某煤化工園區工業循環冷卻水處理系統設計

周棟， 高娜

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某煤化工園區工業循環冷卻水處理系統設計

周棟1， 高娜2

（1. 博天環境集團股份有限公司，北京 100082； 2. 廊坊燕京職業技術學院 計算機工程系，河北廊坊 065200）

目前循環冷卻水系統已被廣泛地應用于各行各業之中，本文對某化工區循環水場進行了介紹，詳細描述了循環水場工藝參數、工藝流程、工藝單體及自動控制等內容，并提出了循環水系統未來優化方向，為類似工業循環水項目做設計參考。

循環冷卻水；工藝參數；自動控制技術；系統優化

1 項目簡介

某煤化工項目需建設一座供水量為35 339～44 083 m3/h的循環水場，循環水場服務裝置為：氣化、凈化、硫回收，甲醇。

2 設計參數

具體設計參數如下：

設計水量 46 000 m3/h

干球溫度=28.5 ℃

濕球溫度=22.0 ℃

大氣壓力=682.5 mmHg柱

供水壓力1=0. 45 MPa

回水壓力2=0.25 MPa

供水水溫2=30 ℃

回水水溫1=40 ℃

溫 差 Δ=10 ℃

濃縮倍數≥4

3 工藝流程

本循環水場主要單體包括：冷卻塔及塔下水池、吸水池、循環水泵房輔助間、旁濾間、廢水池及變配電間。采用的工藝流程圖如圖1所示。

4 工藝描述

4.1 冷卻塔及塔下水池

冷卻塔采用風機逆流式全混凝土冷卻塔10座，單塔配套風機出風量不低于=315×104m3/h，=200 kW，風機的選型留有10%余地。單塔產水量4 600 m3/h，單塔平面尺寸為18.0×18.0 m，10座塔單排布置，5座一組，每組塔下水池平面尺寸為90.5×21.2 m，有效水深1.5 m。塔下水池與吸水池采用渠道連接，塔下水池與吸水池之間設二道格網，保證大的雜物不損壞循環水泵。

圖1 工藝流程圖

冷卻塔塔體框架采用鋼筋混凝土結構，塔體圍護采用鋼筋混凝土板，冷卻塔與塔下水池防腐設計。

4.2 循環水泵房及吸水池

泵房采用半地下式， 泵房平面尺寸66.0×14.0 m。循環冷卻水吸水池平面尺寸為103.0×11.0 m，池深7.0 m，鋼筋混凝土結構，設防腐處理。

循環冷卻水供水泵選臥式雙吸離心水泵6臺（五用一備），規格與數量如下：水泵（一）參數：=9 400 m3/h，=55 m，=1 800 kW，=740 r/min，=10 kV，數量5臺，4用1備。水泵（二）參數：=6 500 m3/h，=55 m，=1 250 kW，=980 r/min，=10 kV，數量1臺。泵房設雙梁橋式起重機1臺，起重量=20 t。水泵進出水管分別設電動閥門，水泵出水管上設多功能水力控制閥 。

4.3 旁濾系統

循環水系統旁濾量按循環水總量的5.0%設計，過濾水量為2 204 m3/h，采用自適應高效纖維過濾器9臺，單臺產水能力250 m3/h，過濾器并聯運行。過濾器內裝填濾料為彗星濾料，彗星濾料兩端是松散的纖維絲束，又成“彗尾”，中間為固定纖維絲束的“彗核”。過濾時，濾床上部截留較大顆粒，濾床下部截留細小顆粒，實現高速和高精度的過濾。反沖洗時，濾料處于自由運動狀態，纖維絲束隨反沖洗水流散開并擺動，濾料之間的相互碰撞加劇纖維絲束在水中所受的機械作用力，加劇濾料的運動，使附在濾料表面的固體雜質顆粒更容易脫落，提高了濾料的洗凈度。設備性能參數如下：

出 水SS ≤3 NTU

反沖洗水強度 6~8 L/m2·s

壓力 0.15 MPa

單臺單次反洗耗水量 25 m3

反沖洗氣強度 60 L/m2·s

反洗氣量 23 m3/min

壓力 0.07 MPa

過濾系統主要包括自適應高效過濾器及原水進水氣動閥門、反洗進水氣動閥門、反洗進氣氣動閥門、過濾出水氣動閥門、反洗排水氣動閥門5個功能閥門。

整個工藝過程分為兩個階段，分別是過濾階段和反沖洗階段。

氣反沖洗采用2臺羅茨風機，1用1備，設備參數：20.6 Nm3/min, 升壓：68.6 kPa。

4.4 水質穩定處理系統

水質穩定處理系統由水質穩定劑制備投加設施、二氧化氯投加設施和監測換熱器等組成[1]。

藥劑投加：阻垢劑、緩蝕劑其投加量有待于水穩實驗后確定，本設計投加量暫按40 mg/L計，其投加量為35.3 kg/h，投加濃度按10%計，阻垢劑和緩蝕劑溶液投加量為353 L/h。設兩套加藥裝置（阻垢劑、緩蝕劑各一套），每套配溶藥罐和攪拌機各兩臺（一用一備）=2.5 m3，=1.5 kW，配計量泵兩臺（一用一備），其性能為=0-500 L/h，=5 bar，=0.37 kW，套內并配電控柜及相應的閥門和管道等。

硫酸投加：為保持循環冷卻水系統水質具有適宜的pH值，系統設硫酸投加裝置一套，其中包括計量泵、濃硫酸儲罐及吸濕器等。根據系統運行的需要，投加98%濃硫酸。硫酸投加裝置設=6.0 m3濃硫酸儲罐一臺，尺寸為φ1 800×3 500 mm，由管道輸送，計量泵加壓投加。選用計量泵兩臺（一用一備），其性能為=100-500 kg/h，=5 bar，=0.75 kW。

濃硫酸加藥間設安全洗眼器、洗手池，地面、地溝及設備基礎均做花崗巖防腐處理。

二氧化氯投加：為抑制系統中微生物的繁殖，循環冷卻水系統投加二氧化氯作為殺菌劑，投加量按1.0 mg/L計。選用二氧化氯投加裝置三套，二氧化氯發生器產量為20 kg/h（有效氯），二用一備，三套共含鹽酸卸料泵、鹽酸原料罐、氯酸鈉原料罐、酸霧吸收器、氯酸鈉化料器（含化料泵）各一個。每套配鹽酸計量泵、氯酸鈉計量泵各一臺。每套配鹽酸計量泵、氯酸鈉計量泵各一臺。鹽酸原料罐=10 m3，材質為鋼襯膠，氯酸鈉原料罐=10 m3，材質為鋼襯膠，酸霧吸收器2 000×1000×1 300 mm，材質為PVC。

循環水系統監測：為實現對循環水系統的不間斷監測，循環水站設智能監測換熱器系統1套，以便對工業循環水系統傳熱面上的腐蝕、結垢、污垢狀況進行監測，同時對循環水冷卻水的pH、電導率、濃縮倍數等參數進行常規檢測，適時掌握實際生產的運行狀況下水穩藥劑的效果，及時調整藥劑的投加，以確保生產的平穩運行。系統設監測換熱器1臺，以低壓蒸汽熱介質，其尺寸為2 000×1 000×1300 mm。

加氯加藥間、監測換熱器間等輔助用房與循環水泵房合建。加藥點設在吸水池與集水池。

4.5 系統補充水

本循環水系統補充水由回用水和原水兩種水源組成，循環冷卻水系統濃縮倍數按=5計，補充水量為706.8~881.7 m3/h ，其中回用水補給量為471.2~587.8 m3/h，原補充水量為235.6~293.9 m3/h。回用水補充水量由廠區回用水管網供給，由電動閥門通過水位自動控制。原水由廠區原水管網供給，由電動閥門通過水位自動控制。

4.6 系統排污水

循環冷卻水系統排污水量為141~177 m3/h，廢水池有效容積=500 m3，尺寸為：10.0×15.0×4.0 m。廢水池內設有攪拌機。經提升泵送入循環水站外的回用水處理站進行處理后回用。選用潛污泵3臺（二用一備），單臺流量=150 m3/h，=40 m，=55 kW。實現全自動控制。

4.7 原料消耗

循環水場原料消耗見表1所示：

表1 原料消耗表

5 自動控制

（1）冷卻塔風機現場手動啟停，遠程DCS停；

（2）循環水泵現場手動啟停；

（3）旁濾系統現場PLC控制，可現場手動啟停所有設備、開關所有自動閥門；

（4）加藥系統所有設備現場手動啟停，遠程DCS自動啟停；

（5）排污泵現場手動啟停，DCS遠程自動啟停。

6 系統未來優化方向

（1）如何更好解決溶垢、集垢清理、殺菌滅藻和防腐降氯等工作[2]；

（2）如何優化設計冷卻塔，使塔處理能力提高，降低塔的阻力，增加氣流分配的均勻性[3]；

（3）循環水場節水技術的應用，比如蒸汽回收技術等；

（4）循環水場大數據精細化管理技術，進而優化設備運行狀態，降低電耗；

（5）高效節能水質除鹽技術，提高系統濃縮倍數，減少補充水量和藥劑投加量。

［1］《工業循環冷卻水處理設計規范》GB50050-2007.

［2］王永海.循環冷卻水系統如何實現系統優化[J].中國化工貿易,2013,12(12):152.

［3］潘霞.冷卻塔的優化設計[J]. 中國化工貿易,2013,12(12):162.

Design of Circulating Cooling Water System for a Coal Chemical Industrial Park

1,2

(1. Poten Environment Group Co., Ltd., Beijing 100082，China；2. Department of Computer Engineering, Langfang Yanjing Polytechnic College, Hebei Langfang 065200, China)

At present, the circulating cooling water system has been widely applied in various industries. In this paper, the circulating cooling water system in a coalchemical industrial park was introduced. The technological parameters, process flow and auto-control technology of the system were described ,and the optimization ways for the system were put forward.

circulating cooling water; technological parameters; auto-control technology; system optimization

TQ 085+.4

B

1004-0935（2017）04-0381-03

2017-02-22

周棟（1984-），男，工程師，碩士，北京市人，2009年畢業于中國礦業大學環境工程專業，水污染控制工程：從事水污染控制技術工作。