化工企業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化改造

楊 杰， 楊志崗， 張 林

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司， 河南新鄉(xiāng) 453700)

某化工企業(yè)45萬t/a煤制合成氨、80萬t/a尿素裝置于2013年11月建成投產(chǎn)，采用當(dāng)前國內(nèi)先進(jìn)的水煤漿加壓氣化工藝，配套寬溫耐硫變換、低溫甲醇洗、液氮洗、中壓氨合成、CO2汽提法尿素工藝及公用工程。其中公用工程設(shè)置有3套循環(huán)冷卻水場(chǎng)，分別用于空分裝置、合成氨裝置、尿素裝置。

1 工藝介紹

3套循環(huán)水場(chǎng)均采用砼結(jié)構(gòu)逆流式?jīng)鏊瑔嗡鋮s水量為5 000 m3/h，其中空分、合成、尿素循環(huán)水分別設(shè)置涼水塔3座、5座、4座。循環(huán)水流程為：循環(huán)水通過涼水塔冷卻降溫后進(jìn)入涼水池，通過涼水池與吸水池連通管進(jìn)入吸水池，之后通過循環(huán)水泵加壓輸送至各崗位循環(huán)水冷卻器。換熱之后的回水再回入涼水塔循環(huán)降溫；另一路回水經(jīng)旁濾器過濾之后進(jìn)吸水池。

3套循環(huán)水場(chǎng)投運(yùn)后，相繼出現(xiàn)循環(huán)水濁度高、循環(huán)水中楊絮多、裝置電耗高等問題。為此，根據(jù)循環(huán)水裝置實(shí)際運(yùn)行情況，采取增加除鐵裝置、封閉涼水塔及風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)拖動(dòng)等優(yōu)化措施，穩(wěn)定了循環(huán)水水質(zhì)和降低了裝置電耗，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水裝置的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 改造措施

2.1 旁濾器進(jìn)口增加除鐵裝置

循環(huán)水裝置投運(yùn)后，循環(huán)水補(bǔ)水含鐵量(體積分?jǐn)?shù))平均值在1.3×10-6左右，最高時(shí)達(dá)1.8×10-6，補(bǔ)水中的鐵離子含量高且為二價(jià)鐵，在空氣中容易氧化成三價(jià)鐵而形成膠體物質(zhì)。旁濾器不能有效過濾膠體，造成循環(huán)水濁度增加(一般在30 NTU左右，最高時(shí)可達(dá)到60 NTU左右)，易在裝置中沉積導(dǎo)致局部腐蝕，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.1 改造內(nèi)容

為降低循環(huán)水系統(tǒng)鐵離子含量和循環(huán)水濁度，穩(wěn)定循環(huán)水水質(zhì)，該企業(yè)聯(lián)合GE公司技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在旁濾器進(jìn)口增加除鐵裝置，包括計(jì)量泵及加藥桶，用于投加除鐵助濾劑。旁濾器進(jìn)口虛線部分為新增除鐵裝置(見圖1)。

圖1 循環(huán)水旁濾器進(jìn)口增加除鐵裝置

2.1.2 改造效果

項(xiàng)目投運(yùn)后，改造前后數(shù)據(jù)見表1。

由表1可知：合成循環(huán)水鐵離子體積分?jǐn)?shù)下降5.8×10-6，濁度下降44 NTU，濃縮倍數(shù)提高0.73，每天可減少補(bǔ)水量為919 m3。在改善循環(huán)水濁度的同時(shí)，提高了循環(huán)水濃縮倍數(shù)[1-2]，節(jié)約了一次水用量。

表1 合成循環(huán)水增加除鐵裝置后循環(huán)水水質(zhì)對(duì)比

2.2 涼水塔封閉改造

由于企業(yè)周圍生長大量楊樹、柳樹，在4月下旬—6月上旬期間空中漂浮的楊絮、柳絮較多，而涼水塔無防護(hù)攔截網(wǎng)，致使空氣中的楊絮、柳絮通過進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入涼水塔后帶入循環(huán)水。循環(huán)水涼水池與吸水池連通管處裝有格柵，格柵堵塞比較嚴(yán)重，每天清理工作量很大。若處理不及時(shí)，導(dǎo)致吸水池液位低，影響循環(huán)水水泵安全運(yùn)行。楊絮、柳絮隨循環(huán)水進(jìn)入后系統(tǒng)，極易堵塞換熱器，不利于生產(chǎn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.1 改造內(nèi)容

在涼水塔前后兩側(cè)通風(fēng)口處安裝鋼框架，并在框架上吊掛不銹鋼網(wǎng)，對(duì)進(jìn)入涼水塔的空氣進(jìn)行過濾，從源頭上避免楊絮、柳絮等雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)。涼水塔封閉改造示意見圖2，其中虛線為新增鋼框架及不銹鋼網(wǎng)。

圖2 循環(huán)水涼水塔封閉

2.2.2 改造效果

通過實(shí)施改造，合成循環(huán)水濾網(wǎng)清理頻率由每2 h/次延長至每6 h/次，大大降低了員工勞動(dòng)強(qiáng)度。改造前后每月循環(huán)水水溫?cái)?shù)據(jù)見表2。

表2 合成循環(huán)水涼水塔封閉前后循環(huán)水水溫變化

由表2可知：循環(huán)水水溫?zé)o明顯變化，本次改造未影響涼水塔降溫效果。

2.3 風(fēng)機(jī)改水輪機(jī)拖動(dòng)

合成循環(huán)水共有5臺(tái)風(fēng)機(jī)，原設(shè)計(jì)均為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)功率為200 kW，正常運(yùn)行電流為220～240 A，每臺(tái)風(fēng)機(jī)8 h耗電量在984 kW·h左右，循環(huán)水崗位電耗較高。

2.3.1 改造內(nèi)容

對(duì)循環(huán)水運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，合成循環(huán)水系統(tǒng)上水壓力為0.41 MPa，回水壓力為0.26 MPa，循環(huán)量為18 000～21 000 m3/h。經(jīng)與水輪機(jī)廠家聯(lián)系，對(duì)合成循環(huán)水1#、4#風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造(見圖3)，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用循環(huán)水回水能量拖動(dòng)水輪機(jī)，以減少系統(tǒng)電耗[3-4]。

圖3 循環(huán)水風(fēng)機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為水輪機(jī)拖動(dòng)

2.3.2 改造效果

實(shí)施改造后，合成循環(huán)水1#、4#水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 合成循環(huán)水水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)

改造前后合成循環(huán)水運(yùn)行參數(shù)變化見表4。

由表4可知：系統(tǒng)上水、回水壓力無變化，循環(huán)量減少36.8～493.0 m3/h，涼水塔進(jìn)出水溫降約0.38 K，循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

單臺(tái)風(fēng)機(jī)耗電量約123 kW·h，拆除合成1#、4#風(fēng)機(jī)電機(jī)，即日節(jié)電量為5 904 kW·h。按照電價(jià)為0.55元/ kW·h計(jì)算，改造后每日節(jié)約電費(fèi)為3 247.20元，每年(按330 d計(jì)算)節(jié)約電費(fèi)107.16萬元。

表4 改造前后合成循環(huán)水運(yùn)行參數(shù)變化

3 結(jié)語

企業(yè)針對(duì)自身循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行存在問題，通過增設(shè)除鐵劑投加裝置、改造涼水塔等措施，有效改善了循環(huán)水水質(zhì)，降低了濾網(wǎng)清理勞動(dòng)強(qiáng)度；通過風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由電機(jī)改為水輪機(jī)拖動(dòng)，有效降低了循環(huán)水用電，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。