夏季循環冷卻水溫過高原因分析

崔 浩，李 耀

（天津大沽化工股份有限公司，天津，300455）

天津大沽化工股份有限公司臨港工廠循環水裝置采用敞開式循環冷卻工藝，冷卻水與工藝介質經過換熱器進行熱量交換后，工藝物料放出熱量溫度下降，循環水吸收熱量后溫度升高，靠余壓自行上塔，經過冷卻塔冷卻后水溫下降，然后經過循環水泵加壓后送到工藝裝置進行換熱，實現冷卻水的循環利用。循環水的冷卻主要是在冷卻塔內完成，升溫后的循環水進入冷卻塔，通過分水系統，將水均勻地分布在填料上，在填料表面形成一層水膜，與自下而上的氣流逆向接觸，通過蒸發散熱和接觸散熱2 個過程得以冷卻。

1 循環水運行情況說明

1.1 循環水配置介紹

該套循環水裝置主要作用是為50 萬t/aSM 裝置冷卻降溫；循環水的設計進出水溫度分別為32 ℃和42 ℃，共有2 間循環水塔；因為裝置所處地理位置原因，夏季溫度外界溫度最高可達36 ℃，6 月至8 月平均溫度約為34 ℃，循環水溫度受環境溫度影響導致出水溫度過高，因為循環水塔等原因不能有效降溫，直接影響了SM 裝置的生產負荷，更重要的是循環水溫度過高會造成大量揮發，增加了運行成本。

該套裝置自2008 年12 月投用，2017 年5 月進行大修，更換淋水填料、配水噴頭、收水器、塔內配水管等部件。

1.2 循環水運行數據

2015 年夏季每月對裝置的數據進行整理，從每月中隨機抽取了1 組進回水的溫度，并對比溫差，循環水裝置運行數據見表1。

表1 循環水溫度及溫差表℃

該套循環水裝置提供的性能保障值為上水溫度小于等于32 ℃，回水溫度為42 ℃，溫度差為10 ℃。計算上表夏季平均出水溫度值為46.21 ℃，已超過設計值10%；夏季生產過程中，環境溫度在2015 年7 月31 日時出現最高值，進塔溫度為49.48 ℃，出塔溫度達到35.66 ℃，進出水的溫度均過高。

2 循環水溫差過大原因分析及整改辦法

2.1 填料及配水系統

經過對現場進行檢查，發現配水噴頭大量脫落，使得分水不均勻，造成涼水塔偏流，同時填料因為回水沖擊破損。于2017 年5 月對該套涼水塔填料及配水系統進行大修，全部更換為新填料。更換后循環水溫差見表2。

表2 循環水溫差表℃

由表2 可以看出進出水溫度降低，溫度由原來的平均46.21 ℃，下降到現在的41.26 ℃。

更換填料及配水系統可以起到降低循環水溫差的效果。

2.2 循環水泵

循環水泵額定流量為4 000 m3/h，通過超聲波流量計測量，瞬時流量值僅為2 653 m3/h。檢查葉輪時發現葉輪氣蝕較為嚴重，部分薄弱位置已經被擊穿，直接影響了供水流量。2016 年6 月4 日更換水泵葉輪，更換后對循環水溫度重新進行監測，水泵流量與溫差關系表見表3。

表3 水泵流量與溫差關系表

通過更換葉輪流量較之前有了較大的提高，但是溫差仍然沒有太大的變化，可以判斷，該套裝置中，水泵的氣蝕情況對溫差影響不是很大。

2.3 換熱器

循環水的水質直接決定了換熱器結垢或腐蝕的程度，2015 年部分水質分析數據表見表4。

因為水中鈣含量稍微偏高，水質整體傾向于結垢；結合2017 年5 月大修時對換熱器的檢查結果，發現整體結垢比較嚴重，影響了換熱效果。因水質原因，操作方法需要根據分析數據調整藥劑的投入量，并且及時通過排水、補水等措施降低水中過多的鈣鎂離子。

表4 水質分件數據表

3 循環水溫差過大的潛在危害

3.1 運行成本

該套循環水系統2015 年平均補水量為134.14 m3/h，2016 年平均補水量為155.04 m3/h，2017 年平均補水量為117.87 m3/h，自2017 年5 月更換填料后，補水量同比明顯下降，SM 裝置循環水補水量對比趨勢圖見圖1。

圖1 SM裝置循環水補水量對比趨勢圖

自2017 年5 月更換填料后，補水量比同期有明顯下降，而且平均水量比2016 年下降了23.98%，年可節省補水近30 萬t，經濟效益可達256 萬元。循環水溫差過大導致的揮發量劇增，對經濟的影響也是很巨大的。

3.2 換熱器結垢

循環冷卻水中的碳酸鈣、碳酸鎂等硬度鹽類，其溶解度都是隨著溫度的升高而減小，因此水溫越高越易析出，同時分子活動也隨溫度的上升越加活潑，水垢的附著速度也越高。換熱器發生污堵會導致惡性循環，使溫差更加變大，而溫度上升后結垢現象更加明顯，生產裝置負荷的調整也會受到更大的影響。

2017 年5 月的檢修時發現各別換熱器結垢嚴重，進行水垢清理后，進出水溫差有所下降，隨機抽取4 個時間點進行對比，溫差對比見圖2。

圖2 某換熱器溫差對比圖

由原來的22.97 ℃下降至目前的16.31 ℃，平均溫差下降了6.66 ℃，換熱效果達到預期效果，同時進出水溫度也有所下降，效果比較理想。

4 結語

（1）結合工藝參數、設備運行狀態，定期對填料、水泵和風機進行檢查和監測；

（2）通過技術改造增加監測換熱器，定期監測是否存在結垢或腐蝕情況；

（3）強化操作，參考分析數據及時控制藥劑的加入量。

采取以上措施，及時發現填料老化對涼水塔的影響，并且可在發現風機、水泵等設備的異常情況發生時，采取相應手段，降低運行的風險；保證運行安全的同時，降低運行成本，為生產裝置區的穩定運行提供良好的后勤保障。