海水淡化水在循環冷卻水中的應用分析

李 耀

（天津大沽化工股份有限公司，天津 300455）

隨著中國工業化的高速發展，對水資源的需求越來越大，中國淡水資源缺乏問題愈發嚴重。在化工企業中，工業用水70%以上用作循環冷卻水，因此，提高循環冷卻水利用率（提高循環冷卻水濃縮倍數），開發利用非傳統水資源，是節約工業用水的有效途徑。

隨著膜技術與產品的進一步發展，海水經過預處理、膜過濾、除鹽等工藝處理后所產的淡化水，已逐漸應用于化工企業循環冷卻水中。

1 水質指標及操作規范

某地市政水及海水淡化水水質指標分別見表 1、表 2[1]。

上述水質指標中，針對循環水補水，水質中影響較大的為氯離子含量。市政水中氯離子含量雖然控制值為≤250 mg/L，但實際上一般在50 mg/L左右，而海水淡化水氯離子只能保證≤180 mg/L，且海水淡化水中硬度較低。

表1 市政水水質

1.1 循環水標準規范及實際運行要求

根據《工業循環冷卻水處理設計規范》GB 50050-2007第3.1.12條“間冷開式系統的設計濃縮倍數不宜小于5.0倍，且不應小于3.0倍”。同時，根據GB 50050-2007表3.1.8間冷開式系統循環冷卻水水質指標的要求，水走管程的碳鋼、不銹鋼換熱設備要求Cl-≤1000 mg/L，水走殼程的不銹鋼換熱設備（傳熱面測壁溫≤70℃，冷卻水出水溫度＜45℃）要求 Cl-≤700 mg/L。

表2 海水淡化水水質

化工企業各裝置中換熱器的形式、材質多樣（一般存在板式換熱器、列管式換熱器、空氣換熱器等形式；材質涉及不銹鋼、碳鋼、合金，以及部分換熱器中設置石墨材質），循環水水質應按照Cl-≤700 mg/L的要求執行（但實際操作時要求循環水中氯離子含量小于300 mg/L）。

2 海水淡化水應用

2.1 實際使用情況

某石化公司公用工程配置2套循環水系統，循環水量分別為70000 m3/h和55000 m3/h，其中，70000 m3/h的循環水場設計使用海水淡化水（原水為電廠海水直冷水排水），現場部分實際運行數據如下。

（1）海水淡化水氯離子含量。海水淡化水氯離子含量設計值＜178 mg/L，循環水場運行初期海水淡化水中氯離子含量約為170 mg/L，后期供水中氯離子含量控制在120～130 mg/L。

（2）循環水濃縮倍率。循環水場濃縮倍率控制在4左右（最高不超過5倍），循環水補水由海水淡化水、市政水、RO產水按 2∶1∶1的比例配置（海淡水按氯離子含量130 mg/L計，市政水氯離子含量按50 mg/L計，循環水補水中實際氯離子含量約為 77.5 mg/L）。

（3）針對海淡水硬度的調整。海水淡化水中硬度較低，目前需人工補加NaHCO3和CaCl2，將硬度調整至25左右（循環水場設置水質調節系統）。

（4）腐蝕速率。裝置內部換熱器監測腐蝕速率為0.04～0.05 mm/a，約為市政水作為補水的循環水系統腐蝕速率的2～2.5倍。

（5）藥劑使用。按照目前配置后的海水淡化水作為循環數補水，該循環水場的藥劑使用具有藥劑濃度高；藥劑使用量大；藥劑單價高等特點。

該循環水場藥劑使用單耗較市政水作為補水的循環水場提高約30%。

（6）pH值。循環水系統pH值控制在7.8～9.0，正常為8.5。

2.2 存在的問題

（1）現場換熱設備腐蝕。使用該循環水的化工裝置換熱設備腐蝕情況普遍。

（2）換熱器和管道材質投資大幅增加。經了解，該企業蓄水池至循環水場（距離為2 km，管徑DN500）輸送管線設計使用Q235B材質，由于海水淡化水中氯離子含量較高，導致管道腐蝕嚴重，后更換為襯塑管線，投資約為2000萬元。生產水系統最初采用海水淡化水，由于管線腐蝕嚴重，后改為市政水。

（3）循環水補水量增加。氯離子對不銹鋼設備腐蝕影響較大，通常要求循環水中氯離子含量＜300mg/L?；て髽I中設置大量不銹鋼換熱器，因此不建議循環水補水采用海水淡化水，否則循環水濃縮倍率需控制在2倍以下（按海水淡化水水質指標），這必然導致循環水補水量的大量增加。

3 海淡水應用可行性分析

3.1 裝置安全性

通過對使用海淡水作為循環水補水裝置的了解，海水淡化水對裝置循環水換熱設備的腐蝕影響較大，尤其是對不銹鋼換熱設備的點腐蝕比較明顯。

化工企業各裝置設計有大量的不銹鋼換熱設備，在使用過程中，不銹鋼換熱器一旦泄漏，輕則會影響生產，重則造成安全事故。因此，使用氯離子含量較高的海淡水作為循環水補水導致不銹鋼換熱器泄漏的潛在風險很大，甚至會影響裝置安全生產。

3.2 循環水系統運行費用

（1）循環水補水量

若循環水補水全部使用海水淡化水，為控制循環水中氯離子含量小于300 mg/L，需要降低循環水濃縮倍率，增加循環水補水量及排水量。不同濃縮倍率下循環水運行參數見表3。

為滿足氯離子＜300 mg/L，假設海水淡化水中氯離子含量控制≤120 mg/L，則循環水濃縮倍率需降至為2倍左右。參照表3可知，循環水補水由218 m3/h（濃縮倍率為5）調整至348.8 m3/h（濃縮倍率為2），補水量明顯增加。

表3 不同濃縮倍率下循環水運行參數（以循環水量10000 m3/h為例）

（2）循環水排污量

現循環水排污水擬定進入回用水裝置后回用，濃水排入總污水裝置繼續進行生化處理。循環水濃縮倍率由5調整至2時，循環水排污水由38.6 m3/h增加至169.4 m3/h，水量增加4倍；進而使得回用水裝置規模及投資要相應增加；同時，回用水裝置濃水排水量影響總污水裝置規模，其循環水補水中的高氯離子含量及額外補加的NaHCO3和CaCl2均會影響總污水的TDS含量，亦會影響總污水工藝路線，增加項目投資及運行費用。

4 結論

（1）鑒于化工企業中設置大量使用循環水的換熱設備，若使用海淡水作為循環水補水，設計時需要考慮增大換熱設備和管道的腐蝕裕量，進而影響設備投資。

（2）消防水系統和生產水系統若采用海水淡化水，系統內管線必須采用襯塑管線，這將導致投資費用大幅增加。

（3）由于循環水排污水量的增加，直接影響回用水裝置及總污水裝置的前期投資及運行費用。

（4）使用海水淡化水作為循環水系統的補水，可有效降低新鮮市政水用量；但同時需研究出有針對性的藥劑并通過現場應用，保證循環水系統的正常運行。

［1］于振記.海水淡化水在循環冷卻水中應用.化工科技市場，2011，（12），33.