循環(huán)冷卻水運(yùn)行管理現(xiàn)狀及對(duì)策

文/許金寶

國(guó)內(nèi)中小化工企業(yè)循環(huán)冷卻水運(yùn)行管理現(xiàn)狀及對(duì)策——國(guó)內(nèi)中小化工企業(yè)由于工藝特點(diǎn)的不同、循環(huán)水場(chǎng)保有水量較小、企業(yè)缺乏有效的管理手段以及技術(shù)人員專業(yè)性不強(qiáng)，企業(yè)的循環(huán)水運(yùn)行管理往往得不到重視。本文將結(jié)合現(xiàn)狀重點(diǎn)對(duì)化工企業(yè)間冷開式循環(huán)冷卻水運(yùn)行管理現(xiàn)狀進(jìn)行剖析以及對(duì)其產(chǎn)生的后果進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，同時(shí)結(jié)合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)的進(jìn)步，提出解決現(xiàn)狀的可行方法，確保生產(chǎn)過程本質(zhì)安全以及節(jié)水效果明顯。

如果循環(huán)冷卻水在運(yùn)行過程中不進(jìn)行指標(biāo)監(jiān)控分析加藥（其他靜電水處理等技術(shù)不包含），長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)對(duì)換熱設(shè)備產(chǎn)生水垢、污垢及生物淤泥的沉積、腐蝕的加劇以及菌藻的滋生等問題，直接影響設(shè)備長(zhǎng)周期運(yùn)行，節(jié)水減排也就流于形式，造成生產(chǎn)過程成本增加。循環(huán)冷卻水處理是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，但由于企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員不滿足實(shí)際需要，管理上不重視，很難提高工業(yè)循環(huán)水運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)和水平。

按照國(guó)家節(jié)水相應(yīng)環(huán)保政策，如何優(yōu)化運(yùn)行循環(huán)水場(chǎng)、減少排污以及綠色生產(chǎn)將是今后中小化工企業(yè)面臨的實(shí)際問題。

國(guó)內(nèi)中小化工企業(yè)循環(huán)水運(yùn)行現(xiàn)狀

加藥系統(tǒng)與主體設(shè)計(jì)不同步

相當(dāng)一部分企業(yè)水場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)加藥設(shè)施、藥劑儲(chǔ)存都是臨時(shí)的，擺放隨意，相當(dāng)?shù)牟灰?guī)范。產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象主要的原因就是在設(shè)計(jì)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)時(shí)沒有提前或同步考慮到實(shí)際水質(zhì)處理方案以及選定的第三方水處理系統(tǒng)未融入整體循環(huán)冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，往往也沒有預(yù)留加藥孔、采樣孔及檢測(cè)孔等，造成后期在設(shè)備和管道上開孔或焊接安裝取源部件，違反了《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50093-2013規(guī)定。

開工前不進(jìn)行清洗或預(yù)膜

有些企業(yè)新建項(xiàng)目在投產(chǎn)前，作為公用工程的循環(huán)水系統(tǒng)卻沒有嚴(yán)格按照吹掃、水洗（化學(xué)清洗）以及冷態(tài)預(yù)膜進(jìn)行，那么系統(tǒng)管壁就形成不了一層致密的緩蝕保護(hù)膜，導(dǎo)致不利于設(shè)備防腐，影響冷換設(shè)備使用周期。預(yù)膜的藥劑盡量選取低磷或無(wú)磷，減少對(duì)環(huán)境的影響。“提高濃度的預(yù)膜方案”由于操作和管理比較簡(jiǎn)單，適用范圍比較廣。

旁流過濾器不投用

旁濾水量一般經(jīng)驗(yàn)是占循環(huán)水量的1%～5%，通常情況下化工企業(yè)要求濁度控制小于2 mg/L，其中一個(gè)原因是濁度過高會(huì)加速金屬設(shè)備腐蝕。從GB50050-2017《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（簡(jiǎn)稱“設(shè)計(jì)規(guī)范”）來(lái)看，旁流過濾器（簡(jiǎn)稱“旁濾”）出水濁度應(yīng)小于3.0 NTU要求。如果當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)考慮不充分就會(huì)導(dǎo)致使用效果差，久之就會(huì)被棄之不用。建議定期對(duì)旁濾效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)、清理以及更換濾料。

換熱器管理松散

（1） 水側(cè)流速不監(jiān)測(cè)。

大部分中小型化工企業(yè)沒有意識(shí)到流速如果低于規(guī)定值的后果，也沒有考慮到其與腐蝕的強(qiáng)相關(guān)性。日常多數(shù)企業(yè)沒有制度規(guī)定對(duì)換熱器進(jìn)行便攜式超聲波流量?jī)x進(jìn)行測(cè)量。規(guī)范要求流速見表1。（2） 換熱器基礎(chǔ)臺(tái)賬不健全。如《工業(yè)水系統(tǒng)的冷換設(shè)備臺(tái)帳》沒建立或不健全；目前很多企業(yè)各工藝單元之間和生產(chǎn)過程的不同環(huán)節(jié)熱聯(lián)合程度不夠, 對(duì)全廠的能源整體利用仍有不足以及生產(chǎn)裝置熱量未充分回收利用, 造成了大量低溫位熱量被循環(huán)水冷卻器或空氣冷卻器取出。調(diào)節(jié)循環(huán)水給水有的是關(guān)小入口閥，反而增加了結(jié)垢和腐蝕趨勢(shì)。建議使用循環(huán)水冷卻器的循環(huán)水出口流量控制，會(huì)比循環(huán)水入口流量控制對(duì)熱流冷卻效果更加穩(wěn)定；運(yùn)用系統(tǒng)節(jié)能思維改變循環(huán)水工藝流程, 深化循環(huán)水串聯(lián)的應(yīng)用, 可大幅降低循環(huán)水使用量。

表1 換熱器管程/殼程水流速限定

冷卻塔內(nèi)構(gòu)件維護(hù)保養(yǎng)不夠

淋水填料選型及破損，收水、布水設(shè)計(jì)選型及破損，風(fēng)機(jī)葉片損壞等未及時(shí)發(fā)現(xiàn)，甚至有的企業(yè)檢修期間也沒有對(duì)其進(jìn)行有針對(duì)性的檢修造成了影響熱量的傳遞和揮發(fā)的后果。對(duì)塔池出口濾網(wǎng)定期清理也是判斷冷卻塔內(nèi)構(gòu)件有無(wú)破損一個(gè)手段。

回水與給水溫差小

有些企業(yè)實(shí)際溫差小于設(shè)計(jì)指標(biāo)；沒有按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求對(duì)換熱器進(jìn)出口安裝熱偶溫度計(jì)、壓力表；關(guān)鍵換熱器沒有流量計(jì)；缺乏監(jiān)測(cè)手段和相關(guān)數(shù)據(jù)的采集；沒有認(rèn)真計(jì)算校對(duì)當(dāng)工況變化時(shí)，換熱面積是否夠用；也沒有在保證流速情況下進(jìn)行換熱器水側(cè)出口閥門調(diào)整，造成極大的能源浪費(fèi)。

藥劑加入量計(jì)算不準(zhǔn)確

有些企業(yè)日常對(duì)循環(huán)水運(yùn)行管理缺失，補(bǔ)水和排污沒有計(jì)量表，甚至有的也不進(jìn)行補(bǔ)水、也不加藥；存在濃縮倍數(shù)通過估算而不是計(jì)算公式。可以看出企業(yè)的專業(yè)技術(shù)人員能力不足，可想而知循環(huán)水場(chǎng)運(yùn)行的效果了。一般情況下水質(zhì)穩(wěn)定劑的加藥量可以根據(jù)水質(zhì)穩(wěn)定劑配方的要求、補(bǔ)充水水量和循環(huán)水的濃縮倍數(shù)來(lái)估算。

設(shè)配方中要求向循環(huán)冷卻水中添加某一組分(例如聚磷酸鈉)的濃度為C mg/L(有效成分計(jì))，補(bǔ)充水水量為M m3/h，循環(huán)水的濃縮倍數(shù)為K，則每小時(shí)M m3補(bǔ)充水經(jīng)濃縮后變?yōu)镸/k m3循環(huán)水，故每小時(shí)加藥量(kg)=C×10-3×M/K (有效成分計(jì)),通過有計(jì)量的加藥裝置，按補(bǔ)充水所需的量，直接加入或與補(bǔ)充水混合后再入循環(huán)水系統(tǒng)，但要注意加藥點(diǎn)不應(yīng)在取樣點(diǎn)上游。

計(jì)量?jī)x表不健全

有些企業(yè)計(jì)量?jī)x表選型、安裝位置不對(duì)，配置不全甚至長(zhǎng)時(shí)間沒有進(jìn)行校準(zhǔn)。建議應(yīng)按照《化工企業(yè)能源計(jì)量器具配備和管理要求》GBT21367-2008配置，須注意被測(cè)的流量范圍應(yīng)不小于最小流量和不大于額定流量，額定流量至最大流量計(jì)量區(qū)間只可供短時(shí)間計(jì)量流量值用(每日應(yīng)不超過1h)。水表需水平安裝，水表前后管路可分別保持管徑的6～8倍和3～5倍的直管段，建議“前6后3”即可，使水流穩(wěn)定測(cè)量準(zhǔn)確。其他類型流量計(jì)量?jī)x表按照《自動(dòng)化儀表工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB 50093-2013及設(shè)計(jì)文件規(guī)定安裝。由于目前中小型化工企業(yè)循環(huán)水計(jì)量三級(jí)表普遍沒有，對(duì)于噸產(chǎn)品循環(huán)水消耗沒有概念，導(dǎo)致許多企業(yè)開工運(yùn)行多年未進(jìn)行過水（含循環(huán)水）平衡測(cè)試，對(duì)用水情況也沒有做過系統(tǒng)的分析，生產(chǎn)裝置用水沒有具體的考核指標(biāo)和節(jié)水獎(jiǎng)勵(lì)，節(jié)水工作整體滯后。

專業(yè)性缺失造成能源損失

有的企業(yè)對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行管理不重視，甚至直接進(jìn)行了外包，所以企業(yè)的化驗(yàn)室對(duì)水質(zhì)相關(guān)分析項(xiàng)目缺失，沒有相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致對(duì)掛片管理、腐蝕速率以及濃縮倍數(shù)計(jì)算等流程無(wú)法開展。很多中小化工企業(yè)的循環(huán)水濃縮倍數(shù)不達(dá)標(biāo)（不宜小于3，GB/T50050規(guī)定），直接加大了循環(huán)水補(bǔ)充水的用量和水處理劑用量，造成循環(huán)水冷卻效率不高，增加了動(dòng)力消耗、藥劑消耗和水資源的消耗。

建全循環(huán)冷卻水運(yùn)行管理系統(tǒng)

健全基礎(chǔ)工作

企業(yè)公用工程車間首先完善當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備材質(zhì)、工藝狀況，進(jìn)、出口水溫、流速、循環(huán)量、保有水量和有關(guān)圖紙資料等；完善現(xiàn)場(chǎng)水處理設(shè)備，檢查集水池、冷卻塔、加藥裝置以及檢測(cè)裝置等，并規(guī)范實(shí)施要求，提出整改建議。如小型循環(huán)水系統(tǒng)如無(wú)條件，也可采用間斷加藥即每班或每日加1～2次，可采取定時(shí)定量的加藥方式。采用間斷排污時(shí)，應(yīng)在排污之后加藥。加藥點(diǎn)位置以保證混合均勻?yàn)樵瓌t，建議直接加入補(bǔ)水系統(tǒng)或循環(huán)水系統(tǒng)，若加入循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)保證藥劑在池中有充分混合的時(shí)間，不能在取樣點(diǎn)上游，也要避免靠近某一臺(tái)泵，以防止藥劑分布不均。

掌握藥劑量估算

加藥量是根據(jù)藥劑配方的要求、補(bǔ)水量和濃縮倍數(shù)進(jìn)行的估算。工業(yè)循環(huán)水的補(bǔ)水量計(jì)算公式：

表2 蒸發(fā)校正系數(shù)a值表

蒸發(fā)損失量：

排污量:

補(bǔ)水量：

當(dāng)系統(tǒng)中管道連接緊密，無(wú)泄漏，則滲漏損失F=0；當(dāng)冷卻塔收水器效果好時(shí)，風(fēng)吹損失D很小，可以略去不計(jì)。

式中：

a---系統(tǒng)蒸發(fā)校正系數(shù)（見表2）

M---補(bǔ)水?dāng)?shù)量 m3/h

E---蒸發(fā)損失 m3/h

R---系統(tǒng)循環(huán)水量 m3/h

△t=(t1-t2)----循環(huán)冷卻水進(jìn)出冷卻塔的溫度差℃

T1----給水溫度℃

T2----回水溫度℃

BT---系統(tǒng)排污水量 m3/h

BT---系統(tǒng)排污水量 m3/h

N---濃縮倍數(shù)

e---損失系數(shù)，與季節(jié)有關(guān)，夏季（25～30℃）時(shí)為0.15～0.16；冬季（-15～10℃）時(shí)為0.06～0.08；春秋季（0～10℃）時(shí)為0.10～0.12。

具備條件企業(yè)可以自行編寫小軟件、小程序；也可購(gòu)買成熟的計(jì)算循環(huán)水系統(tǒng)軟件，方便企業(yè)快速測(cè)算和評(píng)判；當(dāng)然還可以采用第三方技術(shù)服務(wù)公司租賃或購(gòu)買的在線自動(dòng)加藥系統(tǒng)，見表2。

化工企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)補(bǔ)水量估算是否合適，也可通過補(bǔ)水率經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式（Q/SH0104—2007規(guī)定）驗(yàn)證。

循環(huán)水補(bǔ)水率計(jì)算公式[2]：

△T= 10℃時(shí)的補(bǔ)水率Rbs（補(bǔ)水量/循環(huán)水量，單位：t / h）為：

化工、化纖、發(fā)電廠≤2.30%

化肥 ≤2.22%

如果△T≠10℃時(shí)，換算公式為：

R= Rbs×A×(△T÷10)

式中：

A為季節(jié)系數(shù)：春秋A=0.75冬季A=0.55 夏季A=0.95

化工企業(yè)也可以通過水平衡查漏。如對(duì)循環(huán)水場(chǎng)補(bǔ)水量、循環(huán)水場(chǎng)排污、裝置主動(dòng)排水量以及蒸發(fā)飛濺損失等計(jì)算出泄漏量，從而測(cè)算出泄漏率，可通過水平衡表來(lái)確定循環(huán)水場(chǎng)地下管網(wǎng)泄漏情況。

加強(qiáng)換熱器管理

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)管理是系統(tǒng)工程，它關(guān)聯(lián)到設(shè)計(jì)、工藝、設(shè)備、環(huán)保、質(zhì)檢、檢修以及計(jì)量等部門，企業(yè)應(yīng)制定相應(yīng)管理制度或細(xì)則，對(duì)需經(jīng)常調(diào)節(jié)循環(huán)水使用量的循環(huán)水冷卻器建議增加調(diào)節(jié)閥, 根據(jù)工藝需要調(diào)整閥位;對(duì)循環(huán)水冷卻器運(yùn)行工況動(dòng)態(tài)管理, 建立冷卻器循環(huán)水進(jìn)出口水溫測(cè)記錄臺(tái)帳, 定期定時(shí)測(cè)量所有冷卻器循環(huán)水進(jìn)出口水溫。建議對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)出口溫差 (8～10℃, 不得低于6℃)，換熱器出口水溫不宜高于50℃的要求進(jìn)行管理, 及時(shí)調(diào)整冷卻器循環(huán)水水量, 達(dá)到合理使用； 建立循環(huán)水冷卻設(shè)備臺(tái)賬并對(duì)其進(jìn)水閥開度動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤, 以作為對(duì)比參照, 得出經(jīng)驗(yàn)閥位開度；定期檢測(cè)換熱器水側(cè)流速。從系統(tǒng)角度看目前很多企業(yè)各工藝單元之間和生產(chǎn)過程的不同環(huán)節(jié)熱聯(lián)合程度不夠, 對(duì)全廠的能源整體利用仍有不足以及生產(chǎn)裝置熱量未充分回收利用, 造成了大量低溫位熱量被循環(huán)水冷卻器或空氣冷卻器取出。

回用水要有指標(biāo)控制

回用水來(lái)源于“中水”或“再生水”。中水是指污水經(jīng)過處理后的出水，水質(zhì)介于上水（給水）和下水（污水）之間，故稱為中水，中水用于回用，故稱為再生水。再生水可以是中水，如果處理的好也可以成為生活用水甚至直飲水。為了確保循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定，參考指標(biāo)見表3，企業(yè)也可根據(jù)化驗(yàn)室條件選擇一些項(xiàng)目進(jìn)行分析監(jiān)控。

含鹽量的控制

表3 回用水用于循環(huán)冷卻水補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)

含鹽量又稱礦化度，是水中各種陽(yáng)離子的量和陰離子的數(shù)量總和。含鹽量可用電導(dǎo)率表示，因水中溶解鹽絕大部分都是強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)诘腥侩婋x成離子，所以可以用離子的導(dǎo)電能力（電導(dǎo)率）的大小來(lái)判斷水中含鹽量的多少，電導(dǎo)率同含鹽量的關(guān)系是（25℃），LgIDS=1.006 Lgk-0.125 (適用于IDS=500～5 000 mg/L)

式中：IDS為含鹽量 （mg/L）K為電導(dǎo)率（μ s/cm）

含鹽量高的 水中，Cl-和SO42-的含量往往較高，因而水的腐蝕性較高。含鹽量高的水 中，如Ca2+、Mg2+和HCO3-含量較高，則水的結(jié)垢傾向增大，因此應(yīng)控制冷卻水中的含鹽量在2 500 mg/L以下，但也要根據(jù)投加水處理劑的性能效果而定。

結(jié)論

循環(huán)水的成本在企業(yè)水系統(tǒng)中占比重很高，約達(dá)30%，往往是新鮮水的三倍以上。未來(lái)中小型化工企業(yè)發(fā)展要沿著綠色生產(chǎn)方向，構(gòu)建綠色循環(huán)低碳發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。從技術(shù)和管理兩個(gè)維度上改善循環(huán)水的運(yùn)維, 通過循環(huán)水場(chǎng)的濃縮倍數(shù)的高低、補(bǔ)水率的大小、進(jìn)出口溫差大小以及產(chǎn)品平均循環(huán)水用量等指標(biāo)來(lái)最終判定運(yùn)行好壞。建立循環(huán)水的運(yùn)行管理系統(tǒng),把發(fā)展的基點(diǎn)放到節(jié)約能源、循環(huán)利用的綠色創(chuàng)新上來(lái)，利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，開發(fā)專家咨詢系統(tǒng)，大膽應(yīng)用成熟新技術(shù)、新手段，不斷提高專業(yè)人員素養(yǎng)，改變管理思路，使節(jié)能減排的理念和要求貫穿至生產(chǎn)的全過程當(dāng)中，切實(shí)精細(xì)化運(yùn)行循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，為企業(yè)節(jié)能高效長(zhǎng)周期運(yùn)行打下基礎(chǔ)。 ●