開發(fā)利用技術(shù)的不斷成熟進(jìn)步以及對淡水資源的保護(hù)節(jié)約意識的不斷提高，我公司將濃海水用作循環(huán)冷卻水，在節(jié)約淡水的同時，使?jié)夂ＫM(jìn)一步增濃，增濃后的海水最終進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng)，降低了純堿成本，實現(xiàn)了效益最大化。

1 淡水循環(huán)冷卻水塔現(xiàn)況

1.1 現(xiàn)有淡水循環(huán)冷卻塔運(yùn)行狀況

我公司原循環(huán)水裝置分為閉路循環(huán)水和開路循環(huán)水系統(tǒng)。閉路循環(huán)水水質(zhì)較開路循環(huán)水水質(zhì)要差一些，濁度較高略顯棕褐色，閉路循環(huán)水中投加緩釋阻垢劑和殺菌滅藻劑。

循環(huán)水補(bǔ)充水來自陡河水和深井水。補(bǔ)充水總量夏季平均約3 300 m3/h，最大補(bǔ)水量約3 600 m3/h，冬季最少約2 800 m3/h(其中包括供熱電分公司約550 m3/h，供熱電總公司循環(huán)水約850 m3/h，供氯堿化纖約800 m3/h)。

淡水循環(huán)水水量的使用情況見表1。

綜合表1情況，年循環(huán)水平均流量為30 000 m3/h，平均淡水補(bǔ)充水量400 m3/h，平均溫度差為11 ℃。在夏季炎熱季節(jié)，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前生產(chǎn)需要，需增加2套淡水涼水塔。淡水涼水塔的增設(shè)就會增加淡水的使用消耗，增加了生產(chǎn)成本。

表1 2012年淡水循環(huán)水水量參考數(shù)據(jù)

1.2 現(xiàn)有淡水循環(huán)冷卻塔構(gòu)造

我公司循環(huán)冷卻塔為機(jī)械通風(fēng)式逆流冷卻塔，它由配水系統(tǒng)、淋水填料、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、風(fēng)筒、收水器和其它裝置組成。配水系統(tǒng)的作用是將熱水均勻的分配到冷卻塔的整個淋水面積上，從而使淋水裝置發(fā)揮最大的冷卻效力，我們采用的配水系統(tǒng)為管式配水系統(tǒng)。淋水填料的作用是將配水系統(tǒng)濺落的水滴經(jīng)多次濺散成微細(xì)小水滴或水膜，增大水和空氣的接觸面積，延長接觸時間，從而保證空氣和水的良好熱、質(zhì)交換作用。我單位淋水填料為薄膜式淋水填料。風(fēng)機(jī)是冷卻塔設(shè)備中的重要部件，其性能的優(yōu)劣將直接影響到冷卻塔的熱工性能，現(xiàn)使用的風(fēng)機(jī)型號為L80A、L85A兩種。風(fēng)筒為迥轉(zhuǎn)型動能回收型風(fēng)筒，以保證進(jìn)風(fēng)平緩和消除風(fēng)筒出口的渦流區(qū)。收水器的作用是減少水量損失改善冷卻塔周圍環(huán)境。

1.3 現(xiàn)有淡水循環(huán)冷卻塔使用單位及要求

閉路循環(huán)水：水通過鈦板換熱器、螺旋板換熱器等用水設(shè)備后經(jīng)閉路循環(huán)回水管自壓上冷卻塔冷卻后入集水池、吸水池，池中水經(jīng)過加入阻垢緩蝕劑、殺菌滅藻劑(夏季)后，方可正常供閉路循環(huán)水，如此往復(fù)蒸發(fā)水量定期由開路回水或直流水系統(tǒng)補(bǔ)充。

閉路給水壓力0.44～0.46 MPa，回水壓力0.1～0.15 MPa，供水溫度≤33 ℃。

開路循環(huán)水：直流水通過碳化塔生產(chǎn)裝置后，經(jīng)開路循環(huán)回水管自壓回流至冷卻塔冷卻后，進(jìn)入集水池開路吸水池、地面水儲水池，供給碳化塔、鹽水、石灰等工序生產(chǎn)用水及生活沖洗用水，損失水量由直流水系統(tǒng)直接補(bǔ)充。

開路給水壓力0.43～0.44 MPa，回水壓力0.1～0.2 MPa，供水溫度≤30 ℃。

2 海水循環(huán)冷卻塔的改造及運(yùn)行狀況

2.1 冷卻塔改海水的工藝流程

曹妃甸去首鋼海水淡化濃海水，經(jīng)過地下管線引入我公司曹妃甸海水輸送泵站。加壓后經(jīng)原有管道51 km送入公司生產(chǎn)裝置區(qū)，進(jìn)入原有海水緩沖桶，海水加壓后經(jīng)部分碳化塔、吸收塔換熱，然后將濃海水送新建海水循環(huán)涼水塔上部。冷卻后濃海水經(jīng)循環(huán)加壓泵送部分碳化塔和吸收塔水箱，帶出生產(chǎn)余熱，返回海水循環(huán)涼水塔上部，構(gòu)成濃海水循環(huán)冷卻。濃海水蒸發(fā)換熱降溫同時，達(dá)到濃海水進(jìn)一步增濃。部分增濃海水自吸收塔出水引出進(jìn)一次化鹽系統(tǒng)。

改造后濃海水有效利用量為1 500 m3/h，增加用量480 m3/h，全部蒸吸工序和部分碳化塔改用了濃海水循環(huán)冷卻。原有淡水循環(huán)水系統(tǒng)0#～10#涼水塔，繼續(xù)為部分碳化塔和其他換熱設(shè)備提供冷卻。

濃海水流程見圖1。

圖1 濃海水流程簡圖

2.2 對海水循環(huán)冷卻塔的構(gòu)造要求

海水冷卻塔中，對淋水填料的要求特別高，由于海水冷卻塔相對于淡水冷卻塔而言，熱力性能有一定程度的下降，這就要求海水冷卻塔中的填料具有更高的熱力性能，同時常年在海水環(huán)境下運(yùn)行的填料容易結(jié)化學(xué)和生物垢，這又要求海水淋水填料具有防堵抗污能力。因此，海水冷卻塔選用了TX-Ⅲ型雙斜梯波薄膜填料。配水系統(tǒng)采用管式配水系統(tǒng)，配水管采用PVC-U材質(zhì)，噴頭采用NS型三濺式防松噴頭布水。風(fēng)機(jī)采用海水冷卻塔專用風(fēng)機(jī)，該型號和材質(zhì)的風(fēng)機(jī)非常適用于大型機(jī)力海水冷卻塔，滿足海水冷卻塔要求風(fēng)機(jī)具有高效率和耐腐蝕性的特點。風(fēng)機(jī)葉片主要成分采用高強(qiáng)度環(huán)氧乙烯基樹脂，同時對葉片各部位按等強(qiáng)度原則進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對應(yīng)力集中處和薄弱部位，采用了耐化學(xué)腐蝕金屬與耐海水侵蝕玻璃鋼結(jié)合，減少了因局部失效和常年在海水環(huán)境下運(yùn)行易老化而影響使用壽命的幾率。金屬輪轂、減速箱外殼等金屬材料噴涂能耐海水腐蝕的保護(hù)層，減速機(jī)軸封件采用耐海水腐蝕的進(jìn)口件，油位計和引出管道均采用SS316L不銹鋼材質(zhì)。電機(jī)進(jìn)行防霉處理，還經(jīng)過了絕緣、金屬抗真菌、害蟲和抗腐爛的特殊處理。風(fēng)筒為特種玻璃鋼材質(zhì)迥轉(zhuǎn)型動能回收型風(fēng)筒，為防止海水的侵蝕和菌藻的滋生，在原材料樹脂中添加特種防霉劑，在風(fēng)筒成型階段，內(nèi)表面增刷特種樹脂兩遍。收水器為專利產(chǎn)品SJ型高效低阻加筋弧形收水器，其飄水損失率僅為0.0015%以下，符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T23248-2009《海水循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》中海水冷卻塔飄水率應(yīng)小于系統(tǒng)小時循環(huán)水量的0.002%。

2.3 濃海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)改造后水質(zhì)指標(biāo)和用戶要求

濃海水超過一定濃度后，做純堿生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)冷卻水需要全除鈣鎂精制，徹底消除換熱器、管路結(jié)垢，降低循環(huán)水體泥污含量。在充分調(diào)研、大量實驗的基礎(chǔ)上，可知，濃海水氯濃度小于28 tt時，做循環(huán)水則不需要全除鈣鎂，僅需加入緩蝕阻垢劑即可滿足要求。

表2 各種海水平均組成成分

綜合表2可知，Cl-平均濃度為21.44 tt，小于28 tt。故只需加入緩蝕阻垢劑即可滿足要求。濃海水在引入我公司前已經(jīng)投加緩釋阻垢劑，故我單位不需在投加，節(jié)約了成本費(fèi)用。

濃海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)改造后，用于蒸餾塔、吸收塔、部分碳化塔等鈦材材質(zhì)換熱器換熱，淡水用于壓縮機(jī)、流化床、爐氣換熱器、部分碳化塔等設(shè)備換熱。濃海水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)防腐、犧牲陽極的陰極保護(hù)、通入直流電源等，用于解決海水的腐蝕、結(jié)垢等問題。這些措施大大降低了濃海水對管道、設(shè)備的腐蝕風(fēng)險。

表3 海水循環(huán)涼水塔指標(biāo)

3 投用后效果

濃海水代替淡水作循環(huán)冷卻水使用后，新增冷卻塔與原有冷卻塔比，每臺海水循環(huán)冷卻塔減少了淡水用量約為35～50 m3/h?，F(xiàn)已新建2臺套濃海水冷卻塔，改造6臺套淡水循環(huán)水冷卻塔(包括氯化鈣4臺套)。則每年節(jié)省淡水約245.28萬m3。每噸水價格按6.85元/t計，則每年可節(jié)約成本1 680.168萬元。

4 小 結(jié)

項目改造投用后，可以進(jìn)一步降低純堿鹽耗，降低淡水消耗，同時純堿生產(chǎn)系統(tǒng)余熱資源得到了一定程度的利用，濃海水的利用總量得到較大幅度提高，減少濃海水排放，保護(hù)了海洋環(huán)境，一舉多得，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益。