分析石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：在石油煉制過程中，必然會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這些多余的熱量如果排除不暢將會(huì)造成其他嚴(yán)重問題，于是將循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)用其中，能夠降低石油煉制過程中的溫度。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠?qū)⑺M(jìn)行循環(huán)利用，從而符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的理念，但是在應(yīng)用過程中容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象，當(dāng)垢量達(dá)到一定程度之后會(huì)影響降溫效果，還會(huì)增加系統(tǒng)的耗電量，所以急需能夠?qū)Y(jié)垢進(jìn)行控制。文章首先對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析，然后再分析當(dāng)前循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在應(yīng)用過程中的問題，通過總結(jié)發(fā)現(xiàn)結(jié)垢問題屬于主要問題，于是文章將使用文獻(xiàn)研究的方式，總結(jié)了5種結(jié)垢控制方式。目的在于增強(qiáng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在石油煉制過程中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：循環(huán)冷卻水系統(tǒng);石油煉制;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TQ085+.2;TE62

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）08-0148-04

Analysis of the Application of Circulating Cooling Water Systemin Petro eum Refining

MA Yong-hong

（Petrochina Qinghai Yushu Sales Branch， Yushu Qinghai 815000，China）

Abstract： In the process of petroleum refining， a lot of heat will inevitably he generated. If this heat is not dis-charged， it will cause other serious problems. Therefore. the use of circulating cooling water systems can reduce thetemperature during the petroleum refining process. The circulating cooling water system can recycle water. whichis in line with the current energy-saving and environmental protection concept， but it is easy to produce scalingduring the application process. When the scale reaches a certain level. it will affect the cooling effect and increasethe power consumption of the system.So there is an urgent need to he ahle to control the scaling. Therefore， the pa-per first analyzes the working pnnciple of the circulating cooling water system， and then analyzes the problems ofthe current circulating cooling water system in the application process. Through summary， it is found that the scal-ing problem is the main problem， so the paper will use the method of literature research to summarize five methodsof scaling control. The purpose is to enhance the application effect of circulating cooling water system in petroleumrefining process.

Key words ： circulating cooling water system; petroleum refining; application

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要作用在于實(shí)現(xiàn)降溫，是將冷水換熱水達(dá)到降溫的作用，并且會(huì)將水進(jìn)行循環(huán)使用的一個(gè)系統(tǒng)[1]。由于該系統(tǒng)能夠?qū)鋮s水進(jìn)行循環(huán)使用，于是可以降低水的用量，該系統(tǒng)在石油煉制中有著很重要作用[2]。但是系統(tǒng)在應(yīng)用過程中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，于是為了提高循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在石油煉制中的作用，文章將對(duì)其該系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在應(yīng)用過程中問題，從而提出相應(yīng)的措施，使其在石油煉制中發(fā)揮更重要的作用，從而有利于石油企業(yè)的發(fā)展。

1石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工作原理

首先循環(huán)泵會(huì)將冷卻水送到不同的系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的冷卻水會(huì)被冷卻工藝熱介質(zhì)、換熱器等作用下加熱，冷卻水就會(huì)變?yōu)闊崴?，然后這些熱水同樣會(huì)被水泵帶到冷卻塔頂部，熱水會(huì)被布水管道噴淋到冷卻塔內(nèi)的填料上進(jìn)行冷卻，即將熱水變?yōu)槔渌瑢⑺械臒崤诺阶匀画h(huán)境中，這些冷水將會(huì)再次被水泵送到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)降溫作用[3-4]。這種方式使得水可以進(jìn)行循環(huán)使用，大大節(jié)約了水用量，從而起到降溫節(jié)能環(huán)保的作用。

2系統(tǒng)常見問題

2.1冷水器運(yùn)行問題

1）有些水冷器的出水口溫度比較高。出現(xiàn)這種的原因最主要是工藝測(cè)溫度偏高，會(huì)增加水冷器管程中的內(nèi)結(jié)垢速率，于是就會(huì)增加水流阻力系數(shù)，夏季時(shí)對(duì)水進(jìn)行冷卻就會(huì)變得比較困難，另外，還會(huì)增加系統(tǒng)管網(wǎng)壓降，增加水泵耗電等問題。

2）使用冷卻水進(jìn)行降溫時(shí)，換流水溫度有調(diào)整空間，使得出口水的水溫度比較低，就會(huì)增加部分循環(huán)用水的量。

3）水冷器的水流速度比較低，會(huì)增加結(jié)垢的速度，還會(huì)造成壓降增大、垢下腐蝕等缺陷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使得水冷器出現(xiàn)泄漏，于是需要使用大量新水進(jìn)行置換，這樣還會(huì)造成水資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

4）有些水冷器循環(huán)水進(jìn)出口溫差非常小，于是就會(huì)達(dá)不到系統(tǒng)的降溫目的，需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理。

2.2供水壓力和系統(tǒng)降壓?jiǎn)栴}

一般情況下，循環(huán)水場(chǎng)的供水壓力都比較高，于是就會(huì)造成水泵的耗電比較大。可以通過一些優(yōu)化方式，能夠?qū)⒐┧畨毫档偷酱蠹s0.4MPa，比不優(yōu)化的供水壓力至少小0.1MPa。

2.3循環(huán)水溫差

1）換熱器的設(shè)計(jì)存在問題，其傳熱系數(shù)比較低，并且流速比較小，再加上換熱面積還小，于是就會(huì)導(dǎo)致積垢，從而導(dǎo)致循環(huán)水溫度差比較小，沒有帶出大量的熱量。

2）所使用的工藝介質(zhì)不合理，其傳熱系數(shù)比較低，于是就會(huì)導(dǎo)致出水口的溫度不高，就會(huì)使得循環(huán)水溫差過小。

3）系統(tǒng)管理工作存在疏漏，比如為了提高溫差降低水流流速而導(dǎo)致污垢沉積，沒有根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況將循環(huán)水量進(jìn)行調(diào)整等這些情況都會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

2.4其他因素

夏季由于溫度過高，往往使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的應(yīng)用效果不是很好，主要是增加了冷卻水的難度，于是為了提高冷卻水的降溫效果，會(huì)使用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行降溫，于是就會(huì)消耗大量的電能。而冬季不需要提高冷卻水的降溫效果，而是要降低換熱的效率，即對(duì)循環(huán)水的需求會(huì)比較少，所以會(huì)將流速調(diào)控到很小的范圍，這樣就會(huì)加速結(jié)垢形成。

通過上文分析，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在不同方面的問題，很多問題都會(huì)造成系統(tǒng)管道內(nèi)出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，于是就會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)行。所以文章分析了幾種結(jié)垢控制方法，主要目的在于降低系統(tǒng)運(yùn)行過程中的結(jié)垢程度。

3結(jié)垢控制方法

由于石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)比較容易結(jié)垢，會(huì)造成水流阻力系數(shù)增大、循環(huán)水溫差過小、垢下腐蝕、耗電等缺陷，最終影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，于是有必要對(duì)結(jié)垢進(jìn)行控制。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的不斷研究，提出了基于多參數(shù)分析的結(jié)垢控制方法。文章將對(duì)這些控制方法進(jìn)行分析，從而提高應(yīng)用效果，使得循環(huán)冷卻水系統(tǒng)能夠降低結(jié)垢程度，在石油煉制過程中發(fā)揮更好的應(yīng)用效果。

3.1pH值調(diào)節(jié)法

pH值調(diào)節(jié)法就是在循環(huán)水中加入酸，來降低pH值，因?yàn)樗薪Y(jié)垢屬于堿性物質(zhì)，當(dāng)其濃度降到一定范圍之后，就可以降低碳酸鹽的硬度。確定pH值上下限，這些需要使用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得到。

圖1即為循環(huán)冷卻水的pH值與全堿度的關(guān)系曲線，該曲線的得到是在理想情況下得到的，即冷卻水不會(huì)受到其他因素的影響。但是在實(shí)際情況中，該系統(tǒng)是敞開體系，水必然會(huì)與二氧化碳進(jìn)行反應(yīng)，于是就會(huì)使得碳酸化合物之間的平衡關(guān)系發(fā)生變化，所以全堿度和實(shí)際pH值會(huì)發(fā)生變化。有學(xué)者對(duì)阻垢緩蝕復(fù)合配方進(jìn)行研究，其中將pH值設(shè)定在9.3-8.6之間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，管內(nèi)沒有明顯出現(xiàn)污垢，可見其復(fù)合配方具有有效性[5]。

pH調(diào)節(jié)法所得到的pH值范圍比較狹窄，就會(huì)降低其安全性，而且不利于操作管理，另外使用這種方式控制結(jié)垢程度還需要安裝加酸裝置，還需要對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，于是就會(huì)增加系統(tǒng)的成本。在實(shí)際的應(yīng)用過程中會(huì)使用排污或者間歇性加酸降低循環(huán)水pH值，將其值控制在上限范圍之內(nèi)。

3.2控制電導(dǎo)法

由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中循環(huán)水含有離子狀態(tài)存在的物質(zhì)，這種物質(zhì)能夠?qū)щ姡梢酝ㄟ^電導(dǎo)率來衡量水中的含鹽量。當(dāng)循環(huán)水處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其電導(dǎo)率將處于1個(gè)范圍內(nèi)，該范圍作為循環(huán)水運(yùn)行的參考依據(jù)，這種方式會(huì)非常簡(jiǎn)單、快捷。

水中離子含量、種類和水溫都會(huì)影響到電導(dǎo)率的大小，當(dāng)改變離子含量和種類時(shí)，會(huì)使得電導(dǎo)率發(fā)生變動(dòng)。所以，如果只將電導(dǎo)率控制結(jié)垢程度，那么就不能得到一個(gè)合適的濃縮倍數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)濃縮倍數(shù)升高時(shí)，循環(huán)水的電導(dǎo)率不會(huì)發(fā)生等比例增加，所以預(yù)計(jì)電導(dǎo)率將會(huì)比較困難。表1為部分補(bǔ)充水電導(dǎo)率、循環(huán)水電導(dǎo)率和實(shí)際濃縮倍數(shù)。

3.3差值法

差值法常見的形式可以用△A和△B進(jìn)行表示，其公式如下所示：

△A=

△B=

其中，c（Cl-，x）和c（Cl-，Bu）分別表示的是循環(huán)水和補(bǔ)充水的氯離子的濃度，c（JD，X）和c（JD，Bu）分別表示的是循環(huán)水和補(bǔ)充水的堿度，c（Ca2+，X）和c（Ca2+Bu）分別表示的是循環(huán)水和補(bǔ)充水鈣離子的濃度。濃度單位和堿度單位統(tǒng)一使用mol/L。

通過計(jì)算之后，當(dāng)△A≤0.2時(shí)，可以說明水中碳酸鈣處于未飽和狀態(tài)，有溶解CaCO3固體的傾向，反之當(dāng)△A>0.2時(shí)，可以說明水中碳酸鈣處于過飽和狀態(tài)，有析出CaCO3固體的傾向。當(dāng)在水中加入酸時(shí)，就會(huì)發(fā)生某些反應(yīng)，然后再計(jì)算出△B，當(dāng)時(shí)△B>0.2，可以說明水中碳酸鈣處于過飽和狀態(tài)，有析出CaCO3固體的傾向。所以在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用中水作為補(bǔ)充水時(shí)，使用加酸的方式控制結(jié)垢現(xiàn)象比較好。

在應(yīng)用差值法判斷結(jié)垢傾向時(shí)，由于其判斷界限是1個(gè)小型試驗(yàn)值，所以需要注意的是在實(shí)際工程中要乘以1個(gè)小于1的系數(shù)，該系數(shù)可以在0.8-0.85之間。然而差值法也存在一定的缺陷，當(dāng)通過加氯殺菌或者多水源取水時(shí)就會(huì)影響水中氯根的變化，造成界限值出現(xiàn)誤差，難以判斷出結(jié)垢傾向。但是在多水源取水情況下，如果知道比例和水質(zhì)，那么就能夠使用混合水的動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，能夠使用差值法進(jìn)行判斷，讓△B=0.2時(shí)的循環(huán)水鈣硬度值和全堿相加當(dāng)做現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的上限，可以間接性的使用差值法。

在使用差值法時(shí)需要知道當(dāng)補(bǔ)充水的堿度和硬度越高時(shí)，對(duì)結(jié)垢的判斷結(jié)果其靈敏度將會(huì)越低，如表2所示，其中的水量設(shè)置為200L。

3.4控制濃縮倍數(shù)法

通過使用靜態(tài)阻垢實(shí)驗(yàn)，能夠獲取極限濃縮倍數(shù)，對(duì)該濃縮倍數(shù)進(jìn)行控制，將其低于極限值，就可以控制結(jié)垢量，這是目前1種比較常見的結(jié)垢控制方法。

在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用低硬度、低堿度的補(bǔ)充水時(shí)，如果濃縮倍數(shù)為3-4之間，即可以判斷出該水屬于腐蝕性水質(zhì)，在判斷過程中需要使用到Langelier指數(shù)和Rvznar指數(shù)。對(duì)循環(huán)水進(jìn)行管理時(shí)，比較重要的管理內(nèi)容為對(duì)藻類滋生和腐蝕進(jìn)行控制，將濃縮倍數(shù)控制在低于極限值的范圍內(nèi)，就會(huì)降低系統(tǒng)結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)。有學(xué)者對(duì)阻垢緩蝕劑的性能進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)試，其中使用的水為河水，實(shí)驗(yàn)試件設(shè)置為340h，然后控制濃縮倍數(shù)為4，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究之后，管中沒有比較明顯的沉積物和腐蝕，即說明能夠降低循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢量[6]。

如果將中水（再生水）作為補(bǔ)充水，該水的硬度和堿度都比較高，濃度倍數(shù)雖然比極限濃度倍數(shù)低，但是并沒有低多少，于是其結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)還是比較大。有學(xué)者就對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行過分析，發(fā)現(xiàn)污垢沉積率比較高，管內(nèi)出現(xiàn)明顯的結(jié)垢現(xiàn)象[7-9]。

所以當(dāng)使用中水作為補(bǔ)充水時(shí)，需要對(duì)△A和△B進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)其中一個(gè)值增大之后，就需要將濃縮倍數(shù)降低，然后將此時(shí)的全堿度加上鈣硬度的值當(dāng)做控制上限。

3.5污垢熱阻法

污垢分析模型在1959年被提出，該模型的構(gòu)建奠定了污垢熱阻研究的理論基礎(chǔ)。該方式的應(yīng)用較為簡(jiǎn)單，而且能夠直觀的反映出循環(huán)水的穩(wěn)定程度，但是其也存在缺陷，比如具有滯后性。污垢分析模型如下所示：

r污=

其中，L表示的是有效熱換管長(zhǎng)度，di表示的是管內(nèi)直徑，L和di的單位為m;r污表示的是瞬時(shí)污垢熱阻，r清清表示的是清潔管熱阻，r污和r清的單位為m2·K/W，G表示的是冷卻水流量，其單位用L/h表示;T表示的是蒸汽溫度，t出和t進(jìn)分別表示的是冷卻水出口和進(jìn)口的溫度，T、t出和t進(jìn)的單位都為℃。

通過相關(guān)的規(guī)范設(shè)計(jì)表示，熱阻值在1.72x10-4～3.44x10-4m2·K/W范圍內(nèi)時(shí)最為適宜，當(dāng)前其針對(duì)的是敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。有學(xué)者對(duì)污垢熱阻進(jìn)行判斷結(jié)垢傾向，其將濃縮倍數(shù)設(shè)置為4，然后結(jié)果表示，管壁上出現(xiàn)的垢量非常少，只存在此部分管壁上。

通過上面的分析可知，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中使用中水時(shí)，只使用1種控制方式很難對(duì)結(jié)垢進(jìn)行控制。如果使用復(fù)合型的控制方式，即將幾種控制方式進(jìn)行結(jié)合使用，如使用pH值調(diào)節(jié)法將循環(huán)水的pH值控制在較為合理的范圍內(nèi)，然后觀察△B的趨勢(shì)，得到控制上限，于是可以更好的控制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的結(jié)垢量。而且還需要注意在投放阻垢劑時(shí)要均勻放入到水中。

4結(jié)語

對(duì)石油煉制循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的垢能夠降低和控制，主要作用在于帶走系統(tǒng)中的廢熱，達(dá)到給系統(tǒng)設(shè)備降溫的作用，然而在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中容易出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，于是文章提出了幾種結(jié)垢控制方式，這幾種方式具有較好的控制作用，可以提高系統(tǒng)的使用壽命和使用效果，從而在石油煉制過程增強(qiáng)使用加工的質(zhì)量和效率。如今隨著大數(shù)據(jù)的不斷應(yīng)用，對(duì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將會(huì)提高對(duì)結(jié)垢控制的作用。

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收稿日期：2020-04-13

作者簡(jiǎn)介：馬永紅（1984-），女，漢族，青海人，中級(jí)經(jīng)濟(jì)師，主要從事人事、薪酬與行政管理工作。