化工生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水的重要意義

1、化工生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水的重要意義 摘要在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的情況下，水資源的利用率很低，化工生產(chǎn)用水量大，約占工業(yè)生產(chǎn)總用水量70%-80%。這就要求采用更好的水資源利用，現(xiàn)就循環(huán)冷卻水在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用做一些探討并提出一些水的重復(fù)利用以達(dá)到水資源的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞：化工生產(chǎn) 濃縮倍數(shù) 節(jié)水一、 化工生產(chǎn)過程1.1化工生產(chǎn)過程化工生產(chǎn)過程：經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)將原料轉(zhuǎn)變成產(chǎn)品的工藝過程化工過程是指化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程，它的特點(diǎn)之一是操作步驟多，原料在各步驟中依次通過若干個(gè)或若干組設(shè)備，經(jīng)歷各種方式的處理之后才能成為產(chǎn)品。由于不同的化學(xué)工業(yè)所用的原料與所得的產(chǎn)品不同，所以各種化工過程的差別很大。如下為普光天然

2、氣凈化廠的化工生產(chǎn)過程；化工生產(chǎn)過程中有質(zhì)量的傳遞，能量的傳遞，和熱量的傳遞1.2化工生產(chǎn)的特點(diǎn)化工生產(chǎn)具有易燃、易爆、易中毒，高溫、高壓，有腐蝕等特點(diǎn)。因而，較其他工業(yè)部門有更大的危險(xiǎn)性。化工生產(chǎn)有四個(gè)特點(diǎn)：1）化工生產(chǎn)使用的原料、半成品和成品種類繁多，絕大部分是易燃、易爆、有毒害、有腐蝕的危險(xiǎn)化學(xué)品。這給生產(chǎn)中的這些原材料、燃料、中間產(chǎn)品和成品的貯存和運(yùn)輸都提出了特殊的要求。所以在生產(chǎn)和工作中必須注意安全，化學(xué)品對(duì)于健康的危害有；a) 刺激皮膚，眼睛，呼吸系統(tǒng)b) 缺氧或窒息c) 昏迷和麻醉d) 全身中毒e) 致癌2）化工生產(chǎn)要求的工藝條件苛刻有些化學(xué)反應(yīng)在高溫、高壓下進(jìn)行，有的要在低溫、

3、高真空度下進(jìn)行。如由輕柴油裂解制乙烯、進(jìn)而生產(chǎn)聚乙烯的生產(chǎn)過程中，輕柴油在裂解爐中的裂解溫度為800；裂解氣要在深冷(-96)條件下進(jìn)行分離；純度為99.99的乙烯氣體在294kPa壓力下聚合，制取聚乙烯樹脂。在生產(chǎn)中,我們常說操作條件是高溫高壓,但在材料使用定義上,高溫高壓定義是多少呢？下面就介紹下高溫高壓具體是多少。壓力等級(jí)參考?jí)毫θ萜靼踩夹g(shù)監(jiān)察規(guī)程：1、按壓力容器的設(shè)計(jì)壓力（p）分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個(gè)壓力等級(jí)，具體劃分如下：（1）低壓（代號(hào)L）0.1MPaP1.6MPa（2）中壓（代號(hào)M）1.6MPaP10MPa（3）高壓（代號(hào)H）10MPaP100MPa（4）超高壓（代號(hào)U

4、）P100MPa2、容器也有按照容器壁溫分類的：可分為常溫、中溫、高溫、低溫容器4種（1）常溫容器指壁溫高于-20至200條件下工作的容器（2）高溫容器指壁溫達(dá)到材料蠕變溫度下工作的容器。對(duì)碳素鋼或低合金鋼容器，溫度超過420，合金鋼（如Cr-Mo）超過450，奧氏體不銹鋼超過550，均屬高溫容器（3）中溫容器指介于常溫容器和高溫容器之間的容器（4）低溫容器指壁溫低于-20條件下工作的容器，其中低于-20-40者為淺冷容器，低于-40者為深冷容器3）生產(chǎn)規(guī)模大型化。近20多年來，國(guó)際上化工生產(chǎn)采用大型生產(chǎn)裝置是一個(gè)明顯的趨勢(shì)。以化肥為例，20世紀(jì)50年代合成氨的最大規(guī)模為6萬ta；60年代初為

5、12萬ta；60年代末，發(fā)展到30萬ta；70年代發(fā)展為54萬ta。采用大型裝置可以明顯降低單位產(chǎn)品的建設(shè)投資和生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)能力，降低能耗。因此，世界各國(guó)都積極發(fā)展大型化工生產(chǎn)裝置。4）生產(chǎn)方式的高度自動(dòng)化與連續(xù)化化工生產(chǎn)已經(jīng)從過去落后的手工操作、間斷生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨茸詣?dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)；生產(chǎn)設(shè)備由敞開式變?yōu)槊荛]式；生產(chǎn)裝置從室內(nèi)走向露天；生產(chǎn)操作由分散控制變?yōu)榧锌刂?，同時(shí)，也由人工手動(dòng)操作變?yōu)閮x表自動(dòng)操作，進(jìn)而又發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制。在化工生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，使工藝介質(zhì)或產(chǎn)品的溫度升高，必須及時(shí)進(jìn)行冷卻處理，否則會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品。2.1水冷在工業(yè)生產(chǎn)中冷卻

6、的方式很多，其中以水來冷卻的叫水冷。在所有的液體中，水的比熱容量最大，4.18J/（g?）。例如，土和砂之類的物質(zhì)，熱容量為084J/（g?），鐵和銅等金屬僅為 042J/（g?），酒精和甘油為 126J/（g?），鉑為 012J/（g?），木料為06J/（g?）。因此它是最優(yōu)良的熱交換介質(zhì)。這實(shí)在工業(yè)生產(chǎn)中用水作為傳熱介質(zhì)的主要原因。其次是因?yàn)樗幕瘜W(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，水的熱容量大，在常溫范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯的膨脹或壓縮；水的沸點(diǎn)較高，通常使用條件下，在換熱器中不致汽化；水的來源較廣泛。流動(dòng)性好，易于輸送和分配；且過去水價(jià)低，處理運(yùn)行費(fèi)用低?；どa(chǎn)用水量大，約占工業(yè)生產(chǎn)總用水量70%-80

7、%。隨著工藝的發(fā)展。用水量的加大，且我國(guó)淡水資源的貧乏，為了充分利用水資源、節(jié)約用水、減少污水排放、保護(hù)環(huán)境等，化工生產(chǎn)采用循環(huán)水。2.2循環(huán)冷卻水和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是指以水作為冷卻介質(zhì)并循環(huán)使用的一種冷卻運(yùn)行系統(tǒng)，由換熱設(shè)備（換熱器，冷凝器），冷卻設(shè)備（如冷卻塔，空氣冷卻器等），水泵，管道和其他有關(guān)設(shè)備組成。循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分為密閉循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。2.3工業(yè)冷卻水系統(tǒng)分類工業(yè)冷卻書系統(tǒng)分類如下；一；間接冷卻水系統(tǒng)1）開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2）閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)3）一次式冷卻水系統(tǒng)二；直接冷卻水系統(tǒng)1）開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)2）一次式冷卻水系統(tǒng)2.4直流冷卻水和直流冷卻

8、水系統(tǒng)直流冷卻水系統(tǒng)是指冷卻水只一次經(jīng)過換熱器換熱后直接排入書體的操作系統(tǒng)。這種冷卻水稱為直流冷卻水或一次利用水。直流水系統(tǒng)中用水量很大，這種系統(tǒng)不需要其他冷卻水構(gòu)筑物，投資少，操作簡(jiǎn)便，但是用水量大，水沒有重復(fù)使用。這種系統(tǒng)在國(guó)外，除了用海水的直接冷卻水系統(tǒng)外，均已經(jīng)淘汰；在國(guó)內(nèi)除水源豐富的地區(qū)如海濱電站外，大多也被棄用。2.5敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是指經(jīng)交換器換熱升溫的冷卻水，于冷卻塔內(nèi)與大氣直接接觸，進(jìn)行蒸發(fā)和接觸散熱使水溫下降，繼而再重復(fù)使用的冷卻水系統(tǒng)。它又可以稱為開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣，類型最多的一種冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)水是在高濃縮下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了冷

9、去水的高度重復(fù)利用。冷卻塔系統(tǒng)是發(fā)展最快，應(yīng)用做多的一種類型。冷卻水在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)使用，水溫升高，水流速度的變化，水的蒸發(fā)和空氣中雜物的引入，以及設(shè)備結(jié)構(gòu)和材料等多種因素的綜合作用，造成循環(huán)水水質(zhì)惡化。這些會(huì)加重冷卻水系統(tǒng)的腐蝕，結(jié)垢，微生物故障，威脅和影響裝置長(zhǎng)周期地安全運(yùn)行。為了防止發(fā)生這些故障，可以再循環(huán)水中投加各種水處理藥劑，以使循環(huán)水質(zhì)保持和穩(wěn)定在一個(gè)良好的水平上。2.6閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)是指熱水在一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)中得到冷卻的操作過程。該系統(tǒng)不存在水蒸發(fā)和鹽分濃縮問題，循環(huán)水和藥劑流失量很少。在該系統(tǒng)中升溫后的循環(huán)水是經(jīng)由冷卻管與外界空氣進(jìn)行間接（強(qiáng)制）換熱，講

10、工藝介質(zhì)熱量移走，因此也可稱為干式冷卻系統(tǒng)。利用空氣氣流間接強(qiáng)制冷卻循環(huán)水的換熱裝置稱為干冷卻塔。這種干冷卻塔可分為抽風(fēng)式和鼓風(fēng)式兩種。二、 提高濃縮倍數(shù)可以節(jié)約用水，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)用水量日益增大，而化工生產(chǎn)用水占工業(yè)總用水量的70-80%左右，循環(huán)冷卻水節(jié)水大有潛力可挖。提高濃縮倍數(shù)運(yùn)行是目前公認(rèn)的有效節(jié)水方法，但隨著濃縮倍數(shù)的提高，循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕因子也隨著成倍上升，更多的是依賴水穩(wěn)劑開發(fā)上?，F(xiàn)就從循環(huán)水不同含義上的“零排污”來談?wù)勓h(huán)水節(jié)水方法。1）提高濃縮倍數(shù)5-6運(yùn)行，循環(huán)水系統(tǒng)可近似達(dá)到不排污，稱為零排污方案。2）即使?jié)饪s倍數(shù)達(dá)到5-6也存在少量排污，將循環(huán)冷卻水排污水經(jīng)

11、過處理作為冷卻水的補(bǔ)充水回用至循環(huán)水系統(tǒng)中，即循環(huán)水零排放，稱為零排污方案。3）就整個(gè)工廠而言，將工業(yè)廢水經(jīng)過生化處理后，再經(jīng)過深度處理，回用至循環(huán)水系統(tǒng)中，是最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方法，使工廠實(shí)現(xiàn)真正意義上的零排污，稱為零排污方案。3.1零排污方案用M表示循環(huán)冷卻水的補(bǔ)充水量，以E表示蒸發(fā)水量，用N表示濃縮倍數(shù)，可以做出M/E和N得關(guān)系曲線從曲線圖可見，M/E比值越小，濃縮倍數(shù)N值越大，在蒸發(fā)水量E和風(fēng)吹損失水量不變時(shí)，排污量越小，則補(bǔ)充水量越小。為了節(jié)約補(bǔ)充水量，應(yīng)盡量提高濃縮倍數(shù)。當(dāng)N=12時(shí)，隨著濃縮倍數(shù)增加，補(bǔ)充水量迅速減??；但當(dāng)濃縮倍數(shù)N大于56后，M/E曲線變得很平緩，節(jié)水量就不大了，而且

12、此時(shí)運(yùn)行操作十分困難，處理費(fèi)用會(huì)大大增加，在經(jīng)濟(jì)上也是不合理的。因此目前公認(rèn)濃縮倍數(shù)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行值控制在5-6，但濃縮倍數(shù)提高至5-6，還要受補(bǔ)充水的水質(zhì)條件限制。1）水質(zhì)條件目前習(xí)慣根據(jù)水質(zhì)的硬度和堿度將補(bǔ)充水劃分為三個(gè)等級(jí)，即高硬高堿、中等硬度和堿度、低硬低堿三種水質(zhì)。對(duì)于高硬高堿而言，補(bǔ)充水中鈣硬加總堿之和超過250mg/l,若將濃縮倍數(shù)提高至5-6，則循環(huán)水中鈣硬加總堿之和超過1250-1500mg/l,而目前水處理劑處理鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l的水質(zhì)效果最好2，因此對(duì)于鈣硬加總堿之和超過1500mg/l的循環(huán)水而言單靠全有機(jī)配方來處理，相對(duì)會(huì)增加處理費(fèi)用及管理的難度，

13、必須結(jié)合其它的途徑來解決。李本高等人對(duì)齊魯石化公司、洛陽石化煉油廠高硬高堿循環(huán)水處理采取三種方法進(jìn)行研究3。用離子交換樹脂處理原水，將原水中的硬度和堿度分別降至50mg/l后補(bǔ)入循環(huán)水中，循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行，濃縮倍數(shù)可以控制在5.5-6之間，水穩(wěn)劑采用全有機(jī)復(fù)合藥劑。采取加酸工藝處理，使循環(huán)水中PH值控制在7.5-8之間，循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行，濃縮倍數(shù)可以控制在2.5-5之間。采取自然運(yùn)行工藝，原水不經(jīng)處理直接補(bǔ)充至循環(huán)水中，循環(huán)水鈣硬加總堿之和在350-900 mg/l運(yùn)行，濃縮倍數(shù)可以控制在1.7以下，水穩(wěn)劑采用全有機(jī)復(fù)合藥劑。

14、種綜合運(yùn)行費(fèi)用最低, 種綜合運(yùn)行費(fèi)用居中，種綜合運(yùn)行費(fèi)用最高，因此處理高硬高堿水質(zhì)，選用離子交換處理源水，將源水鈣硬加總堿之和控制在150 mg/l左右，再輔以全有機(jī)配方，將濃縮倍數(shù)提高至5-6是可行的。對(duì)于中等硬度和堿度的水質(zhì)而言，原水鈣硬加總堿之和150-200mg/l,長(zhǎng)江中下游屬于此類水質(zhì)，將濃縮倍數(shù)提高至5-6，采取自然控制法是能達(dá)到的，但很大程度上還依賴于生產(chǎn)廠家及科研院所的研發(fā)出更好的水處理藥劑。就目前普光天然氣凈化廠冷態(tài)運(yùn)行來的數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)水鈣硬加總堿之和在250-320 mg/l間。屬于中等硬度和堿度的水質(zhì)，可以采用自然控制法來達(dá)到提高濃縮倍數(shù)。對(duì)于低硬低堿的水質(zhì)而言，

15、屬于強(qiáng)腐蝕性的水，由石油化工科學(xué)研究院于1993年研究的以兩種羥基膦羧酸為主劑、與鋅鹽、分散劑的復(fù)配物處理鈣硬：14.0mg/l,堿度：40.0mg/l的水質(zhì)，濃縮倍數(shù)3.5-4.0，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)掛片腐蝕率為0.035mm/a,試管腐蝕率為0.018mm/a,粘附速率為2.97mcm,因鈣硬加總堿之和為250 mg/l，應(yīng)該說將濃縮倍數(shù)提高至5-6有一定的余地。3.2零排污方案循環(huán)水量越大，排污量也越大。如何將循環(huán)水排污水回用到循環(huán)水系統(tǒng)中，首先排污水水質(zhì)與循環(huán)水水是一致的，循環(huán)水經(jīng)過加藥、殺菌、旁濾處理后，濁度、有機(jī)物含量低，只是鈣硬和總堿經(jīng)過濃縮后，鈣硬和總堿之和為350-900mg/l。解決

16、回用的問題主要是降低排污水中的鈣硬和總堿。一般情況下，可選用軟化除硬、脫鹽處理后，再回用到循環(huán)水系統(tǒng)中去是可行的。軟化除硬、脫鹽已是相當(dāng)成熟的技術(shù)，軟化除硬目前主要有石灰法、加藥沉淀法、絮凝法，脫鹽技術(shù)有離子交換法、電滲析法、反滲透法等。對(duì)于高硬高堿原水而言，若按照用離子交換預(yù)處理原水和全有機(jī)堿性配方運(yùn)行，投資不大。對(duì)于低硬低堿原水而言，經(jīng)過濃縮5-6倍后鈣硬、總堿分別不超過250mg/l,根據(jù)實(shí)際情況，投資一套離子交換裝置將250 mg/ l鈣硬、總堿降到50 mg/ l左右，費(fèi)用也不大。對(duì)于中等硬度和堿度的水質(zhì)而言，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核算。國(guó)內(nèi)燕化化工一廠通過改造已成功將循環(huán)水排污水回收，

17、燕化化工一廠的循環(huán)水總量是6.5萬噸小時(shí)，每小時(shí)排放的污水在三四百噸左右。燕化化工一廠與有關(guān)單位合作，以電絮凝法為技術(shù)依托，投資98萬元建立了一套新三循系統(tǒng)排污水回用裝置，排污水通過這套裝置可有效去除水中硬度和懸浮物，經(jīng)過脫鹽處理后再返回到循環(huán)水中，處理過的水質(zhì)可完全達(dá)到補(bǔ)水標(biāo)準(zhǔn)，且回用率達(dá)到85以上。此套裝置的投用帶來極好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，預(yù)計(jì)兩年即可收回成本4。3.3零排污方案因循環(huán)水相對(duì)來說對(duì)水質(zhì)要求低，實(shí)施污水回用主要是將處理后的廢水回用到循環(huán)水中去，作為補(bǔ)充水水源，運(yùn)行費(fèi)用低。但一般經(jīng)過二級(jí)（生物）除磷脫氮后出水執(zhí)行GB8978-1996標(biāo)準(zhǔn)，其COD、BOD5、SS和氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量高于污水回用設(shè)計(jì)規(guī)范推薦標(biāo)準(zhǔn)CFCS-93，需采用物理、化學(xué)方法對(duì)傳統(tǒng)二級(jí)生物處理出水進(jìn)行除磷除氮處理及去除有毒有害有機(jī)化合物三級(jí)處理或深度處使其達(dá)到回用至工業(yè)循環(huán)冷卻水的標(biāo)準(zhǔn)，