化工企业循环冷却水系统优化改造

化工企业循环冷却水系统优化改造

句龙1陈登云2李蓉3齐树宏4王海涛5

新疆独山子石化公司公用工程部  新疆克拉玛依 833699

摘要：某化工企业465万t／a煤制合成氨、80万t／a尿素装置于2013年１1月建成投产，采用当前国内先进的水煤浆加压气化工艺，配套宽温耐硫变换、低温甲醇洗、液氮洗、中压氨合成、CO２汽提法尿素工艺及公用工程。其中公用工程设置有3套循环冷却水场，分别用于空分装置、合成氨装置、尿素装置。本文主要分析化工企业循环冷却水系统优化改造。

关键词：循环水；浓缩倍数；封闭；水轮机

引言

暖通空调与每个人的生活息息相关，不仅关系到千家万户的冷暖，还在经济社会的发展中扮演着重要角色，是建筑节能的重要部分。在目前碳中和理念下，节能技术的应用是重点，所以，节能设计是关键环节，设计者对自己所设计的暖通空调系统是否与建筑匹配，有无仔细考量过该系统的细节，是否更优化、更节能，这都是对设计者本人的深度考问。因此，在可持续发展的战略目标下，只有让设计、建造、运行都得到质的提升，才能更好地使暖通空调节能技术在中国的节能减排中做出更大的贡献，实现绿色建筑的健康发展。

1、工艺介绍

3套循环水场均采用砼结构逆流式凉水塔，单塔冷却水量为5000m3／h，其中空分、合成、尿素循环水分别设置凉水塔3座、5座、4座。循环水流程为：循环水通过凉水塔冷却降温后进入凉水池，通过凉水池与吸水池连通管进入吸水池，之后通过循环水泵加压输送至各岗位循环水冷却器。换热之后的回水再回入凉水塔循环降温；另一路回水经旁滤器过滤之后进吸水池。3套循环水场投运后，相继出现循环水浊度高、循环水中杨絮多、装置电耗高等问题。为此，根据循环水装置实际运行情况，采取增加除铁装置、封闭凉水塔及风机驱动改为水轮机拖动等优化措施，稳定了循环水水质和降低了装置电耗，实现了循环水装置的安全、稳定、经济运行。

2、闭式循环水系统运行流程及特点

循环冷却水系统分为闭式系统和敞开式系统。闭式循环冷却水系统相较于敞开式循环冷却水系统，闭式冷却水是在密闭的回路中循环实现热交换，避免了与大气直接接触，且不会溶解氧，水质波动相对较小，使得换热器不易腐蚀，传热效率较高，因此闭式循环冷却水系统换热效果优于敞开式循环冷却水系统。因而海洋石油平台优先选用闭式循环冷却水系统，闭式循环冷却水系统主要由冷却水—化工换热器、冷却水膨胀罐、滤器、冷却水循环泵、管道及其他相关设施组成。传统开式循环水工艺中，循环水与空气接触，部分水在通过空冷塔时不断被蒸发损失掉，从而带走热量起到降温效果。闭式循环水系统的冷却塔主要以空气作为冷却介质，通过风机使换热管内的循环水得到冷却降温，整个过程中管内冷却水不和空气直接接触，因此可以大幅减少蒸发损失，达到节水效果。闭式冷却塔运行流程为：循环水先进入翅片空气预冷管束进行部分冷却，然后进入被直接喷淋的蒸发冷却管束进一步冷却。空气从下部向上进入蒸发冷却管束，再向上进入翅片空气预冷管束。风机置于设备顶部，在翅片空气预冷管束和蒸发冷却管束之间，设有喷淋水系统，通过喷淋水泵把水池中的水喷洒到蒸发冷却管束表面，之后落回水池，如此循环。外界气温降低时外部喷淋停水，设备转为干式运行。循环水在闭式冷却塔通过蒸发散热、接触传热和辐射传热3个过程得以冷却，其中蒸发散热和接触传热起主要作用。与开式冷却塔相比，闭式冷却塔设备造价高，并且基于煤化工行业的特殊性，闭式冷却塔在煤化工企业被大规模应用的案例非常少。闭式冷却塔主要应用于小规模循环水项目，如空调系统、电子电力系统等。

3、解决措施

3.1优化水处理药剂配方

由于系统采用除盐水作为补充水，循环水中总硬度基本维持在5mg·L-1（以CaCO3计）以下，在未补充硬度到50mg·L-1以上的情况下，通过对系统运行状况、水质数据和化学品使用情况详细调查分析探讨，针对性地调节药剂配方，采用有机磷、锌方案和高效分散方案优化药剂配方。调整后的方案具有快速成膜补膜、分散铁离子、含铁胶体等优秀性能，同时考虑到系统空冷器的干式散热器基管为铝合金材质，药剂配方中增加了铝及铝合金的腐蚀抑制组分。2021年10月开始使用新的药剂配方进行试用，连续运行3个月后，各项考核指标均符合技术规范要求。

3.2加强微生物控制

微生物滋生也是造成系统腐蚀的重要影响因素。由于该系统长期使用同一种非氧化性杀菌剂，导致微生物产生抗药性，造成系统内异养菌大量繁殖，最高达到了9×104个·mL-1，尽管杀菌剂投加浓度提高了2倍，异养菌数据仍然居高不下。针对此情况，新增了另一品类的非氧化性杀菌剂，此杀菌剂具有快速、高效、持久、广谱、无泡沫的特点，投加后微生物被快速杀灭，异养菌检测数据小于100个·mL-1，杀灭效率近100%，后续连续两个月，每月异养菌杀菌率均有明显提高，有效解决了微生物引起腐蚀的问题。

3.3冷却水膨胀罐

冷却水膨胀罐用于吸纳循环淡水在被各用水单元换热器加热后的体积膨胀量，当管网内循环淡水遇冷收缩时，膨胀罐还可向系统补充淡水;冷却水膨胀罐还起到稳定循环冷却水回路内压力的作用。海洋石油平台通常会设置造氮机，制造的氮气可作为冷却水膨胀罐的密封气源，一方面能有效防止空气进入闭式循环冷却水系统，另一方面能够维持膨胀罐压力。膨胀罐内设置压力变送器，压力变送器与氮气进气管线控制阀和膨胀罐出口排气管线控制阀设置联锁信号。当膨胀罐内压力降至氮气进气管线控制阀的设定值时，此进气控制阀打开补充氮气;当膨胀罐内压力升高至排气管线控制阀的设定值时，此出气控制阀打开，将气体排放至安全地点;另外，膨胀罐还设有PSV安全泄放阀，以满足膨胀罐超压泄放需求。如果平台无造氮机系统，也可采用氮气瓶实现密封、维压功能。

3.4技术创新

①集中式循环冷却水系统与常规化工企业化工冷却系统不同，具有既能高效利用化工天然冷能、又能避免化工直接接触油气处理设备的优势，能够有效降低化工对油气处理设备的腐蚀，避免因海生物附着造成的冷却器堵塞，切实提高了冷却水系统运行的效率和稳定性。②集中式循环冷却水系统与常规海上船舶用淡水循环冷却系统不同，冷却介质采用蒸馏水和乙二醇等添加剂混合冷却水，能够有效减少因淡水结垢、沉淀等因素导致的冷却器冷却效果下降的问题。③为提升化工企业操作人员作业效率、提高化工企业设备智能化程度，冷却系统采用“集中式”控制系统，即对化工冷却系统和闭式循环冷却系统的启停进行集中控制、对数据进行集中监测、对流程进行集中管理。“集中式”控制主要通过增加远程监控、控制设备、设置逻辑关联和编制系统管理手册实现，并在中央控制室单独设置控制屏幕，操作人员可通过控制界面实时监控冷却水系统压力、温度、流量等各项参数并远程控制调节，有效提高操作人员对冷却水系统的管理效率和应急响应速度。

结束语

综上所述，海上油田应用集中式循环冷却系统能够有效解决化工直接冷却技术导致的化工腐蚀、化工堵塞等一系列问题，能够显著提高冷却水系统运行效率和稳定性，进而保障海上油田生产的安全和稳定。在国际能源形势瞬息万变的今天，保障能源安全是国家能源战略的首要目标，因此，集中式循环冷却水系统在化工企业的推广应用具有十分重要的意义。

参考文献：

［1］闫岩.给排水系统优化对节水的重要意义[J].山东化工，2013，42（6）：72-73.

［2］李冬梅，杨迎哲.火电厂辅机冷却水系统的选择研究[J].电力勘测设计，2019（10）：55-59.

［3］张军.现代煤化工水系统特性分析及优化研究[D].徐州：中国矿业大学，2019.

［4］邓西.一种闭式循环冷却水系统的设计[J].机电信息，2017（15）：107-109.［5］安显威.煤化工项目中闭式循环水系统探讨[J].浙江化工，2015，46（4）：42-44.