創新實施海水綜合利用

高愛軍，張兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

創新實施海水綜合利用

高愛軍，張兆云，周川峰

(唐山三友化工股份有限公司,河北唐山 063305)

隨著公司產量的增加，日趨緊張的淡水資源成為制約生產的關鍵因素，為了加強企業節能降耗，保證公司生產穩產、高產的用水要求，公司大膽創新，將海水淡化工程副產濃海水引入純堿生產系統進行綜合利用，替代循環冷卻水吸收生產系統化工廢熱再濃縮，并將高濃鹽水用于生產化鹽。本項目實施后節約了大量化鹽淡水，也大大降低了水系統循環過程淡水補充量，緩解了純堿公司淡水資源緊張局面，同時大量回收利用海水淡化副產高濃海水鹽分，減少了海水淡化處理廢水排放，創新性地開創了一條化工產業鏈資源綜合利用的循環經濟道路。

海水淡化；氨堿法；綜合利用；必要性；原理；創新

唐山三友化工股份有限公司純堿分公司是國家“七五”期間建立的以純堿為主的大型國有企業，設計純堿年產量60萬t，由于公司技改項目的成功實施,生產裝置的擴大，近年來我公司純堿產量已遠超設計能力，2014年純堿產量突破220萬t，2015年純堿產量達到231萬t。隨著公司生產能力的擴大，日趨緊張的淡水資源成為制約生產的關鍵因素，為了加強企業節能創新措施，保證公司生產穩產、高產的用水要求，經過多年的探討和論證，公司大膽創新對海水資源進行了技術改造，取得了顯著的效益，達到了緩解淡水資源緊張，創新利用海水資源的目的。

1 海水資源綜合利用的必要性

1.1 公司取水受限狀況

1)設備狀況及水量供給

公司淡水資源共有兩部分：深井水和陡河水。

公司所屬深井38眼，分散在距離廠區31 km的范圍內，通過輸水管線輸送到廠區，隨著生產用水的增加，深井水用量逐漸增多，部分深井由于運行年深日久，經常出現濾網破損、濾水管堵塞、深井泵淤砂、深井電機燒毀等現象，洗井費用增加；而新增深井征地費用昂貴，井孔鉆進深度越來越深，而與之相關的人工、機械、材料費用也水漲船高，地下水液位呈漏斗下降趨勢日漸明顯，地下水的開采難度越來越大，深井運行新增設施成本投入越來越高。

陡河水經取水泵站加壓，通過60多公里的遠距離輸水管線，輸送至廠區內的沉砂池、儲水池，再經廠區加壓泵站設備加壓后供給廠區生產用水。近年由于陡河水位下降和用水量的增多，加之運行管線的老化，周邊施工造成的損壞次數增多，且陡河水作為生產用冷卻水有較強的季節性。隨著生產能力提高，陡河水需求量大為增加，但是新增設備及管線或進行老管線的增容替代，將付出高額的工程費用，因此，生產用陡河水的量也僅僅維持在10年前的水平。

2)公司用水情況

我公司的淡水消耗主要由以下幾部分構成：①化鹽用水；②循環水系統涼水塔蒸發飄散損失；③熱電鍋爐產汽及其他公司直接用水；④生產系統沖洗用水(主要石灰窯氣系統)及排放、泄漏；⑤生活必須用水。

生產系統化鹽工序最初使用淡水，以目前純堿產量230萬t/年計算，每小時使用淡水量將達到1 100 m3/h以上；循環水系統水循環量夏季最高將達到25 000 m3/h以上，全部淡水循環，涼水塔全年平均蒸發及飄散損失將達到600 m3/h以上；石灰窯系統洗滌塔及電除塵沖灰用水消耗淡水700 m3/h以上。僅僅以上三項損失將達到2 400 m3/h以上。再加上熱電產汽及其他分公司必要的直接用水，數額龐大，供需問題尖銳。

3)外部環境及國家政策限制公司取用淡水資源

全球性地淡水緊缺狀況步步加劇，我公司處于北方沿海地區，不僅氣候常年干旱少雨，同時大量的淡水開采引發淡水水位嚴重下降，海水向內陸土壤滲透的危機也越來越。國家對水資源保護意識及法律限制越來越嚴，不僅逐漸提高企業用水價格，淡水成本越來越高，同時制定淡水開采限額，公司產量將嚴重受限，這已經日益成為企業生存的關鍵。

1.2 公司初期節水改造措施的主要項目

為節約水資源，公司加大節能降耗技改開發，增大淡水重復利用率，回收凈化利用排放污水，降低水資源浪費。主要項目包括：

1)將循環水系統分為開、閉路循環水2個系統。閉路循環水基本是封閉系統，循環水在鈦板換熱器、螺旋板換熱器等換熱設備與涼水塔之間循環運行，水中加入阻垢緩蝕劑、殺菌滅藻劑以長期維持水質。開路循環水是部分循環系統，補充淡水(陡河水或井水)匯合開路循環上水通過碳化塔、吸收塔等生產換熱裝置后，部分循環回到涼水塔，另一部分自開路循環回水管道引出外送供應熱電生產用水，還有一部分就是純堿生產系統直接使用，包括用于制備鹽水過程一次化鹽、石灰窯氣系統設備以及其他生產系統沖洗、排放等，損失水量由淡水系統直接補充。開路循環水的使用，降低了淡水循環量，大大減少了水資源的蒸發浪費，加大循環水重復利用率，也有效的回收生產系統廢熱，降低了鍋爐產汽燃煤能源消耗。

2)增設污水回收處理氧化塘。將廠區排放的生產(主要為石灰窯氣系統沖灰水)、生活污水以及雨水等回收至氧化塘，污水經過澄清凈化后再次輸送回石灰工序，替代原來一次性使用的開路循環回水，作為窯氣系統洗滌塔、電除塵沖洗水，石灰工序排出的污水重新返回氧化塘，污水重復使用，減少淡水資源的巨大浪費，同時給公司節省了高額的排污費用。

以上項目的實施，為公司節水800 m3/h以上。然而，隨著公司產量有原設計60萬t/年，升至目前230萬t/年以上，淡水資源缺口仍然巨大。改進純堿生產用水工藝方式，深度節約淡水是大勢所趨。

1.3 探索海水替代淡水

面對全球淡水日益緊缺的狀況，研究海水淡化及替代淡水綜合利用技術越來越為世人所重視。作為地球上最為充足的水源，同時海水中溶存的化學礦物資源總量十分巨大，是巨大的資源寶庫。海水淡化技術發展日新月異，海水淡化處理過程副產大量濃海水。尋求以淡化副產海水替代淡水進行化工系統循環冷卻，不僅節省淡水蒸發損失，而且利用化工系統廢熱將淡化副產海水進一步濃縮成高濃海水，用于純堿生產化鹽，可以回收更多的鹽分，大大降低純堿生產溶鹽消耗。這一整套淡化海水綜合利用方案將不僅能夠極大地緩解了公司淡水資源緊張的局面，而且創造極高的降耗經濟效益，減少海水淡化副產海水排放，為此海水綜合利用項目勢在必行。

2 海水資源綜合利用的原理

海水綜合利用項目在曹妃甸設有一個取水泵站，在廠內設有東、西2個海水加壓泵站，中途采用直徑為800 mm的耐海水管線輸送海水。海水的來源為兩部分：一部分為阿科凌海水淡化廠排出的濃海水，另一部分為首鋼淡化后的濃海水，這兩部分濃海水由曹妃甸取水泵站加壓泵加壓后經過長輸海水管線將濃海水輸送到廠區鹽水車間的新化鹽系統的緩沖罐，經海水泵加壓后一部分去二鹽場晾曬提濃，返回后用于化鹽、一部分用于鹽水一次精制洗泥、一部分補充進入海水循環系統。循環海水作為碳化塔、吸收塔、鈦板換熱器的冷卻水，吸收化工系統廢熱，返回海水涼水塔蒸發降溫。隨著循環海水的連續運行，含鹽濃度得以上升，一定濃度的循環海水自吸收塔取出用于化鹽。

3 海水資源綜合利用項目實施內容

曹妃甸建設加壓泵站1座，設有吸水池和其它設施，泵房內設四臺NTP300-790-90A-TP雙吸立式同步排吸泵及配套315 kW的10 kV電機。從曹妃甸至廠區長輸管道全程長約49 km,由鋼管、PE管、玻璃鋼管三種管材組成。分為五大部分:曹妃甸泵站至鹽場大橋排放口，鹽場大橋至大支渠，大支渠至曹妃甸濕地出口，曹妃甸出口至南堡開發區變電所，南堡開發區變電所至廠區鹽水澄清桶，全線設有排氣檢查井、閥門井，為加強管理杜絕海水泄漏帶來的環保污染，公司還增設了GPS壓力測量點，實現管線的在線監測。

廠內海水加壓泵站建有兩組海水冷卻塔、泵房一座，也就是現在的西側海水泵房，內設有三臺28SA-10K的海水泵，配套710 kW，6 kV的高壓電機及循環海水供、回水兩條管線。

為加大循環海水綜合利用，車間將原有兩組開路冷卻塔內壁進行防腐并對冷卻塔內部所有布水管道系統、噴頭、風機等更換為耐腐蝕材質，將其由原來的開路循環水改為海水冷卻塔；將原2臺開路循環水泵對其原有基礎進行改造，對其葉輪、閥門、泵進出口進行改造使其符合輸送海水性質，增加耐腐蝕性，使其作為海水泵使用，提高泵和閥門的使用周期，保證海水的輸送量，并新敷設供、回水管線，也稱其為東側海水系統，與西側海水供、回水管線聯通。

碳化塔上段及吸收塔冷卻由淡水循環冷卻改為海水循環冷卻，冷卻設備上水及回水管道、調節閥門更換材質，回水增加測溫點。首鋼海水經循環系統蒸發后TCl濃度由13.5 tt升至19 tt以上，含鹽濃度進一步提高，由循環系統取出用于一次化鹽，從而降低原鹽消耗。海水循環系統投用后，淡水循環系統負荷大為降低。

4 經濟效果評價

1)項目投入使用后，實際使用海水量約1 500 m3/h，以海水中Na離子濃度12 tt計算，每年節省原鹽量(100%折百)：

12/20×58.5×1 500×24×360/1 000=45.5萬t

以目前產量230萬t/年計算，噸堿鹽耗降低：

45.5/230×1 000=168 kg/t堿

2)循環海水平均供量約為14 000 m3/h，單塔蒸發及飄散損失水量年均約60 m3/h，四臺海水涼水塔共計蒸發水量年均約240 m3/h，每年節約淡水：

240×24×360/10 000=345 000 m3

化鹽使用海水量1 200 m3/h,全年節約化鹽淡水：

1 200×24×360/10 000=10 368 000 m3

噸堿淡水消耗降低：(34.5+1 036.8)/230=4.7 m3/t

項目投入使用后深井淡水的用量、循環淡水用量明顯減少，噸堿耗淡水由2011年的7.7 m3降低到現在的3.0 m3；噸堿鹽耗明顯降低，創造了極大的經濟效益和社會效益。

5 總 結

通過化工廢熱蒸發濃海水代替淡水、使用濃海水化鹽節約化鹽淡水和原鹽等項目的實施，解決了海水淡化后濃海水的排放問題。使我們在享受到節約淡水和原鹽給企業帶來巨大的經濟效益同時，也帶來了巨大的社會效益。海水綜合利用是解決水資源危機的重要措施之一，向大海要水、要資源是解決沿海地區淡水資源短缺的現實選擇，也是實現水資源可持續利用，保障沿海地區經濟社會可持續發展的重大舉措，具有重大的現實意義和深遠的戰略意義。雖然海水綜合利用事業正在高速發展，但是我們應該看到我國海水利用雖具備了基本的產業化發展條件、研究水平、裝備的開發創造能力及創新能力，系統設計和集成等方面與國外仍有較大差距。有差距就有提升空間，海水綜合利用一定具有良好的發展前景。

TQ085.2

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1005-8370(2017)01-32-03

2016-12-29

高愛軍(1965—)，哈爾濱建工學院，給排水專業，工程師，現從事設計工作。