夏季循環(huán)冷卻水溫過高原因分析

崔 浩，李 耀

（天津大沽化工股份有限公司，天津，300455）

天津大沽化工股份有限公司臨港工廠循環(huán)水裝置采用敞開式循環(huán)冷卻工藝，冷卻水與工藝介質(zhì)經(jīng)過換熱器進(jìn)行熱量交換后，工藝物料放出熱量溫度下降，循環(huán)水吸收熱量后溫度升高，靠余壓自行上塔，經(jīng)過冷卻塔冷卻后水溫下降，然后經(jīng)過循環(huán)水泵加壓后送到工藝裝置進(jìn)行換熱，實(shí)現(xiàn)冷卻水的循環(huán)利用。循環(huán)水的冷卻主要是在冷卻塔內(nèi)完成，升溫后的循環(huán)水進(jìn)入冷卻塔，通過分水系統(tǒng)，將水均勻地分布在填料上，在填料表面形成一層水膜，與自下而上的氣流逆向接觸，通過蒸發(fā)散熱和接觸散熱2 個(gè)過程得以冷卻。

1 循環(huán)水運(yùn)行情況說明

1.1 循環(huán)水配置介紹

該套循環(huán)水裝置主要作用是為50 萬t/aSM 裝置冷卻降溫；循環(huán)水的設(shè)計(jì)進(jìn)出水溫度分別為32 ℃和42 ℃，共有2 間循環(huán)水塔；因?yàn)檠b置所處地理位置原因，夏季溫度外界溫度最高可達(dá)36 ℃，6 月至8 月平均溫度約為34 ℃，循環(huán)水溫度受環(huán)境溫度影響導(dǎo)致出水溫度過高，因?yàn)檠h(huán)水塔等原因不能有效降溫，直接影響了SM 裝置的生產(chǎn)負(fù)荷，更重要的是循環(huán)水溫度過高會(huì)造成大量揮發(fā)，增加了運(yùn)行成本。

該套裝置自2008 年12 月投用，2017 年5 月進(jìn)行大修，更換淋水填料、配水噴頭、收水器、塔內(nèi)配水管等部件。

1.2 循環(huán)水運(yùn)行數(shù)據(jù)

2015 年夏季每月對(duì)裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，從每月中隨機(jī)抽取了1 組進(jìn)回水的溫度，并對(duì)比溫差，循環(huán)水裝置運(yùn)行數(shù)據(jù)見表1。

表1 循環(huán)水溫度及溫差表℃

該套循環(huán)水裝置提供的性能保障值為上水溫度小于等于32 ℃，回水溫度為42 ℃，溫度差為10 ℃。計(jì)算上表夏季平均出水溫度值為46.21 ℃，已超過設(shè)計(jì)值10%；夏季生產(chǎn)過程中，環(huán)境溫度在2015 年7 月31 日時(shí)出現(xiàn)最高值，進(jìn)塔溫度為49.48 ℃，出塔溫度達(dá)到35.66 ℃，進(jìn)出水的溫度均過高。

2 循環(huán)水溫差過大原因分析及整改辦法

2.1 填料及配水系統(tǒng)

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)配水噴頭大量脫落，使得分水不均勻，造成涼水塔偏流，同時(shí)填料因?yàn)榛厮疀_擊破損。于2017 年5 月對(duì)該套涼水塔填料及配水系統(tǒng)進(jìn)行大修，全部更換為新填料。更換后循環(huán)水溫差見表2。

表2 循環(huán)水溫差表℃

由表2 可以看出進(jìn)出水溫度降低，溫度由原來的平均46.21 ℃，下降到現(xiàn)在的41.26 ℃。

更換填料及配水系統(tǒng)可以起到降低循環(huán)水溫差的效果。

2.2 循環(huán)水泵

循環(huán)水泵額定流量為4 000 m3/h，通過超聲波流量計(jì)測量，瞬時(shí)流量值僅為2 653 m3/h。檢查葉輪時(shí)發(fā)現(xiàn)葉輪氣蝕較為嚴(yán)重，部分薄弱位置已經(jīng)被擊穿，直接影響了供水流量。2016 年6 月4 日更換水泵葉輪，更換后對(duì)循環(huán)水溫度重新進(jìn)行監(jiān)測，水泵流量與溫差關(guān)系表見表3。

表3 水泵流量與溫差關(guān)系表

通過更換葉輪流量較之前有了較大的提高，但是溫差仍然沒有太大的變化，可以判斷，該套裝置中，水泵的氣蝕情況對(duì)溫差影響不是很大。

2.3 換熱器

循環(huán)水的水質(zhì)直接決定了換熱器結(jié)垢或腐蝕的程度，2015 年部分水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表見表4。

因?yàn)樗锈}含量稍微偏高，水質(zhì)整體傾向于結(jié)垢；結(jié)合2017 年5 月大修時(shí)對(duì)換熱器的檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)整體結(jié)垢比較嚴(yán)重，影響了換熱效果。因水質(zhì)原因，操作方法需要根據(jù)分析數(shù)據(jù)調(diào)整藥劑的投入量，并且及時(shí)通過排水、補(bǔ)水等措施降低水中過多的鈣鎂離子。

表4 水質(zhì)分件數(shù)據(jù)表

3 循環(huán)水溫差過大的潛在危害

3.1 運(yùn)行成本

該套循環(huán)水系統(tǒng)2015 年平均補(bǔ)水量為134.14 m3/h，2016 年平均補(bǔ)水量為155.04 m3/h，2017 年平均補(bǔ)水量為117.87 m3/h，自2017 年5 月更換填料后，補(bǔ)水量同比明顯下降，SM 裝置循環(huán)水補(bǔ)水量對(duì)比趨勢圖見圖1。

圖1 SM裝置循環(huán)水補(bǔ)水量對(duì)比趨勢圖

自2017 年5 月更換填料后，補(bǔ)水量比同期有明顯下降，而且平均水量比2016 年下降了23.98%，年可節(jié)省補(bǔ)水近30 萬t，經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)256 萬元。循環(huán)水溫差過大導(dǎo)致的揮發(fā)量劇增，對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響也是很巨大的。

3.2 換熱器結(jié)垢

循環(huán)冷卻水中的碳酸鈣、碳酸鎂等硬度鹽類，其溶解度都是隨著溫度的升高而減小，因此水溫越高越易析出，同時(shí)分子活動(dòng)也隨溫度的上升越加活潑，水垢的附著速度也越高。換熱器發(fā)生污堵會(huì)導(dǎo)致惡性循環(huán)，使溫差更加變大，而溫度上升后結(jié)垢現(xiàn)象更加明顯，生產(chǎn)裝置負(fù)荷的調(diào)整也會(huì)受到更大的影響。

2017 年5 月的檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)各別換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，進(jìn)行水垢清理后，進(jìn)出水溫差有所下降，隨機(jī)抽取4 個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比，溫差對(duì)比見圖2。

圖2 某換熱器溫差對(duì)比圖

由原來的22.97 ℃下降至目前的16.31 ℃，平均溫差下降了6.66 ℃，換熱效果達(dá)到預(yù)期效果，同時(shí)進(jìn)出水溫度也有所下降，效果比較理想。

4 結(jié)語

（1）結(jié)合工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，定期對(duì)填料、水泵和風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查和監(jiān)測；

（2）通過技術(shù)改造增加監(jiān)測換熱器，定期監(jiān)測是否存在結(jié)垢或腐蝕情況；

（3）強(qiáng)化操作，參考分析數(shù)據(jù)及時(shí)控制藥劑的加入量。

采取以上措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)填料老化對(duì)涼水塔的影響，并且可在發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備的異常情況發(fā)生時(shí)，采取相應(yīng)手段，降低運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)；保證運(yùn)行安全的同時(shí)，降低運(yùn)行成本，為生產(chǎn)裝置區(qū)的穩(wěn)定運(yùn)行提供良好的后勤保障。