煉油企業循環水系統理論分析

郭宏山

煉油企業循環水系統理論分析

郭宏山

（撫順石油化工研究院，遼寧 撫順 113001）

對我國煉油企業敞開式循環水系統給排水、鹽度、濁度、COD等平衡進行了理論分析。結果表明，循環水系統新鮮水消耗量高的主要原因是泄漏大、風吹損失高、旁濾反洗量大，導致濃縮倍數低；采用適當控制措施后，可將泄露率降至5%、風吹損失系數降至0.04%、反洗用水耗率降至2%，使系統補充水量得到顯著降低；鑒于循環水和補充水的水質要求，建議開發適應高濃縮倍數的藥劑、新型旁濾及污水回用技術。

循環冷卻水；濃縮倍數；污水回用；節水；石油煉制

煉油企業循環水系統大多采用敞開式結構，目前用于系統的新鮮水補充量約占企業總消耗量的35%[1]。補充水量高的原因來自于多個方面，如管理和藥劑水平差、系統泄漏嚴重、風冷塔風吹損失高、旁濾處理效率低和反洗用水量大等。鑒于水資源的日益短缺、節水減排和噸油耗新水指標定額的需要，多數企業將降低循環水系統新水用量作為節水的首要任務。對此，本文對敞開式循環水系統的水量、總鹽、濁度、COD平衡進行了理論計算，并根據現有狀況和水平進行了具體分析，在此基礎上，提出循環水系統節水的根本措施。

1 敞開式循環水系統的平衡方程

1.1 流程框圖

現有敞開式循環水系統的流程見圖1。

圖1 敞開式循環水冷卻系統流程框圖Fig.1 Flow diagram of the open type circulating cooling water system

1.2 相關參數定義及對應關系

循環水系統相關參數有8項，定義如下：

a—系統泄漏率，泄漏量占補充水量的百分比；

b—風吹損失系數，風吹損失占循環水量的百分比；

c—旁濾處理率，旁濾處理量占循環水量的百分比；

d—強制排污率，排污量占補充水量的百分比；

n—旁濾反洗水耗率，旁濾反洗水占旁濾水量的百分比；

K-蒸發損失系數，1/℃；

△t—冷卻塔進出水溫度差，℃；

N—循環水濃縮倍數，循環水鹽含量/補充水鹽含量。

相關參數與水量的對應關系如下：

1.3 系統平衡及方程式建立

1.3.1 水量平衡

依據水量平衡:

代入相應關系得到補充水量與循環水量的關系為：

1.3.2 鹽平衡

依據鹽平衡:

得到補充水與循環水鹽含量及其濃縮倍數關系為：

1.3.3 濁度平衡

設旁濾系統濁度去除率為δ%，則補充水與循環水的濁度關系為：

1.3.4 COD平衡

設旁濾系統COD去除率為β%、循環水系統通過藥劑和生物氧化處理后 COD被去除 γ%，則補充水與循環水的COD關系為：

1.4 相關參數值的選取與分析

1.4.1 K值

K僅隨企業的環境溫度有關，取值見表1。

1.4.2 △t值

△t是反映循環冷卻塔運行狀況的綜合指標，設計值一般為8～10 ℃。但實際運行中，由于循環水設計量和系統保有水量裕度過大、冷卻塔泄露、布水不均勻以及填料不適合等諸多因素影響，使△t難以達到設計值[2]。經調查，目前運行狀況較好的企業一般可達到6 ℃以上，個別較差企業僅為3 ℃。

表1 不同環境溫度下的K值Table 1 K value under different temperature

1.4.3 a值

a是反映循環水管道泄露的程度指標，與管道的安裝水平、腐蝕老化率有關。由于目前系統管網多數布置于地下，系統查漏和修補都較為困難，a一般取值為5%～15%。

1.4.4 b值

b用于反映循環水在冷卻塔風冷過程中的飄逸損失，主要與冷卻塔型式、氣水比、風速、風壓、淋水密度等有關。目前 b值一般為0.04%～0.1%。

1.4.5 c值

在循環水系統中，為避免懸浮物、膠體、濁度等累積造成生物粘泥加劇，一般采用砂濾或纖維過濾對部分循環水脫濁度處理，使濁度＜20或30 mg/L。目前c值為2%～5%。

1.4.6 d值

d主要取決于系統的濃縮倍數。由于目前多數循環水系統設計峪度過大、風冷損失高、特別是伴隨管網的泄露，要求保持系統鹽和其它物質平衡所要求的系統排污量很小。

1.4.7 n值

n用于反映旁濾設備的反洗耗水水平，與采用的過濾工藝和過濾材料有較大關系。對于傳統過濾設備，因濾料利用率低、清洗效果差，n一般達5%以上；而對于纖維束、流砂過濾器等新型設備，n值一般為2%～3%。

1.4.8 N值

N是反映循環水系統運行最重要的技術經濟指標。由于技術、設備、管理等方面的原因導致目前煉油企業濃縮倍數僅為3.0左右，與發達國家的4～5相比差距明顯[3]。

1.4.9 δ值

δ是反映旁濾處理設備運行效率的狀況指標，一般為50%～60%。

1.4.10 β值

在旁濾系統中，隨著懸浮膠體、生物粘泥和濁度的去除，將使循環水中的COD得到一定程度去除，β值一般取10%。

1.4.11 γ值

循環水在循環過程中，由于殺菌劑的氧化作用以及經過冗長的管道、換熱器和涼水塔所發生的兼氧、厭氧和好氧生物氧化，使循環水中的COD被部分降低，γ值一般取0.2%～0.3%。

2 典型循環水系統狀況分析

2.1 泄漏率和風吹損失對循環水系統的影響

采用以上方程對某循環水廠泄漏率、風吹損失對循環水系統的影響進行了模擬分析，相關參數及計算結果詳見表2。

表2 泄漏率和風吹損失對循環水系統的影響結果Table 2 Effects of leakage rate and evaporation loss on the circulating cooling water system

表2結果表明：系統泄露率、風冷損失對系統補充量影響較大；若保持系統穩定運行，補充水總鹽不宜大于循環水值的1/N、濁度不宜大于1.56倍、COD不宜大于0.68倍。

2.2 旁濾系統水耗率對循環水系統的影響

采用以上方程對某循環水廠旁濾水耗率對循環水系統的影響進行了模擬分析，相關參數及計算結果詳見表3。

表3 旁濾系統反洗水耗對循環水系統的影響結果Table 3 Effect of backwash water consumption on the circulating cooling water system

表3結果表明：旁濾處理量和反洗水用量對系統補充水量也產生較大影響。在旁濾處理率為 2%的狀況下，若保持系統穩定運行，補充水總鹽不宜大于循環水值的1/N、濁度不宜大于1.11倍、COD不宜大于0.63倍。

3 循環水系統的節水措施

3.1 降低泄露率

鑒于管網泄露是造成循環水系統補充水量大的主要原因之一，企業應對管道系統采取有效的查漏、補漏和預防措施，將系統泄漏率控制在5%以下。

3.2 降低風冷塔風吹損失

風吹損失主要是風冷塔出口空氣中攜帶的小水滴，應通過改造塔體及填料結構、提高淋水密度、增加高效收水器、對塔壁防腐及堵漏處理、完善風

機導流系統、降低風阻和水壓等，設法使風吹損失系數降低到0.04%以下。

3.3 降低旁濾系統反洗水耗

鑒于目前循環水旁濾系統反洗水耗高的問題，企業應結合水質狀況，通過比選采用纖維過濾、流砂過濾等新型設備，降低反洗水耗至2%以下。同時，應加大循環水藥劑的選擇和開發，使之適用于高濃縮倍數的循環水處理中，降低對循環水水質的控制要求。

3.4 污水回用做補充水

用凈化處理后的污水回用做系統補充水是循環水系統節水的根本措施。

通過上面所述理論分析，結合目前藥劑對循環水水質濁度<30 mg/L、COD<120 mg/L的一般性要求，將補充水濁度和COD分別控制 30 mg/L和 50 mg/L以下，回用做系統補充水是可行的。

4 結論與建議

對煉油企業循環冷卻水系統的理論分析表明，目前系統新鮮水補充量大的主要原因是泄露量大、風吹損失高、旁濾反洗水量大，最終導致系統濃縮倍數偏低。企業應通過強化管理和技術進步等綜合措施，將泄露率降至5%、風吹損失系數降至0.04%、反洗水耗率降至2%以下，提高系統濃縮倍數，降低補充水量。

循環水系統給排水、鹽、濁度和COD平衡結果表明，按目前藥劑對循環水水質濁度<30 mg/L、COD<120 mg/L的要求，補充水濁度應控制30 mg/L以下、COD應控制在50 mg/L以下。建議對煉油污水進行適度處理后回用做循環水系統的補充水。

[1] 郭宏山,林大泉. 煉油廠用水與節水[J]. 石油煉制與化工，2002，33（3）：61-65.

[2] 任秀珍,劉偉. 循環冷卻水系統濃縮倍數的管理[J]. 貴州化工，2009，34（3）：48-51.

[3] 李明玉. 煉油企業節水減排技術與應用情況分析[J]. 石油煉制與化工，2008，39（7）：59-63.

[4] 王麗莉,王新.煉油污水回用中高效阻垢緩蝕劑的研究[J].應用化工，2008，37（10）：1147-1150.

[5] 馬增國.勝利煉油廠循環水場節水減排措施探討[J].齊魯石油化工，2009，37（2）：133-136．

Theoretical Analysis of Circulating Cooling Water System in Refinery

GUO Hong-shan
( Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals, Liaoning Fushun 113001，China）

Water supply and drainage，salinity，turbidity and COD of the open type circulating cooling water system in domestic refining enterprises were analyzed .The results show that the main reasons to result in the current system to need a large quantity of fresh water supplement are large system leaks, high evaporation loss, and large backwash water in side filtration system, which leading to a relatively low concentration multiple of the system. The appropriate measures can reduce the leakage rate to 5%, the evaporation loss coefficient to 0.04%, and backwash water consumption rate to 2%, as well as make supplementary water of the current system reduce obviously. Due to the quality requirements of circulating water and supplementary water, it is recommended to do technology researches from three aspects as follows: developing the pharmacy which can adapt to the high concentration circulating water，developing new side-filter process technology and reusing wastewater.

Circulating cooling water; Concentration multiple; Wastewater reuse ; Water-saving；Refinery

TE 685

A

1671-0460（2010）12-0686-04

2010-11-19

郭宏山（1967-），男，遼寧撫順人，高級工程師，1989年畢業于大連理工大學環境工程專業，主要從事石油化工污水處理技術研究工作。E-mail：guohongshan2003@126.com，電話：0413-6389237。