工业循环冷却水系统节水技术及应用

工业循环冷却水系统节水技术及应用

摘要：石油化工行业中工业循环冷却水系统是水资源消耗极大的部分，占工业

水总消耗的50%以上。在目前的绿色环保形势下，循环冷却水装置如何节水是化

工行业节水的重点。本文根据石油化工企业循环冷却水系统特点，对目前大部分

循环水装置的运行进行了分析，分析了各种节水措施和技术的优缺点，并对本企

业的节水方法做以梳理，供以交流。

关键词：循环冷却水；节水；热泵；石化行业

水以其自身的特点已经成为工业生产中重要的组成部分，冷却水的循环利用

已经成为目前非常普遍的技术。目前，全国多数循环冷却水装置使用敞开式循环

冷却水系统，即冷却水的冷却过程直接与外界接触交换，此种系统由换热器设备（换热器、冷凝器）冷却设备（冷却塔、空气冷却器）、外供设备（水泵）、管道、和其它有关设备组成的。

敞开式循环冷却水的冷却原理是：冷却水通过冷却塔内填料，最大程度的增

加与空气的接触面积，通过水分蒸发、与填料进行接触散热和辐射散热三个过程

达到降低水温的效果。

1）蒸发散热。即通过冷却水的蒸发过程，使水汽从水中带走汽化所需的热量。冷却塔等冷却装置只是增加冷却水与空气的接触面积和强制增加与水接触的空气

的流动性，从而使水冷却。

2）接触散热。温度较高的冷却水与较低温度的空气接触，由于温差使水中的热量传到空气中去，水温得到降低。两者温差越大，效果越好。

3）辐射散热。辐射散热不需要传热介质的作用，目前对循环水散热影响较小。

目前循环冷却水系统节水、节能工作及研究也是围绕这几点开展的，主要有

以下几种。

一、海水代用

滨海城市石油化工行业多利用海水作为工业循环冷却用水，他们有的是将海

水用于工业冷却用后直排。不直接使用淡水资源是这种方法的最大特点，但该种

方法受地域限制，只有在靠近海边的地区才能使用，由于海水中盐分较大，且使

用海水做冷却水会增加换热器的结垢趋势，且一旦换热器出现介质泄露的情况，

冷却水的直排会直接对海水环境造成影响。二、敞开式循环水系统配合热泵技术热泵是一种高温热源驱动，把低温热源的热量提高到中温，从而提高系统能

源的利用效率的装置，热泵分为：电动热泵（电驱动蒸汽压缩式热泵）和热驱动

热泵（吸收式热泵）。

热泵的工作原理是利用工质（如溴化锂、氟利昂类物质）在不同的压力下有

不同的相变温度来完成热量传输，即在低压环境下进行相应的低温吸热蒸发——

进入高压环境下进行高温冷凝放热，以此来把热量从低温热源取出送往高温热源，从而实现制冷（对于吸热蒸发端）或制热（冷凝放热端）的目的。

热泵技术在敞开式循环水的应用。简单的说循环水的冷却过程采用热泵做能

量传输，就是说利用热泵技术将高温循环水冷却水回水中的热量提取，该部分热

量转移至低品质用户，例如采暖。该种方法从本质上改变了循环用冷却水的降温

方式，循环水不需要经过冷却设备，避免了蒸发散热导致的水量损失，而且避免

用于降低水温的风机使用节约了电能。例如哈尔滨石化公司目前在用的一套循环

水装置配合吸收式热泵技术，热泵机组使用蒸汽作为动力将循环水余热提取作为

家属区采暖使用。

该种方法也有一定的局限，一是在纬度较男地区，由于环境温度高，冬季家

属区不需要采暖，转移产生的低品质热量没有用户，及热泵技术只是在低品质的

热量要求上能达到节能节水的目的，品质需求高会导致热泵动力消耗增加，导致

不节能节水。二是高纬度地区冬季寒冷，低品质热能有一定的需求，但冬季运行

时降温主要依靠接触降温，不依靠蒸发散热，节水量有限。三是化工企业循环用

冷却水装置处理量较大，一般达到3—5万立/小时，而热泵的处理量只能达到0.5万立/小时，当量不匹配，且夏季运行时由于缺少低温用户导致热泵装置停运，热泵技术无法常年运行。

该方法已某石化公司立项目前正在建设，将热泵技术用于循环水装置，转移

的热量用于生活区采暖。

三、密闭式循环水冷却系统

闭式冷却系统所用的设备和装置由生产工艺和工况决定，差别很大，要求水

质也不同，一般工况要求比较苛刻，例如温度比较高，对传热效率要求比较严格等。因此密闭式冷却系统多采用软化水或除盐水以及冷凝水作为循环冷却水。循

环水通过冷却设备冷却，利用空气将热量带走，整个过程循环水仅排气时与空气

接触，蒸发飞散损失小。整个过程没有水量损失少，补充水量小，盐分浓度没有

明显变化，水损失、药剂消耗都比较小；但需要制冷设备，这个系统能耗高，不

适合处理量较大的循环冷却水系统。

四、空冷系统配合凉水塔改造

即在常规凉水塔的基础上增加板式空冷系统，循环水回水先经过空冷系统冷

却在落入填料冷却，整个过程减少循环水与空气接触，降低了蒸发损失，还有一

定的除雾防结冰效果，此技术在某公司循环水装置有类似应用。

该企业于2014年——2017年由中化工程沧州冷却技术有限公司对该厂1——

6冷却塔进行了消雾改造。本次改造方案中在冷却塔顶部原干段区的薄膜填料拆除，安装膜板式空冷器，循环水经过膜板式空冷器一次冷却，降低循环水温度，

然后在进入湿段点滴填料部分进行二次冷却。

经测试节水除雾效果明显，除雾50%，蒸发损失减小20%。但该种方法降低

了冷却塔的散热效率，进入夏季及热负荷增加时，冷却塔降温能力下降，降温后

的水温明显升高。

五、零排放技术

所谓零排污指以下两种情况

1）循环水强制排污的回收。

美国资源保护公司（RCCI）以其专有技术和设备蒸发器组成的工业废水处理

系统，对大型工矿企业，实现工业废水“零排放。”其中包括冷却水系统的“零排放。”对于工厂高含盐量的废水，用传统的处理方法很难全部回收，只能作为废水排放RCCI采用蒸发器将废水蒸发成高品质量的蒸馏水，浓缩后的废水在经过结晶器把溶解的各种盐类结晶成固体，水几乎全部回收，从而实现水的零排放。

2）循环冷却水的补水经过除碱、除硬、除盐处理。也就是说在系统中飞散损失、泄漏水量损失和补水达到一个平衡，从而使浓缩倍数稳定在一个数值，而不

进行人工强制性排污。此情况补水成本相差过大，普通工业水成本在 5.32元/吨，脱盐水成本在12.92元/吨；

3）循环冷却水装置在系统内增加水质捕捉处理器，该处理器利用自身产生的

震波，通过管路传入循环冷却水系统，起到阻垢、除垢、缓蚀、杀菌、灭藻等作用。通过使用水处理器，原有的水垢被逐渐瓦解，管路自洁自清，循环水中无需