陳越

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

煉油項目循環(huán)冷卻水處理設計*

陳越

（中國寰球工程公司遼寧分公司，遼寧撫順113006）

結合大煉油項目工程循環(huán)水場設計實例，從循環(huán)水補充水源、水場布置方式、濃縮倍數的取值、循環(huán)冷卻水處理殺菌消毒方法確定及旁流水系統(tǒng)處理的設計等方面說明循環(huán)冷卻水處理的設計理念。

循環(huán)冷卻水處理；監(jiān)測換熱；旁流；濃縮倍數；緩蝕；阻垢

千萬噸煉油、百萬噸乙烯工程是中國石油撫順石化公司依據“十一五”總體發(fā)展規(guī)劃方案對撫順石化公司原油集中加工、煉油結構調整技術改造的一個大型改擴建項目，由800萬t/a常減壓蒸餾、240萬t/a延遲焦化、80萬t/a汽柴油加氫精制、200萬t/a加氫裂化、180萬t/a柴油加氫精制、6萬t/a制氫、50萬t/a烴重組、硫磺裝置及其相應的配套輔助生產設施和公用工程系統(tǒng)組成。工程總投資約13 742萬元，針對石油二廠循環(huán)水場現狀，考慮到原有及新建各個裝置布局和生產發(fā)展的需要，依據對石油二廠循環(huán)水場進行“集中優(yōu)化、分質、分壓供水”改造的原則，優(yōu)化方案為停運一、二、三、四、五、六、八水場，新建西循環(huán)水場及對七循環(huán)水場進行改擴建，全廠目前形成了二個循環(huán)水場，即西循環(huán)水場與七循環(huán)水場，并對系統(tǒng)管道進行調整，同時對不完善的生產設施進行改造，集中優(yōu)化后，利于循環(huán)水系統(tǒng)的集中管理和控制，集中水處理、降低成本，提高供水效率，節(jié)省占地。根據總體與可研設計要求，以及全廠各個工藝裝置及輔助裝置對循環(huán)水量需要，西循環(huán)水場設計規(guī)模按33 000 m3/h設計。循環(huán)冷卻給水溫度t2=30℃、回水溫度t1=40℃，冷卻溫差Δt=10℃。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)為敞開式，設計選用6間5 500 m3/h鋼筋混凝土大跨距框架結構逆流式機械通風冷卻塔，其配套風機為Φ10.06 m軸流風機。

1 循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)設計

循環(huán)冷卻水處理工藝流程的設計是根據熱交換設備對污垢熱阻和腐蝕率的要求，補充水的水質指標、循環(huán)冷卻水的水質標準，同時吸取了撫順石化公司現有七循環(huán)水場成功的運行經驗，通過方案比較后確定的。

1.1 設計參數

裝置邊界供水壓力：0.45（G）MPa；

裝置邊界回水壓力：0.25（G）MPa；

供水溫度：30℃；

回水溫度：40℃；

冷卻溫差：10℃；

濃縮倍數：≥4，本工程取5；

污泥熱阻：（1.72～3.44）×10-4m2·K/W；

旁濾水量：3%～5%，本工程取4.85%。

1.2 循環(huán)水補充水的水質指標

循環(huán)水場補水水源采用生產給水系統(tǒng)、凈水場補水系統(tǒng)及污水回用水系統(tǒng)共3種水源，其補充水質應滿足《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》GB50050-2007、《污水再生利用工程設計規(guī)范》GB50335-2002等相關規(guī)范對循環(huán)水水質要求，工程補充水源優(yōu)先采用污水回用系統(tǒng)，不足部分則采用新鮮水系統(tǒng)及凈水場預處理補水系統(tǒng)，補充水水質應確保新建循環(huán)水場循環(huán)水供水水質的要求[1-3]。補充水用水指標如下：

（1）污水回用水水質指標：pH（25℃）：7.0～8.5；懸浮物：≤10 mg/L；甲基橙堿度（以CaCO3計）：≤200 mmol/L；濁度：≤5 NTU；BOD5：≤5 mg/L；CODCr：≤30 mg/L；Mn2+≤0.2 mg/L；游離氯：末端0.1～0.2；鐵：≤0.5 mg/L；鈣硬度（以CaCO3計）：≤250 mg/L；石油類：≤5 mg/L；NH3-N：≤5 mg/L；Cl—≤250 mg/L；總磷（以P計）：≤1 mg/L；細菌總數：<1 000個/mL；溶解性總固體：≤1 000 mg/L。

（2）石油二廠的工業(yè)用水水源及凈水場預處理補水系統(tǒng)為大伙房水庫水，其濁度和藻類兩項指標將隨季節(jié)變化而變化。正常濁度＜10度，藻類＜10萬個/L，水質數據如下（其中*號數字，1年中只出現幾天）。

溫度：4～20℃；pH：7.1～7.7；色度：10.9度；懸浮固體：6～450*mg/L；甲基橙堿度：1.2 mmol/L；總固體：138～582 mg/L；溶解固體：132 mg/L；總硬度：1.91 mmol/L；重碳酸鹽硬度（以CaCO3計）：73.2 mg/L；游離CO2：7.9 mg/L；Cl—：4.38 mg/L；SO2-4：35.6 mg/L；SiO2：8.4 mg/L；PO3-4：0.015 mg/L；K+：2.6 mg/L；Na+：5.02 mg/L；NO-3：3.1 mg/L；Ca2+：26.1 mg/L；Mg2+：7.5 mg/L；總Fe：0.16 mg/L；Cu2+：0.01 mg/L；溶解氧：9.2 mg/L；Mn2+：0.12 mg/L；油：檢不出；菌類8.5～825*萬個/L。

1.3 循環(huán)冷卻水的水質標準

循環(huán)冷卻水的水質標準執(zhí)行《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》（GB50050-2007）標準。具體如下：

濁度≤10 mg/L；pH值：6.8～9.5；總鐵≤1.0 mg/L；Cu2+≤0.1 mg/L；Fe2+<0.5 mg/L；Cl—≤700 mg/L；SO2與Cl—之和≤2 500 mg/L；硅酸（以SiO2計）＜175 mg/L；游離氯（循環(huán)水回水總管）：0.2～1.0 mg/L；石油類＜5 mg/L（煉油類為10 mg/L），CODcr≤100 mg/L。

1.4 循環(huán)冷卻水處理工藝及設備選擇

為了及時掌握冷卻水處理動態(tài)指標并指導循環(huán)冷卻水系統(tǒng)運行，除主工藝流程外，加藥、消毒系統(tǒng)、監(jiān)測換熱器系統(tǒng)、旁濾系統(tǒng)作為循環(huán)冷卻水處理的組成部分，其設備選擇尤為重要。

1.4.1 工藝流程

來自各個生產裝置的循環(huán)冷卻回水，利用余壓直接回冷卻塔，經冷卻塔配水系統(tǒng)均勻分布后，在冷卻塔內自上而下進行氣水換熱降溫，冷卻后進入塔底水池至吸水池，水溫由40℃降至30℃，后經循環(huán)水泵由吸水池吸水提升加壓后進入循環(huán)冷卻給水系統(tǒng)管網，用于供應工藝裝置的各個換熱設備的冷卻用水。循環(huán)冷卻回水則利用余壓通過循環(huán)冷卻回水系統(tǒng)管網返回循環(huán)水場，進行冷卻換熱。如此循環(huán)往復。

1.4.2 水場布置方式

根據總體平面規(guī)劃，新建水場位置設于廠西北，該處地勢為全廠區(qū)較為低洼地段，介于以往經驗及“7.29”洪水所造成的危害及損失狀況，本工程循環(huán)水泵房及冷卻塔等構筑物均采用地上式結構布置，其布置方式即可減少土建費用，又可降低不可預見的自然危害。近期廠內一次大口徑DN700生產給水管線爆管，造成對廠西建、構筑物水淹，而對在建水場影響較小，故根據不同地理位置，結合工程實際情況，選擇不同的水場布置方式，即能滿足相關規(guī)范對水場平面布置要求，又能滿足水場工藝的需要。

1.4.3 加藥、消毒系統(tǒng)

為了穩(wěn)定水質，控制與降低循環(huán)冷卻水流經的管道和熱交換設備的腐蝕、結垢，控制微生物生長，以確保生產的正常運行，須向循環(huán)冷卻水系統(tǒng)投加緩蝕阻垢藥劑、分散劑、生物分散劑、多種殺菌劑（如次氯酸鈉）、殺菌增效劑等，循環(huán)水處理藥劑應根據試驗或相似條件運行進行選擇。為了方便對加藥、消毒系統(tǒng)的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一采購，將藥劑成本費用降至最低，本工程參考相似運行條件（七循環(huán)水場加藥系統(tǒng)，運行狀況良好），采用加藥消毒系統(tǒng)總承包的方式對循環(huán)水系統(tǒng)進行自動加藥處理，以解決循環(huán)水系統(tǒng)存在的腐蝕、結垢及生物粘泥等問題。承包方采用其特有的專用藥劑，一種按循環(huán)量，夏季每天4次，冬季每天2次，保證余氯0.3～0.8 mg/L達到8 h；一種為夏季每月2次，冬季每月1次沖擊性投加；一種作為物料泄漏時沖擊性加藥，負責自動加藥系統(tǒng)的日常運行、維護管理以及常規(guī)與非常規(guī)藥劑投加工作，使自動加藥系統(tǒng)的日常運行以及藥劑投加過程全面受控，確保生產的安全進行；水質穩(wěn)定處理的技術指標，水處理指標應達到《中國石油天然氣股份有限公司司煉油化工企業(yè)工業(yè)水管理制度》和《中國石油天然氣股份有限公司煉化企業(yè)循環(huán)水場達標考核理辦法》的要求。

1.4.4 監(jiān)測換熱系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在正常運行的過程中，采用必要的監(jiān)測手段，以隨時掌握循環(huán)冷卻水處理的效果，并根據監(jiān)測所得數據及時采取相應的措施，以期達到良好的效果。本項目中，為了及時掌握冷卻水處理動態(tài)并指導調整加藥配方，在循環(huán)水系統(tǒng)設置2套電加熱形式的智能監(jiān)測換熱器，設于水場監(jiān)測換熱器室內，用以確定各循環(huán)水系統(tǒng)的結垢和腐蝕情況。根據監(jiān)測的數據來評定循環(huán)水系統(tǒng)投加藥劑的性能，調整循環(huán)水化學處理方案，確保循環(huán)水系統(tǒng)對裝置中的換熱器結垢和腐蝕控制在一定的允許范圍，從而使生產裝置的換熱器得以長周期的穩(wěn)定運行。滿足對循環(huán)水系統(tǒng)模擬監(jiān)測的要求，可構成完整的、獨立運行的在線檢測系統(tǒng)。

1.4.5 旁濾系統(tǒng)

根據《石油化工企業(yè)循環(huán)水場設計規(guī)范》SH301 6-1990、《工業(yè)循環(huán)水冷卻設計規(guī)范》GB/T50102-20 03、《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》GB50050-2007相關規(guī)范要求，其處理量通常為循環(huán)水量的3%～5%，本工程采用4.85%，系統(tǒng)的旁濾水量為1 600 m3/h。旁流水處理可以降低對補充水的水質要求，在滿足濃縮倍數及高濃縮倍數的條件下系統(tǒng)能有效、經濟地運行。可減少補水量、排污量，節(jié)約水源，減少對環(huán)境的污染。

旁濾設備采用節(jié)水型纖維束過濾器，因纖維濾料具有孔隙率高、孔隙分布合理和比表面積大等特點，而且濾速可高達20～85 m/h。由于纖維具有柔軟性和可壓縮性，故隨著水流阻力的增大而逐漸被壓縮，使濾料上層受力小、孔隙大，下層受力大、孔隙小，充分體現出纖維濾料納污量大、過濾周期長的特點。纖維濾料過濾器通常需采用氣水反沖，借助氣體的攪動使截留的懸浮物與濾料分離，再隨反洗水排出。纖維過濾器對懸浮物、鐵、錳、微生物粘泥都具有良好的截留作用，其過濾精度高，通常出水濁度＜1NTU。

2 濃縮倍數N取值

濃縮倍數即循環(huán)冷卻水的含鹽濃度與補充水含鹽濃度的比值。循環(huán)冷卻水在系統(tǒng)運行過程中有蒸發(fā)損失、風吹損失和排污損失（包括生產中滲漏損失）3種水量損失，這3種水量損失的總和由補充水補給。系統(tǒng)運行達到平衡時，從系統(tǒng)排出的鹽量等于進入系統(tǒng)的鹽量，為防止設備產生結垢現象，循環(huán)冷卻水的碳酸鹽硬度應小于極限碳酸鹽硬度。在補充水含鹽濃度不變的情況下，如果降低循環(huán)冷卻水的濃縮倍數（N），即降低循環(huán)冷卻水的含鹽濃度，就可以有效地控制系統(tǒng)結垢。但是，降低濃縮倍數，勢必以增加排污量為代價，這樣一方面影響環(huán)境保護；另一方面增加了補充水量，造成水資源的浪費。因此，不加限制地降低濃縮倍數是不經濟且不合理的。

本項目中，根據補充水的水質指標、循環(huán)冷卻水的水質標準，結合現有七循環(huán)水場實際運行經驗（濃縮倍數已達到4.0），從節(jié)約用水、保護環(huán)境等因素考慮，將濃縮倍數取為5。

3 監(jiān)測

3.1 水質監(jiān)測

即時分析、了解循環(huán)冷卻水處理的狀況和效果，本系統(tǒng)設置了一些日常監(jiān)測項目和非日常監(jiān)測項目，詳見表1。

表1循環(huán)冷卻水水質監(jiān)測項目Table 1Monitoring items of circulating cooling water quality

3.2 運行控制監(jiān)測

本水場的運行控制監(jiān)測，采用自動監(jiān)測和人工化驗監(jiān)測相結合的原則，水場主要控制參數均在計算機屏幕上顯示，以方便操作、管理。

4 結束語

因項目建設的特殊性（改擴建），水場建設區(qū)域內有部分原有設施在運，如原有八水場（服務于南催化裝置等重要裝置）短期內無法拆除，故在新建水場功能實施的同時，對待拆遷在運水場的循環(huán)水負荷如何切換至新建水場的方案、新老水場外部系統(tǒng)配套部分的功能銜接等諸多問題，在設計時都作了充分考慮，并在施工中得以實施，目前循環(huán)水場已投產運行6個多月，運行平穩(wěn)，循環(huán)水各項指標均滿足各生產裝置對循環(huán)水使用的要求，為全廠各裝置安全生產起到了至關重要的作用，為企業(yè)“節(jié)能減排”的生產目標作出了貢獻。

[1]GB50050-2007，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范[S].

[2]SH3016-1990，石油化工企業(yè)循環(huán)水場設計規(guī)范[S].

[3]GB50335-2002，污水再生利用工程設計規(guī)范[S].

Design Philosophy of Circulating Cooling Water Treatment for Refinery Project

CHEN Yue

（China Huanqiu Contracting&Engineering Corporation Liaoning Branch Company，Liaoning Fushun 113006，China）

By combining the engineering design examples of recycle water field of large refinery project，the design philosophy of circulating cooling water treatment was introduced including supplementary water source of circulating water，water field layout，value of concentration multiple，circulating cooling water disinfection and side stream treatment.

Circulating cooling water treatment；Monitoring of heat exchangers；Side stream；Cycle of concentration；Corrosion inhibition；Scale inhibition

TE 685

A

1671-0460（2010）02-0165-03

2010-03-02

陳越（1966-），女，遼寧撫順人，工程師，主要從事給排水及消防設計。E-mail：cpecy007@163.com，電話：0413-7593763。