石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化運行措施研究

馮彥（中國石油天然氣股份有限公司呼和浩特石化分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)（recirculating cooling water system）是一種冷卻水換熱水并經(jīng)降溫，再循環(huán)使用的給水系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對冷卻水的循環(huán)使用，能夠大大降低生產(chǎn)過程中冷卻水的用量，在石油煉制中發(fā)揮著非常重要的作用。循環(huán)水在工業(yè)設(shè)備和冷卻塔之間的循環(huán)是通過水泵來驅(qū)動的，需要耗用大量電能，泵的揚程和流量一般都有富余.必然系統(tǒng)具有大量的多余水流能量，而用于循環(huán)水補水的新鮮水約占全廠新鮮水總耗量的20%-40%，因此循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行，有效降低能耗水耗是當前石油石化企業(yè)面臨的一個重要問題。

1 石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)工作原理

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，冷卻水在循環(huán)泵的工作下被送入各個系統(tǒng)中，然后在換熱器、冷卻工藝熱介質(zhì)的作用下水溫升高成為熱水，帶走系統(tǒng)中的廢熱。然后熱水在水泵工作下被送往冷卻塔頂部，由布水管道噴淋到塔內(nèi)填料上冷卻，將水中熱量排除到自然環(huán)境當中，水溫下降變?yōu)槔渌?，然后再次回到系統(tǒng)中進行循環(huán)使用。

2 石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行常見問題

2.1 水冷器運行問題

(1)部分水冷器循環(huán)水出口溫度偏高。主要由于工藝側(cè)溫度偏高導(dǎo)致，易導(dǎo)致藥劑分解，并且會造成水冷器管程內(nèi)結(jié)垢速率增加，阻力系數(shù)增大，昀終導(dǎo)致工藝測物流夏季冷卻困難，循環(huán)水系統(tǒng)管網(wǎng)壓降增大、循環(huán)水泵電耗增加等系統(tǒng)問題。

(2)水冷器水側(cè)流速偏低，未做管理要求，水側(cè)流速偏低導(dǎo)致結(jié)垢趨勢加快，導(dǎo)致壓降增大、冷卻效果不佳和垢下腐蝕，甚至造成水冷器泄漏。隨之而來循環(huán)水系統(tǒng)用大量新鮮水置換，造成水資源的嚴重浪費。

(3)水冷器熱流換后溫度有調(diào)整空間，存在過冷狀況，導(dǎo)致部分循環(huán)水用量較多。

(4)部分水冷器循環(huán)水進出口溫差較小，存在系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化的潛力。

2.2 供水壓力及系統(tǒng)壓降問題

循環(huán)水場的供水壓力普遍偏高，均在0.5MPa以上，供水壓力高，水泵耗電量大。通過一定的優(yōu)化手段，一般煉油企業(yè)循環(huán)水場的供水壓力可以優(yōu)化至0.4MPa左右。

2.3 循環(huán)水溫差

（1）換熱器設(shè)計不合理，傳熱系數(shù)低、換熱面積小、流速低容易積垢都會導(dǎo)致循環(huán)水溫差減小；

（2）工藝介質(zhì)本身性質(zhì)傳熱系數(shù)低，導(dǎo)致循環(huán)水出口溫度較低，出入口溫差不大；

（3）系統(tǒng)管理工作不到位，如冷卻水水質(zhì)降低導(dǎo)致比熱容下降、沒有根據(jù)實際生產(chǎn)情況調(diào)節(jié)循環(huán)水量、為了提高溫差而降低循環(huán)水出口閥流速導(dǎo)致污垢沉積管道內(nèi)表面等。

2.4 其他因素

夏季氣溫較高的情況下為了達到有效的冷卻效果，往往需要使用軸流風機進行冷卻水的降溫而消耗大量電能。冬季對水冷的需求負荷較低，循環(huán)水供水溫度越低，水冷器換熱效率越高，對循環(huán)水量的需求越小，將導(dǎo)致對水冷器循環(huán)水流量調(diào)控的越小，將加速結(jié)垢的形成，造成惡性循環(huán)，水冷器結(jié)垢越來越嚴重，更加要求循環(huán)水場降低供水溫度，增大供水壓力，冬季供水溫度較低，也不利于長周期運行。又如，循環(huán)系統(tǒng)中離心泵的運行效率能夠影響電能的消耗量，冷卻水過濾系統(tǒng)的運行效率能夠影響水消耗量。

3 石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化措施

針對石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)當前的能耗及運行現(xiàn)狀，本文從系統(tǒng)優(yōu)化角度進行了討論和研究。在用戶端和供水端均有一定的優(yōu)化潛力情況下，無論從節(jié)能需求還是提高水冷器長周期運行降低泄漏風險，都需從系統(tǒng)角度進行分析和改進。

3.1 多目標優(yōu)化的科學(xué)合理用水

通過對重點、關(guān)鍵水冷器能用水量進行詳細核算，來達到合理用水的效果。首先，通過運用智能化信息化技術(shù)收集實時監(jiān)控水冷器所采集的流速、壁溫及出口溫度等關(guān)鍵指標。然后在滿足生產(chǎn)工藝所需的側(cè)冷后溫度的基礎(chǔ)上，使用專業(yè)軟件對系統(tǒng)中的重點、關(guān)鍵水冷器的用水量進行核算，計算出符合相關(guān)標準規(guī)范的合理水側(cè)流速、壁溫、出水溫度等參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出一套多目標優(yōu)化的科學(xué)合理用水方法，在確保水冷器長周期安全運行的同時實現(xiàn)節(jié)約用水。

在計算用水量的過程中，需要結(jié)合工藝冷卻要求和實際工況，對于冷卻效果不佳或易腐蝕的冷卻器要重點進行分析，并對水量糾偏調(diào)整方案進行討論。然后通過總結(jié)所有相關(guān)數(shù)據(jù)，對整個循環(huán)水系統(tǒng)及各單元的供回水進行糾偏調(diào)整，科學(xué)合理的優(yōu)化控制整個系統(tǒng)的上回水溫差。

3.2 降低系統(tǒng)局部壓損

對用戶端水冷器和循環(huán)水管網(wǎng)的不合理降壓問題進行分析，找出導(dǎo)致壓力損失的主要原因，如用戶端水冷器流速不合適、結(jié)垢、換熱器選型流量分配不當，循環(huán)水管網(wǎng)損壞等。用戶端水冷器主要從以下幾個方面進行分析：（1）控制方式不合理，例如用熱旁路控制工藝側(cè)溫度，冬季時需要冷卻負荷減少，循環(huán)水流速低導(dǎo)致結(jié)垢；（2）進出口溫度控制不合理，例如全廠大部分冷卻器進出口溫度執(zhí)行一個標準，導(dǎo)致某些換熱器循環(huán)水流速低易結(jié)垢；（3）工藝側(cè)入口溫度高使得管壁溫度高，導(dǎo)致?lián)Q熱器結(jié)垢等；（4）換熱器選型與實際工況變化，導(dǎo)致實際工況下水量分配不佳壓降較大等。對循環(huán)水管網(wǎng)的分析主要是利用專業(yè)軟件查找沿程損失和局部損失較大的部位并采取措施進行改造、維護。

3.3 以新的水量揚程等參數(shù)定制高效水泵

首先，結(jié)合用戶端和管網(wǎng)的核算及調(diào)整分析數(shù)據(jù)，提出兩套循環(huán)水系統(tǒng)合理的循環(huán)量及壓力要求，然后通過循環(huán)水系統(tǒng)降壓試驗進行現(xiàn)場驗證。在降壓試驗中，需要在關(guān)鍵線路上設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的臨時監(jiān)控點（臨時壓力表和便攜式流量測試）對各段實際運行數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和校核計算模型。第二，在保證水冷器冷卻效果良好的前提下，結(jié)合降壓試驗結(jié)果確定循環(huán)水系統(tǒng)的實際需求流量和壓力，然后再結(jié)合全年運行數(shù)據(jù)，定循環(huán)水泵的選型條件。第三，明確高效水泵定制要求，根據(jù)以理論核算結(jié)果以及降壓試驗驗證數(shù)據(jù)，在保證合理流量和揚程下選擇高效水泵替代現(xiàn)有水泵，針對個別裝置關(guān)鍵線路水冷器增上借力泵。第四，在改造完成后再次進行試驗工況下運行，確保水泵的實際效率得到提高。

3.4 實時監(jiān)測診斷與優(yōu)化操作

在循環(huán)水系統(tǒng)改造的基礎(chǔ)上，建立起能夠?qū)崟r監(jiān)測診斷與優(yōu)化操作的軟件系統(tǒng)，保障循環(huán)水系統(tǒng)安全長周期運行，降低系統(tǒng)運行的能耗，獲得循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運行的效益。該系統(tǒng)的建設(shè)主要通過流程模擬、優(yōu)化和計算機技術(shù)等現(xiàn)代化專業(yè)技術(shù)有機結(jié)合，實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)（包括換熱設(shè)備、循環(huán)水場、管網(wǎng)等）的在線監(jiān)測、診斷和優(yōu)化，在線模擬和監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀況，從而有效的診斷出循環(huán)冷卻系統(tǒng)中存在的問題并實時給出操作優(yōu)化調(diào)整指導(dǎo)方案，實現(xiàn)循環(huán)水的科學(xué)化管理。

4 某石油煉制企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化措施成效

（1）建立了一套科學(xué)合理用水的操作方法，有利于加強水冷器的運行管理，降低水冷器漏油和壓降增大風險，提高水冷器運行安全性，水冷器泄露發(fā)現(xiàn)率提高70%。

（2）軟件監(jiān)控的信息化管理平臺，達到了對水冷器及循環(huán)水系統(tǒng)的智能化管理。

（3）通過科學(xué)用水方法，合理優(yōu)化控制循環(huán)水系統(tǒng)總溫差，達到合理節(jié)水的目的，比實施前節(jié)水10%以上；利用高效水泵節(jié)電率可達20%，年節(jié)能效益300萬元。

5 結(jié)語

綜上所述，在石油煉制中，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化控制能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)化管理，進而降低能耗水耗，提高資源利用效率，對石油企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)有著重要意義。