氯堿生產裝置中循環水系統的優化運行與節能改造

劉影，張二軍

（昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作454000）

氯堿生產裝置中循環水系統的優化運行與節能改造

劉影，張二軍

（昊華宇航化工有限責任公司，河南焦作454000）

介紹了氯堿生產裝置中循環水系統運行方式的優化及節能改造措施。

氯堿生產；循環水；優化；節能

1 概述

昊華宇航化工有限責任公司于2005年8月投產了10萬t/a PVC、10萬t/a離子膜燒堿項目。該項目循環水系統配套設計了6臺1 000m3/h的無填料噴霧冷卻塔，4臺2 200m3/h的循環水泵（開3備1）、2套加藥裝置及相應的旁濾和加氯裝置。PVC生產與離子膜生產系統共用1套循環水系統，但運行過程中，循環水供水溫度不能滿足PVC聚合工序工藝要求，PVC產量受到嚴重影響。該公司于2006年對原循環水供水系統的供水方式進行了系統改進，將PVC生產用循環水系統與離子膜燒堿用循環水系統分開，各自獨立運行。循環水系統供水工藝流程見圖1，PVC生產系統采用3臺2 200m3/h循環水泵（開2備1）供水，4臺1 000 m3/h的無填料噴霧冷卻塔進行冷卻降溫；燒堿循環水系統采用2臺2 200m3/h循環水泵供水（新增1臺），2臺1000m3/h和1臺800m3/h（新增）的無填料噴霧冷卻塔進行冷卻降溫。改進后的燒堿循環水系統供水壓力指標為0.40～0.45MPa，PVC生產系統的循環水系統供水壓力指標為0.6MPa左右。改進后，兩系統均保持了正常穩定運行，但是整個系統仍存在運行成本高等問題，針對這些問題，對運行方式進行優化、對系統進行節能改造，使循環水系統實現了節能運行。

2 系統節能改造

2.1 加藥方式改造

2.1.1 原加藥方式

循環水系統原配套設計了2套加藥裝置，由攪拌槽和計量泵組成，每套裝置運行功率為0.74 kW。在運行過程中，需首先由操作工將藥劑（水質穩定劑、降堿劑、殺菌滅藻劑等桶裝藥劑)提至高約1.5m的加藥平臺，倒入加藥裝置的攪拌槽內，然后根據需要調節循環水中的加藥量調節計量泵，由計量泵連續輸送至循環水塔下水池內。加藥過程不僅浪費電能，而且勞動強度較大，同時，將每桶25 kg的藥劑人工提至平臺再向攪拌槽內傾倒也存在一定的危險性。

2.1.2 改造后的加藥方式

根據循環水系統設計上的特點，利用循環水吸水池上的大平臺設計了2個塑料加藥槽，根據需加藥量，在塑料加藥槽的下部開幾個小孔，然后將加藥槽安裝在緊靠循環水吸水池大平臺處的塔下水池上，使得加藥槽與吸水池在一個平面上，購進的藥劑也全部存放在循環水吸水池大平臺上，使加藥位置緊鄰藥品存放位置。由于加藥面與吸水池平臺在一個平面，加藥時，操作工只需將桶裝藥劑直接倒入加藥槽內，藥劑通過加藥槽底部的小孔連續滴加至循環水中，不僅保持了連續滴加的方式，而且大大降低了工作強度，減少了計量泵連續運行對電能的消耗。棄用的加藥裝置移送至污水處理站做為投加鹽酸、氫氧化鈉以及次氯酸鈉使用（該崗位向攪拌槽內加藥通過管道注入）。每年可節約電能11840kW·h，按0.45元/（kW·h）計，可節約5 328元。

2.2 循環水系統運行補水改造

2.2.1 循環水系統日常補水情況

循環水系統由于水分的蒸發、風吹損失、排污需要以及其他裝置的使用，每小時平均需補充深井水70～80m3。

（1）因水分的蒸發損失、風吹損失量

a.蒸發損失水量E=（0.1＋0.002θ）RΔt/100

式中：θ為空氣的干球溫度，取25℃；R為系統循環水量，本系統為7 000m3/h；Δt為冷卻塔進出水溫差，℃。E=（0.1＋0.002×25）×7 000×5/100=53m3/h；b.風吹損失量約為系統循環水量的0.1%，約為7m3/h。

（2）PVC生產過程中乙炔清凈工序使用的次氯酸鈉是采用工業循環水進行配制的，每小時使用工業循環水約10～20m3。

2.2.2 其他崗位排放廢水情況

與循環水崗位相鄰的純水站崗位，其主要任務是利用深井水制取去離子水。在制水過程中有大量廢水外排，沒有進行綜合利用，造成較大的水資源浪費。該崗位的制水工藝是采用雙級反滲透加混床精制，工藝流程如圖2。

由圖2可以看出，深井水逐級經過砂濾器、疊片式過濾器、超濾機組以及軟水器處理，水中的各種懸浮物、泥沙、微粒、膠體、細菌、雜質、有機物和硬度均已被過濾去除，再經雙級反滲透膜分離，水中絕大部分的離子被截留在濃水中，從而制取電導率為5μs/cm以下的水。再經過混床的進一步精制得到電導率為2μs/cm以下的去離子水。在制水過程中，二級反滲透濃水因離子濃度較低，直接被系統回收利用；一級反滲透的濃水因離子濃度高，不能再回收至制水系統中，直接被排放。2個一級反滲透平均外排濃水55m3/h，其他設備如砂濾器也需要定期進行反洗、再生以保證正常運行，阿科超濾機組、軟化器等設備在運行過程中要間斷地進行一些沖洗、反洗、殺菌、再生等步驟，以保證機組的正常穩定運行，反滲透機組每次開停機均需排放一部分水，上述機組平均需外排廢水30～50m3/h，浪費了大量水資源。

2.2.3 循環水補充改造

（1）一期一級反滲透濃水的利用

根據反滲透制水原理可知，反滲透機組只對水中溶解鹽進行過濾或濃縮，本身并不會對原水產生污染，故其濃水中的離子只是其處理水中被脫除濃縮的離子。由于一期一級反滲透進水經過軟化器去除了水中的鈣、鎂離子，故濃水中并無鈣、鎂離子，只是其他離子含量較高。濃水水質和深井水水質的分析對比情況見表1，表2。

從表1和表2的分析數據可以看出，一期一級反滲透濃水中電導率、堿度和氯離子含量均比深井水要高，但是其基本上不含鈣、鎂離子，針對具體的使用范圍，仍具有回收利用價值，可以用于換熱設備或對水質要求不高的系統中。將此部分水通過管道利用反滲透自身壓力全部引入循環水系統中作為補充水使用，可節約深井水25m3/h，每年可節約深井水16萬t，深井水按1.15元/t計算，可節約18萬元。

表1 一期一級反滲透濃水水質情況

表2 深井水水質分析數據

（2）砂濾器、阿科過濾器、超濾機組外排廢水的回收利用

在制水過程中，砂濾器、阿科過濾器、超濾機組只是起到過濾作用，其外排廢水中只含有大量的懸浮物、泥沙、雜質等，完全可通過將水中的懸浮物、泥沙、雜質等去除后回收利用。新建了1個沉降裝置，將經過沉降處理的這部分水經過新增回收水泵全部送到循環水站大水池內做為循環水補充水使用，可節約補充深井水30m3/h，年可節約24萬t深井水，深井水按1.15元/t計算，可節約36萬元。

2.3 循環水泵的節能改造

2.3.1 改造前循環水泵運行情況

循環水系統在PVC生產系統與離子膜燒堿系統各自獨立運行后，采用的2臺SLOW350-520(I)型循環水泵（Q：2200m3/h，H：59m）功率分別為450 kW和400 kW，存在能力過大現象，運行中循環水供水壓力大大超出該系統工藝指標要求，最高達到0.6MPa（工藝指標為0.40～0.45MPa）。生產運行中，為保證工藝指標要求，崗位上采取了控制循環水泵進出口閥門開度，以及供水管路上安裝泄壓閥打回流2種方式來調節供水壓力。但是，操作規程不允許采取控制水泵進口電動蝶閥開度保證供水壓力，且極易造成水泵葉輪產生氣蝕現象；采取控制出口電動蝶閥開度控制供水壓力，運行一段時間后使得DN700的電動蝶閥閥芯出現密封不嚴，造成停運檢修時循環水泵內始終帶壓，導致循環水泵無法正常檢修維護。因此，日常一般采取泄壓閥調節，將一部分循環水通過泄壓管直接返回至循環水池約30%的水量，造成水泵做了大量無用功，嚴重浪費了能源。

2.3.2 循環水泵改造

水泵改造有2種方案可供選擇。

（1）對循環水泵電機采取變頻控制，使得循環水泵能夠根據壓力情況進行自動調整，初步估算可減少用電20%左右，方案本身可行，但由于需選用2臺450 kW的高壓變頻設備，約需投資300多萬元，并需新增占地面積約40m2。

（2）將原水泵更換為節能水泵。與浙江工業設計研究院協作，利用其“一種在線流體系統的糾偏方法”的節能專利技術，對燒堿循環水系統進行了實際監測。通過對在線流體系統的壓力測定、系統動力機械的功率測定、檢定系統管路的合理性、管路特性后，診斷系統存在的問題。按最佳運行工況參數，針對系統運行情況，量身定制2臺FCH高效節能泵（電機不換），替換實際處于不利工況、低效率運行的水泵，消除“無效能耗”，提高輸送效率，從而達到最佳的節能效果，如此初步估算可節電30%左右，并且設備投資、安裝完全由其負責，我們共享節能效益。

通過比較，選擇了第2種方案，于2009年3月對燒堿循環水系統進行了改造。將原有的2臺循環水泵更換FCH高效節能泵，于2009年4月正式投運。投運后，4號循環水泵節電率可達27%左右，每年可節電89.6萬kW·h，5號泵循環水泵節電率為32%左右，每年可節電108萬kW·h，合計年可節約88.9萬元。

3 循環水系統運行方式的優化

循環水系統一年四季運行情況各有不同，夏季供水需求量大，冬季由于外供循環水溫度較低，PVC生產系統和離子膜燒堿系統生產需用量均大幅減少。

（1）循環水泵

從每年的11月至次年2月，將PVC循環水系統與燒堿循環水系統通過兩系統的供水連通閥和回水連通閥均打開一小部分進行連通，將PVC系統的循環水通過供水連通閥向燒堿系統供應一部分，然后將燒堿循環水系統停運1臺循環水泵，不僅保證了兩個循環水系統的正常運行，而且每年可節電86.4萬kW·h，按0.45元/（kW·h）計算，可節約電費約38.9萬元。

（2）冷卻塔風機

根據循環水系統冬季外供循環水溫度較低的情況，及時調整循環水冬季供水溫度，通過與用水單位協調，在保證生產正常運行的條件下，減少冷卻塔風機運行臺數，平均每天可停運30kW風機4臺，每年如此運行3個月，可節電25.9萬kW·h，年節約電費11.7萬元。

4 結語

通過節能改造及調整系統運行方式，不僅降低了操作人員的工作強度、減少了大量外排廢水，實現了廢水階梯利用，而且每年可節約各種費用192萬元，有效地降低了循環水系統的生產運行成本。

Optim ized operation and energy saving innovation of circulatingwater system of Chlor-alkaliequipment

LIUYing,ZHANGEr-jun
(Haohua Yuhang ChemicalCo.,Ltd.,Jiaozuo454000,China)

Optimized operation and energy saving measures of circulating water system of Chlor-alkali equipmentwas introduced.

circulatingwater;optimized;energy saving

book=30,ebook=194

TQ114.26

B

1009－1785(2010)06－0030-03

2010-01-27