循环冷却水工艺在化工企业的应用

31
随着国内工业的迅速发展，工业用水在总用水量中所占比重逐年提高，加剧了淡水资源的紧缺程度。

在工业用水总量中，冷却水用量约占全部用水量的50%~60%，在化工、炼油、电力等企业中冷却水用量约占80%以上，如果将占优势比重的冷却水尽量循环使用，则可以节约大量的水资源。

为节约淡水资源，企业应将重点放在工艺选型和运行管理2个方面，本文从这两个方面分别对海水冷却密闭式循环水系统和敞开式循环水系统做相应的分析。

1 工艺流程介绍1.1 海水冷却闭式循环水
循环水系统：采用脱盐水闭路循环，装置来的43℃循环水与海水管网来的海水经海水板式换热器换热后将温度降至33℃，循环水进入循环水母管由循环水泵增压到0.45MPa送至各装置，当管网压力不足时补充氮气或一级除盐水至稳压罐，以维持管网
设定压力（见图1）。

图1 海水冷却闭式循环水工艺流程简图
海水系统：海水取水主要用来直流冷却，采用邻近海域海水，海水泵房设旋转滤网对海水进行物理拦截处理，海水经海水提升泵加压后，通过管道送入自清洗过滤器滤除海水中的杂物（如藻类、贝类、小型鱼蟹等），后经海水板式换热器与循环冷却水进行热交换后排放（见图1）。

1.2 敞开式循环冷却水
装置换热后的高温热水，大部分经回水管网送往冷却塔湿段，由布水管道喷淋到塔内填料上，在填料间通道内，水形成很薄的水膜或溅散成细小的水滴，从上而下流动，有2%~3%的高温热水则进入旁滤进行过滤，以降低循环水中的悬浮物（SS）和浊度，过滤后的循环水进入吸水池。

冷空气则由塔底的翻板门进入塔内，并被塔顶风机抽吸上升，与落下的水滴和填料上的水膜相遇进行热交换，水滴和水膜则在下降过程中逐渐变冷，冷却后的循环水汇集在塔底水池，最后由循环水泵送至各装置换热器，如此往复（见图2）。

循环冷却水工艺在化工企业的应用
史载辉
恒力石化（大连）化工有限公司公用部 辽宁 大连 116318
摘要：结合海水冷却密闭式循环水系统和敞开式循环水系统在工艺运行、指标控制等方面的情况，对2种循环水工艺进行探讨，对运行中的监测项目进行分析并提出相应的对策，对2种工艺的优缺点进行简单的总结，并对炼化和石化公司同体量循环水运行指标进行对比。

关键词：海水冷却密闭式循环水 敞开式循环水 消雾节水冷却塔 运行管理 
Application of circulating cooling water technology in chemical enterprises
Shi Zaihui
Public Department of Hengli Petrochemical （Dalian ） Chemical Co.，Ltd ，Liaoning Dalian 116318
Abstract：In this paper，combined with our company's seawater cooling closed circulating water and open circulating water in process operation，index control and other aspects，the monitoring items in operation are analyzed and the corresponding countermeasures are put forward. The advantages and disadvantages of the two processes are briefly summarized，and the operation indexes of the same volume circulating water in refining and petrochemical companies are compared.
Keywords：Seawater cooling closed circulating water；Open circulating water；Demisting and water saving cooling tower；Operation management
32
2 冷却塔相关工作原理2.1 消雾节水冷却塔工作原理
（1）非消雾工况：百叶窗关闭，翻板门开启。

循环热水返回到冷却塔后，从设置在填料上部的喷嘴自然流下，均匀地喷淋在填料层上，与通过风机从本体侧面吸引到上部来的空气对流接触，使部分温水蒸发。

蒸发潜热被夺走的温水冷却下来汇集到塔下水池，再重新作为冷却水供往各装置。

空气从温水中夺取热量后由风机排往塔外。

（2） 消雾工况：百叶窗开启，翻板门调小开启角度。

循环温水返回冷却塔，一部分经过消雾装置预冷，直接汇入水池；另一部分经喷嘴均匀地喷淋在填料层上，与通过风机从本体侧面吸引到上部来的空气对流接触，使部分温水蒸发。

蒸发潜热被夺走的温水冷却下来汇集到塔底水池与经消雾装置冷却并汇入水池的水充分混合，重新作为冷却水供往各装置。

从填料层排出的饱和湿热空气与由消雾装置加热的干热空气混合后由风机排往塔外。

由填料层排出饱和的湿热空气②经过与消雾装置加热的空气③混合后至④状态点，然后排出塔外与环境空气混合，混合点在①-④直线上，由于①-④线不与饱和空气线相交而不会产生羽雾。

消
零节水冷却塔工作原理见图3。

图3 消雾节水冷却塔原理
2.2 循环水的冷却原理
开式循环水的冷却是通过水与空气接触，是由蒸发散热、接触散热和辐射散热三个过程共同作用的结果。

从生产装置返回的热水由布水器均匀的喷淋在填料上，在填料的作用下，水就形成很薄的水膜或溅散成细小的水滴，从上而下流动，在风机的作用下，空气由凉水塔侧面进入凉水塔的填料层，
在填料层中湿度较低且较干燥的空气与水膜或水滴交替流动，充分接触。

此时由于能量和质量不平衡，水气两相间自动地发生传热、传质过程。

一方面，因为温度差的存在，温度较高的水与温度较低的空气将发生热传导过程，从而使热水降温；另一方面，因为从塔外来的新鲜空气湿度较小，未被水分所饱和，这样空气与水膜接触时水将自发地蒸发进入空气中，至空气达到饱和为止。

由于水的蒸发会带走大量的热，从而水温进一步降低，达到冷却的目的。

3.3 冷却塔的消雾原理
雾是水汽的凝结物，大气中水汽达到饱和的原因如下：一是蒸发增加了大气中的水汽，二是空气自身的冷却。

对于雾来说冷却更重要.当空气中有凝结核时，饱和空气如继续有水汽增加或继续冷却，便会发生凝结，凝结的水滴就形成了雾。

消雾功能主要用于冬季，消雾时将上塔换热器的百叶窗全开，同时关小下塔的翻板门，此时进入下塔冷却的风量减少，下塔减少的这部分冷风则通过上塔的换热器换热，由回水管网来的高温循环水将冷风加热后变成热风进入冷却塔上部与塔底换完热的湿冷空气混合，湿冷空气遇到干热空气便会形成水珠，从而减少了湿热空气的排放，起到了消雾效果。

3 运行中需注意的相关问题及对策3.1 监测与控制的项目 
（1）p H ：循环冷却水运行时的p H 控制在7.0~9.2之间，该范围的水大体上属中性或弱碱性，冷却水的腐蚀随pH值上升而下降。

（2）悬浮物、浊度：易造成污泥沉积，一般要求≤20mg/L，使用板式、翅片式和螺旋式换热器宜≤10mg/L。

（3）含盐量（以电导率计）：含盐量是指冷却水中溶解盐类的总浓度，含盐量是衡量水质的一个重要指标，应控制≤2000mg/L。

（4）细菌总数：控制循环水中总菌数<5×105
个/mL。

（5）碱度：根据碳酸钙饱和指数进行控制，一般不宜超过400mg/L。

（6）硫酸根浓度：易引起腐蚀，可以与水中的钙离子生成硫酸钙垢，控制水中SO 42-+ Cl -<1500 mg/L。

（7）氯离子的浓度：Cl -能破坏碳钢、不锈钢和铝等金属表面的钝化膜，主要是缝隙腐蚀、点蚀和应力腐蚀。

在使用不锈钢较多的系统中≤300mg/L，碳钢设备系统中≤1000mg/L。

（8）铜离子浓度：能引起点蚀和局部腐蚀，应控制≤0.1 mg/L。

（9）总铁（Fe 2+、Fe 3+）浓度：催化结晶过
程，本身可成为黏性很强的污垢，导致局部腐蚀，循环水中总铁质量浓度一般≤1mg/L。

（10）浓缩倍数的控制：提高浓缩倍数可以降低补水量及用药量、节约用水，减少水处理成本，但提高浓缩倍数又会增加循环冷却水结垢和腐蚀的倾向，需根据水质状况、运行条件及水处理药剂性能控制一定的浓缩倍数。

（11）钙离子的控制：结垢的主要成分，Ca2+的质量浓度应≤140 mg/L。

3.2 循环冷却水运行数据超标处理措施：
（1）碱度、pH值超标：通过加酸控制（通常加硫酸）；增加排污量和补水量。

（2）悬浮物、浊度过高：检查旁滤系统是否正常；控制补水浊度；控制微生物繁殖投加杀菌剂；铜离子超标：投加适量的铜缓蚀剂；总铁（Fe2+、Fe3+）超标：投加除氧剂、投加缓蚀剂、若是垢下腐蚀应增加杀菌灭藻剂和粘泥剥离剂；出现结垢倾向时投加适量的H2SO4，适当降低冷却水的pH值进行不停机清洗，改变药剂配方，降低浓缩倍数。

4 海水冷却闭式循环水和敞开式循环水优缺点
循环水优缺点对比见表1。

5 同体量循环水运行指标对比
运行指标对比（11万t/h循环量）见表2。

表1 循环水优缺点对比
　海水冷却密闭式循环水敞开式循环水
优点1.密闭系统，损耗小，补水量小2～5t/h 1.布置紧凑，投资成本较低
2.脱盐水做补水，水质稳定，药耗少 2.运行维护量较大
3.冬天海水温度低时运行成本随之降低（电耗、药耗）
3.风吹损失小，冷却效果好，稳定，系统缓冲能力比较大
4.运行维护量小
缺点1.适用于沿海地区，投资费用较高 1.蒸发量大，系统补水量大
2.低流速部位易发生局部沉积和腐蚀 2.受浓缩倍数限制，系统排水量较大
3.系统缓冲能力有限，压力及补水量有限 3.水体与大气接触易受灰尘、微生物等污染
4.换热器材质要求较高，需钛材 4.运行成本较高（药剂，电耗，水耗）
5.海水系统管道防腐要求较高 5.浓缩倍数高增加了水体的腐蚀和结垢倾向
6.换热器海水侧易污堵，清理量大 6.冬季消雾操作时需对系统做大的调整，易受塔顶排出湿热
回流空气影响
7.密闭系统水温适宜，微生物易繁殖
表2 运行指标对比（11万t/h循环量）
对比项目海水冷却密闭式循环水系统敞开式循环水系统
耗电/（kW·h）
每小时耗电 10500每小时耗电 17500
年耗电 9198×104年耗电 15695×104
耗水/kt一级除盐水：290，海水冷却水109500生产水 10520
加药费/万元260300
年运行费用合计/万元63917320
注：相关数据以炼化闭式循环水和乙烯开式循环水作为对比，按年运行8760h，电费0.3元/（kw·h），生产水水费2.2元/t，除盐水3元/t，海水0.03元/t计算。

 
6 结束语
通过表1和表2可以看出，海水冷却密闭式循环水要比敞开式循环水优异，但是海水冷却密闭式循环水受地域限制较大，因此选用何种方式的循环水需综合考虑，其次，对于循环冷却水系统而言“三分药剂，七分管理”，海水冷却密闭式循环水在控制好水质的前提下，应根据海水温度及装置运行负荷，对水泵运行数量及药剂投加量做相应的调整，而敞开式循环水在控制好水质的同时保证除雾效果，合理的投运风机、水泵、含盐废水的回用、控制好水体的浓缩倍数等相关运行指标则需要每一位管理人员进一步的探索。

参考文献 
[1]金熙，项成林，齐冬子.工业水处理技术问答[M].第4版.北京：化学工业出版社.
33。