化工水平衡的探討與研究

解振宇

(陽(yáng)煤集團(tuán)太原化工新材料有限公司，山西 太原 030000)

1 化工園區(qū)的水平衡

水在化工生產(chǎn)中的任一用水單元(設(shè)備或裝置)內(nèi)都存在著水量的平衡關(guān)系，均被作為原料和載體，同樣也可以依據(jù)質(zhì)量守恒定律，進(jìn)行質(zhì)量平衡計(jì)算，這就是水平衡。所謂的水平衡測(cè)試，就是指通過(guò)對(duì)各用水單元的實(shí)際測(cè)試、統(tǒng)計(jì)、分析、得出水量平衡關(guān)系確定各用水單元的水量值，根據(jù)其平衡關(guān)系分析用水合理程度的過(guò)程，各用水單元或系統(tǒng)輸入水量之和應(yīng)等于輸出水量之和[1-3]。

工業(yè)用水量和排水量的關(guān)系，如圖1所示，水平衡式如式(1)。

Q+A=H+P+L

(1)

圖1 工業(yè)用水量和排水量的關(guān)系

1)Q工業(yè)取水量，包括生產(chǎn)用水和生活用水，主要指建設(shè)項(xiàng)目取自用的新鮮水量，生產(chǎn)用水又分間接冷卻水、工藝用水和鍋爐給水。

工業(yè)取水量=間接冷卻水量+工藝用水量+鍋爐給水量+生活用水量。

2)C重復(fù)用水量：指項(xiàng)目?jī)?nèi)部循環(huán)使用和循序使用的總水量。

3)H耗水量：指整個(gè)項(xiàng)目消耗掉的新鮮水量總和。

2 化工項(xiàng)目用水點(diǎn)分析

化工項(xiàng)目水系統(tǒng)主要包括供水脫鹽裝置、化學(xué)水裝置、污水處理裝置、循環(huán)水系統(tǒng)、生產(chǎn)裝置工藝用水及鍋爐用水等。這幾個(gè)部分相互銜接，相互作用，決定了水系統(tǒng)是否達(dá)到平衡。

以煤化工項(xiàng)目為例，循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)充水、化學(xué)水裝置取用新鮮水及工藝用新鮮水這三個(gè)部分為該類(lèi)項(xiàng)目主要的用水點(diǎn)。結(jié)合化工園區(qū)用水特點(diǎn)，直接用于全園區(qū)的水平衡的新鮮水在總用水中所占比例較低，生活及工藝用水低于10%。新鮮水主要用于脫鹽水系統(tǒng)，占總用水的60%～70%，為下游的用水大戶(hù)鍋爐供水，其次是30%左右用于補(bǔ)充循環(huán)冷卻水。

2.1 脫鹽水系統(tǒng)

化工項(xiàng)目工藝過(guò)程中，化學(xué)水處理系統(tǒng)占著重要的地位。新鮮水通過(guò)預(yù)處理、超濾、反滲透、EDI等環(huán)節(jié)，最終產(chǎn)出生產(chǎn)蒸汽的介質(zhì)脫鹽水即除氧水。鍋爐及余熱回收裝置利用脫鹽水產(chǎn)生園區(qū)裝置所需的蒸汽，為透平設(shè)備提供動(dòng)力，通過(guò)板換調(diào)節(jié)流體溫度。在一定程度上，減少脫鹽水用量也是化工項(xiàng)目節(jié)水的主要措施，因此，合理控制脫鹽水的用量對(duì)水系統(tǒng)的平衡其很重要的作用。

2.2 循環(huán)水系統(tǒng)

在化工園區(qū)生產(chǎn)運(yùn)行中，循環(huán)水系統(tǒng)是工藝生產(chǎn)過(guò)程中的重要輔助環(huán)節(jié)。工藝裝置中流體的溫度需要靠循環(huán)冷卻水換熱控制，裝置換熱后的蒸汽凝液回送至循環(huán)水系統(tǒng)利用。為提高水的循環(huán)利用率，將通過(guò)換熱的循環(huán)冷卻水(以水或空氣為換熱介質(zhì)采用強(qiáng)制對(duì)流換熱)通過(guò)冷卻塔降溫后循環(huán)利用，進(jìn)而構(gòu)成了循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。

此外，絕大部分循環(huán)水冷卻塔均為開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)，致使經(jīng)換熱后的循環(huán)水氣在降溫過(guò)程中排到空氣中，造成循環(huán)水系統(tǒng)缺水嚴(yán)重，補(bǔ)水量多，用水所占比例最高。因而，合理控制好循環(huán)水池的液位，避免循環(huán)冷卻水系統(tǒng)大量補(bǔ)水排水，對(duì)于全廠(chǎng)水平衡影響最大。

2.3 工藝用水系統(tǒng)

化工生產(chǎn)裝置運(yùn)行過(guò)程工藝耗水，主要包括三個(gè)方面。一是產(chǎn)品含水，即由產(chǎn)品帶走的水，通常以結(jié)合水的方式帶走；二是洗滌用水和直接冷卻水，日常維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生及漏料至裝置地面需進(jìn)行地坪沖洗，對(duì)產(chǎn)品、半成品進(jìn)行調(diào)溫調(diào)濕直接冷卻；三是水處理用水，指再生水處理裝配所需用水。

3 水系統(tǒng)平衡關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)

化工水系統(tǒng)的平衡關(guān)鍵在于控制環(huán)節(jié)，同樣講究源頭控制、過(guò)程管理，末端治理。具體來(lái)說(shuō)就是增加脫鹽產(chǎn)水率，提高水的重復(fù)利用率，提高污水的回用率。

3.1 源頭水質(zhì)管控

原水水質(zhì)的好壞決定循環(huán)水系統(tǒng)的濃水倍數(shù)，也決定化學(xué)水水處理系統(tǒng)產(chǎn)水的收率，繼而決定裝置能否按要求長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，同樣決定產(chǎn)品的好壞。因此，加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，根據(jù)季節(jié)合理對(duì)原水進(jìn)行調(diào)節(jié)，管控好源頭水的PH、COD、氨氮、細(xì)菌等關(guān)鍵指標(biāo)，就大幅度的提高了前端的產(chǎn)水率，進(jìn)而減少了新鮮水的補(bǔ)水量，做好水系統(tǒng)平衡的第一步。

3.2 過(guò)程管理避免亂排亂補(bǔ)

加強(qiáng)過(guò)程控制，是指在管理各化工裝置現(xiàn)場(chǎng)跑冒滴漏的同時(shí)，兼顧避免進(jìn)行大量循環(huán)水系統(tǒng)的亂排亂補(bǔ)的行為。

提高水的循環(huán)重復(fù)利用率，主要包括循環(huán)水的重復(fù)利用率和污水回用率，其中無(wú)大量補(bǔ)新鮮水及無(wú)大量排循環(huán)水污水決定循環(huán)水的利用率。生產(chǎn)運(yùn)行中，采用多級(jí)串聯(lián)利用的工藝，水經(jīng)過(guò)初級(jí)沉淀、過(guò)濾、凈化處理，一方面將蒸汽凝液作為循環(huán)水的補(bǔ)水，另一方面可將符合循環(huán)水補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)的回用中水全部用于循環(huán)水補(bǔ)水。

此外，對(duì)于開(kāi)式循環(huán)水冷卻塔蒸發(fā)損失占其總耗水量約80%左右的比例。因此，為盡量減少循環(huán)水蒸發(fā)量，達(dá)到節(jié)水效果，選用設(shè)備時(shí)應(yīng)盡量選用閉式循環(huán)水冷卻塔。同時(shí)應(yīng)密切關(guān)注循環(huán)水系統(tǒng)的濃縮倍數(shù)，及時(shí)保證循環(huán)水有效排污，保證循環(huán)水得到應(yīng)有的置換，進(jìn)而減輕新鮮用水量的需求。

3.3 末端污水回用

對(duì)化工項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水采取雨污分流，清污分流，污污分流，分質(zhì)分級(jí)的方式進(jìn)行綜合處理。根據(jù)污水的水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)，對(duì)于水質(zhì)等級(jí)高的清凈廢水，可將其將不經(jīng)過(guò)處理或者只進(jìn)行部分處理消除影響因素后回用到用水過(guò)程中。這樣可以大大減小污水處理系統(tǒng)的負(fù)荷，降低水處理系統(tǒng)的投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高企業(yè)的用水效率。

對(duì)于天氣原因的雨季降水，應(yīng)盡量合理回收，前15 min的初期雨水按污水處理。后期雨水回收化驗(yàn)分析，根據(jù)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)水處理，根據(jù)出水水質(zhì)，也可作為循環(huán)水補(bǔ)水的重要組成部分。

污水處理優(yōu)先考慮以廢治廢的方式進(jìn)行節(jié)能治污。污水經(jīng)污水處理裝置的分級(jí)處理后的達(dá)標(biāo)排放污水，繼續(xù)進(jìn)入中水成套裝置(多介質(zhì)過(guò)濾、超濾和反滲透單元)的深度處理回用，處理后產(chǎn)生的中水可作為循環(huán)水補(bǔ)水、化工園區(qū)的綠化及裝置現(xiàn)場(chǎng)的降塵使用。當(dāng)中水的水質(zhì)較差時(shí)，通常用于夏季的工業(yè)園區(qū)綠化及馬路降溫，亦可用于備煤倉(cāng)的降塵及脫硫回收。

對(duì)于中水裝置及脫鹽裝置產(chǎn)生的濃鹽水，可直接送至濃水出鹽裝置，即所謂的零排放裝置，產(chǎn)生的回用水的用途與中水一致。

4 結(jié)語(yǔ)

化工項(xiàng)目要實(shí)現(xiàn)在減少工業(yè)水用量，同時(shí)達(dá)到水系統(tǒng)的平衡，降低噸產(chǎn)品水消耗，是一項(xiàng)極為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要進(jìn)行全面的管控。一是通過(guò)優(yōu)化水平衡，避免清凈水的浪費(fèi)，規(guī)范排放等管理手段減少原水取水量。二是通過(guò)采用各種先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)減少?gòu)U水產(chǎn)生和排放，努力提高循環(huán)冷卻水和污水回用率。

在目前的環(huán)境氛圍下，首先應(yīng)該從觀(guān)念上建立節(jié)水的意識(shí)，結(jié)合裝置特點(diǎn)開(kāi)展節(jié)水研究，進(jìn)行工藝優(yōu)化，技術(shù)管控，達(dá)到水系統(tǒng)的平衡。合理運(yùn)用新技術(shù)和新工藝，降低循環(huán)水裝置水消耗、提高污水處理的出水水質(zhì)并增加處理能力、提高中水及脫鹽水回收率，并進(jìn)一步深度處理濃鹽水回用濃鹽水。確保化工園區(qū)整體水耗進(jìn)一步降低，為行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)保障。