采用新技術全面提高水資源綜合利用率

胡 雍，劉 偉，劉國富，劉鳳茹，高 勇

（中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113008）

中國石油撫順石化公司是我國煉油工業的“搖籃”，是集“油化纖塑洗蠟”為一體的大型石油化工聯合企業。

“十一五”期間，按照集團公司整體發展戰略和股份公司提出的“做精做優煉油、做強做特化工”的原則，努力建成煉油大而有特色，化工專又有規模，技術先進、特色鮮明、競爭力強的“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”世界級煉化生產基地，實施“ 千萬噸煉油結構調整”工程，形成東、西部兩大集中生產區域， 實現煉油與化工合理匹配， 生產企業分布區域由四區六地減為二區三地， 改變了裝置分散、流程長、互供量大、費用高等狀況；淘汰 220萬t/a小煉油裝置，初步實現了“大規模、短流程、高附加、低成本、一體化”目標。

1 采用無磷環保水處理技術,提高濃縮倍數,實現節水減排

1.1 采用無磷環保水處理技術、滿足提高濃縮倍數和可持續發展的需要

撫順石化擴建80萬t/a乙烯工程（以下簡稱烯烴廠）共有兩套循環水系統，總循環量10.5萬m3/小時，為滿足節水、經濟、環保的要求，循環冷卻水采用新型綠色無磷水處理方案，克服了傳統水處理劑的弱點。水處理藥劑應用更加安全、費用節約和環境保護具體參數詳見表1。

表1 第一、二循環水場基本情況Table 1 The basic situation of No1 and No2 cooling circulating water plants

納爾科公司2004年最先在中石油4個萬t噸以上循環量的循環水場使用全無磷的水處理方案， 吉林安治公司2008年開始在中石油4個t噸以上循環量的循環水場使用全無磷的水處理方案，兩家公司均有著豐富的全無磷的水處理運行經驗。

2012年10月在撫順石化擴建80萬t/a乙烯循環水系統上進行無磷水處理藥劑處理應用試驗。使用運行中水處理各項指標均優于GB50050-2007《循環冷卻水處理設計規范》要求，達到中石化現場監測指標“很好”的評價級別。應用結果見表2。

從表中數據可以看出，循環冷卻水系統采用綠色無磷方案，循環水在濃縮倍數大于5條件下穩定運行，現場監測結果及循環水水質數據均達到并優于國標規定的要求。沉積速率和腐蝕速率均明顯優于石化公司的限定指標。在保證循環水系統安、穩、長、滿、優運行的同時還滿足了環保排放要求，清洗、預膜期間置換排污水除了初期色度、懸浮物較高需污水場處理外，后期排水可以直接排放或經過簡單處理后回用，減少了環境污染。在系統運行 7個月后，正逢檢修，打開生產設備的碳鋼、不銹鋼和銅合金換熱器等，發現系統不結垢、不腐蝕，有效地保證了循環水系統穩定、安全和高效運行，保證了裝置的正常生產。

表2 第一、二循環水場水質數據Table 2 The water quality data of No1 and No2 cooling circulating water plants

2 冷卻塔平面布置和選型充分考慮節能、節水

在冷卻塔平面布置、冷卻塔本體設計時充分考慮到運行時的能耗非常重要。針對本項目的技術特點，通過考慮濕熱空氣回流對冷卻塔的熱力性能造成的影響，冷卻塔設備各部件及整體的優化設計，實現了冷卻塔平面布置合理，冷卻塔本體氣流流場流線化、低能耗運行、超低飄水損失。現對設計中現對設計中節能降耗部分綜述如下：

2.1 冷卻塔背靠背一列布置，減少濕熱空氣回流對塔群熱力性能的影響

由于受全廠總圖平面布置影響，一、二循占地面積非常緊張，無法采用傳統的單列布置形式。以一循為例，可選擇的布置方式為：一種為3列布置，每列4臺，另一種為1列背靠背布置。經過從類似工況的實塔測試總結的經驗公式詳細計算，采用多列布置的小氣候影響較大，且占地面積較大，濕熱空氣回流將對冷卻塔的熱力性能影響大，最終選用濕空氣回流影響較小的背靠背一列布置形式，并且將進風口濕球溫度向上修正0.2 ℃。

2.2 優化冷卻塔整體設計，節能降耗，防凍防凝

優化節能設計、節約風機能耗、降低水耗。

冷卻塔的風機能耗主要取決于填料的熱工性能、塔體阻力、風機全壓效率、風機配置、動能回收型風筒的應用等。在保證設計工藝要求的前提下，充分考慮以上影響冷卻塔能耗的關鍵因素，采取一系列有針對性的節能設計，可使風機系統長期在低能耗下運行。

a.采用高效填料、改進噴頭、優化塔體設計降低塔體阻力

在同等換熱量的前提下，填料的熱工性能越好所需要的風量就越小。設計采用的 IC-A型薄膜填料具有比表面積大，有效延長了淋水時水滴在填料段的停留時間，水氣熱交換更加充分的優點。

b.采用高效風機、曲線型動能回收型風筒達到節能目的

設計工況下， Howden風機效率高達90.7%，能耗更低。通過采用全壓效率較高的風機，風機軸功率由國產的 164.3 kW，降低為 Howden風機的153.7 kW，節能效果明顯。

c.優化節水設計 節約水耗

在冷卻塔中，蒸發損失和排污損失由冷卻塔熱力性能、外界氣象條件、循環水濃縮倍數等因素決定，通過采用專利技術的SJ型高效低阻加筋弧形收水器，飄水損失可達0.001%以下，極大的提高了設備的收水效率。

針對冷卻塔進風口處容易產生嚴重的淋水外濺現象，一循冷卻塔從設計上采取進風側，填料梁底部采取內斜角處理并設有導流板，防止產生壁流水外延（特別是冬季風機關閉時）；進風側水池頂層梁采取下沉500 mm，循環水浸泡頂梁的設計，避免淋水撞擊橫梁產生的飛濺：塔下水池池壁外擴 1 500 mm，防止淋水受外界氣流影響灑向塔外：同時設置進風口側面導流板，避免淋水被渦流帶出塔外等措施，徹底解決淋水外濺問題。

3 優化污水場設計和運行，實現污水資源化，提高污水回用率

根據“污污分流、分質處理”的原則，結合進入污水處理場的污水特性及回用要求，將進入污水場的污水分為3類分別處理，即生產生活廢水處理單元（2501），清凈下水處理單元（2502）、反滲透濃水處理單元（2503）。

3.1 優化污水場工藝流程設計，提高水重復利用率

污水處理場在設計之初就對各生產、輔助裝置排水鹽平衡進行核算，并參照各裝置排水綜合指標，對系統流程進行了優化。含鹽量較低、污染物濃度較高的生產污水進入2501單元進行處理；含鹽量較高，污染物濃度較低的循環水場排污水進入 2502單元進行脫鹽處理。由于兩套系統產水混合后，混合水含鹽量仍無法滿足作為循環水場補水的水質要求，在流程設計上又考慮了將2501單元產水分100 m3/h進入2502單元處理，盡最大可能提高污水回用量，減少外排污水量，提高水重復利用率，2013年污水場共計回用污水54.989 3萬t。

3.2 開源節流，做好裝置開工期間污水回用工作

3.2.1 接收裝置開工期間沖洗水，實現回收利用

為節約水資源，從2012年5月份開始，污水處理場對各生產、輔助裝置開工期間沖洗管線、設備的污水進行收集，并送到2501單元進行處理，通過氣浮、多介質過濾器和活性炭過濾器處理后，出水符合進入循環水場要求，在開工期間共回用裝置沖洗水8.51萬t。

3.2.2 收集裝置開工期間酸洗鈍化水，實現廢水利用

丁二烯、聚丙烯、乙烯和低密等裝置相繼進行酸洗鈍化，該污水氨氮、總磷較高。其中鈍化污水COD達到1 000 mg/L，但由于其主要成分為檸檬酸，可生化性好，較容易被微生物降解。因此對該污水的處理主要考慮脫氮除磷。為方便處理，保證水質達標，采用2503單元對污水進行處理，引進高效脫氮菌種，投加到SBR池，進行污泥培養、馴化，然后對儲存的高濃度酸洗鈍化污水進行分批處理，投加氯化鈣去除總磷。處理后出水氨氮小于0.5mg/l，總磷在0.4~0.5 mg/L之間，水質合格回用到循環水場，共回用污水1.89萬t。

4 優化管網設計，實現分壓、分質供排水，實現雨水資源化

烯烴廠地管包括給水系統和排水系統兩部分。給水設置有高壓生產給水、低壓生產給水、生活給水、循環冷卻水、穩高壓消防水、回用水六個系統。排水設置有生產污水、生活污水、含鹽污水、循環水排污水、雨水、外排下水六個排水系統。

4.1 分壓供水，實現降耗增效

生產給水設置為高、低壓2個管網供水。低壓生產給水系統（DN700）向循環水供補充水，到循環水界區線處的水壓≥0.2 MPa(g)，循環水補水量在1 519~1 969 m3/h范圍內（不考慮回用水時 ）。高壓生產給水系統(DN300)向裝置供生產水。該系統到各個裝置區界區線處的水壓≥0.4 MPa(g)。根據用戶壓力需求，將用水量較大的循環水補水采用低壓供水，實現了節能降耗。

4.2 分質供排水、實現雨水回收利用，節能減排

在管網設計過程中要求各裝置排水做到清污分流，污污分流。各裝置區內生產過程中排出的生產污水與雨水分開，用單獨系統收集和排放。有污染的生產裝置劃分污染區,并將污染區的初期污染雨水與后期清凈雨水進行切換。初期污染雨水送到污水場處理，后期清凈雨水和廠區非污染區的清凈雨水收集到全廠11 000 m3的清凈雨水池，雨水作為輕度污染的水資源，經簡單處理后回用于循環水場補充水。2013年回收雨水量約6萬t。

4.3 選用新型管材，實現安全、穩定供排水，降低供水的成本

本項目在地管管材的選擇上進行了新的嘗試，生活給水、含鹽污水系統管材為鋼絲網骨架聚乙烯復合管，電熔焊接；生活污水管道采用聚丙烯（PPH）管材；雨排系統管道材質為高密度聚乙烯（HDPE）纏繞增強管（B型），承插電熔焊連接。新型管材的使用可以保護飲用水免受污染，而且施工快捷，內壁光滑，輸送阻力小，減少使用中能耗，連接可靠，不會滲漏因此經濟效益和環境效益非常顯著。

5 全面DCS控制,提高水系統自動化控制水平，節能降耗

隨著計算機過程控制技術的發展和國內石化企業自動控制水平的提高，DCS集散控制系統在石化企業公用工程系統得到了廣泛的應用。大大提高了生產自動化水平，通過實施DCS自動控制，使工藝參數達到給定值，使運行控制精細化、提高運行平穩率，既可以節能降耗，又可以提高水處理效果。

5.1 應用自動加藥監控技術，實現系統自動加藥

無磷方案相對于有磷方案，有著更高的控制要求，水質控制區間更為窄小。為避免操作風險和偏離操作區域帶來的不可逆負面影響，自動控制和監控系統對高濃縮倍數無磷方案尤為重要［3］。自動加藥監控系統可以自動在線監測循環水的pH值、電導率、ORP(余氯)、腐蝕率及藥劑濃度的投加濃度，根據設定值，自動控制添加各種藥劑。

5.2 循環水質在線實時監控，提高系統運行的穩定性和可靠性

為了提高循環水水質穩定控制平穩率，在循環水場設計時，設置了循環水在線分析儀，工藝管理人員和操作人員根據在線儀分析數據及時進行旁濾反洗、在線排污等操作調整，設置的在線分析儀有循環水余氯分析儀、TOC分析儀、監測換熱器、ORP、循環水在線腐蝕率儀、循環水在線沉積率測試儀和循環水及補充水電導率儀。在線實時監控系統解決了循環水因人工分析頻率低，分析數據滯后等影響操作調整的及時性和準確性問題，并且在系統出現泄漏，發生低pH漂移等異常情況時可以快速反饋循環水質的變化情況。為循環水系統高濃縮倍數下長期穩定運行提供充分的技術支持。保障了循環水場在高濃縮倍數下的穩定運行，提高了循環水運行管理的自動化水平。

5.3 設置系統攝像監視系統，實施遠程監控

在各水泵房、冷卻塔、水池、硫酸間設置了工業攝像頭,引線進入DCS系統。攝像頭可 360°轉角遙控,提高了水系統監控水平。為水系統現場無人管理、遠程監控,拓展了更大的發展空間。

6 下一部水系統優化的思路

6.1 冷卻塔增設消霧設施，消除安全隱患、節能節水

北方的春秋、冬季節，此時由于環境溫度低或者環境濕度很大，冷卻塔內的空氣與冷卻水經過熱質交換后，高溫高濕空氣排出塔外時被外界冷空氣冷卻，冷凝而產生很多液滴，形成冷卻塔羽霧。當冷卻塔風筒出口的羽霧很大時，使冷卻塔周邊道路能見度降低，地面濕滑，影響通行人員安全；會對其周圍區域的氣候產生變化，使得該區域空氣濕度增大，從而影響周邊南北總變電所的運行安全；造成大量循環水的損失，增加循環水系統的運行費用。所以從環境保護、節水、安全的角度，需要解決冷卻塔羽霧問題。

6.2 多措并舉，克服污水水質復雜帶來的困難，提高污水回用率，實現環評要求

烯烴廠各生產裝置經過近一年的調整運行，生產狀況由頻繁波動逐漸步入正常階段，但丁苯橡膠裝置所排生產污水因工藝原因，排污水質超出污水處理場設計進水標準，污水處理場在現有流程基礎上，雖經多次工藝調整，仍無法保證排水達到設計標準。

6.2.1 對丁苯橡膠生產廢水進行預處理改造，實現環評要求

丁苯橡膠生產廢水中含有大量環狀有機物和低聚物，主要污染物為苯乙烯、甲苯、乙苯、苯甲醛、丁二烯、LAS (凝集劑——三烷基氯化銨、二腈二胺甲醛縮合物)等［4］，廢水氨氮、總磷、懸浮物、含鹽量等主要污染物濃度高，COD很難生物降解，B/C值低，是當前石化行業難處理的生產廢水之一，裝置開車以來對污水處理場平穩運行影響很大，所以說，對丁苯橡膠生產廢水進行水質預處理改造是保證實現環評要求的必經之路。經實驗研究， “復合鐵鹽除磷+PACT法+電吸附脫鹽”的工藝路線適合丁苯橡膠生產廢水預處理改造，并且PACT法抗污染物沖擊能力、操作靈活性較強，可以根據污染物濃度的變化及時調整粉末活性炭投加量［5］，流程末端再增設一套脫鹽系統可以解決產水含鹽量高的問題。經過上述改造，COD、總磷、氨氮、電導率四類污染物可以得到治理，污水處理場可以實現設計水質標準。

6.2.2 深化東部水平衡，實現污水零排放

為減少撫順石化東部地區污水排放量，需對烯烴廠、新老電廠工業用水和排水進行整合。電廠污水進行“清污分流”后，全部送到烯烴廠污水處理場進行處理。其中新老電廠中和池高鹽污水送到2502單元進行脫鹽處理，其它低鹽生產、生活污水送到2501單元處理，兩個單元產水共同回用，預計滿負荷條件下，回用水量將達到600 t/h以上；反滲透濃水送回到電廠作為沖灰用水和脫硫脫硝用水，最終實現環評要求的污水“零排放”。

7 結束語

隨著國家節水減排的不斷推進，要求企業生產成本越來越低，因此從根本上節約用水，減少排放，使有限的資源發揮最大的作用越來越重要。

對于石化企業循環水系統，可通過合理的控制濃縮倍數、做好污水回用、搞好循環水管理，可以達到減少新鮮水的消耗。污水回用等水處理新技術的應用，使循環水質更加多元化和復雜化，工業循環冷卻水處理也將面臨新的機遇和更大的挑戰，以科技創新為深入推進節水減排工作的核心推動力，進行工業水系統的整體優化（污水整合及水資源優化），全面提高水資源綜合利用率。通過自主創新、引進消化吸收再創新、集成創新等形式，突破節水技術瓶頸，實現節水減排不斷登上新高度。

［1］趙榮明，顧海峰，陳志龍. 無磷水處理方案在空分系統的應用[J].冶金動力，2009，131（1）：61-63.

［2］高立新.塑料管在市政工程中的應用[J].給水排水，2003，（4）:23-25.

［3］曹立新.低磷、無磷配方的研究和應用[J].工業水處理，2003，23（10）：74－76.

［4］薛慧峰，趙家林.丁苯橡膠廢水中有機物的定性[J].分析化學研究簡報，2006，（9）：141-144.

［5］陳龍，丁年龍.傳統活性污泥法工藝投加粉末活性炭的生產試驗性應用[J].污染防治技術，2009，（10）:7-8.