煤間接液化項目用水合理性分析指標評價體系構(gòu)建與案例示范

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001)

煤間接液化項目，目前沒有明確的能耗計算標準，國內(nèi)也無同類已成項目。本文以陜西未來榆林煤間接液化一期后續(xù)項目為例，構(gòu)建用水合理性分析指標評價體系，進行項目用水合理性分析，對此類項目水資源論證具有一定參考價值，同時可為落實最嚴格水資源管理制度提供依據(jù)。

1 概 述

1.1 項目背景

陜西未來榆林煤間接液化一期后續(xù)項目400萬t/a煤間接液化項目建設(shè)是按照陜西省委省政府“大區(qū)域謀劃、大產(chǎn)業(yè)構(gòu)建、大集團引領(lǐng)、大項目推進”的戰(zhàn)略要求，符合國家和陜西省榆林市“十三五”規(guī)劃、陜北能源重化工基地及榆橫煤化工基地的整體規(guī)劃、國家“穩(wěn)步發(fā)展石油替代產(chǎn)品”、西部大開發(fā)以及可持續(xù)發(fā)展的要求。項目建成后將充分發(fā)揮榆林當?shù)刎S富的煤資源綜合優(yōu)勢，實現(xiàn)資源高效開發(fā)和就地轉(zhuǎn)化，進一步推動陜北能源化工基地建設(shè)。

1.2 項目概況

陜西未來榆林煤間接液化一期后續(xù)項目位于榆林市西側(cè)的榆陽區(qū)芹河鄉(xiāng)境內(nèi)，榆橫煤化學工業(yè)區(qū)的北區(qū)，項目總規(guī)劃用地面積700hm2。項目將煤通過氣化轉(zhuǎn)化為潔凈的能源產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)化學品，即汽油、柴油、潤滑油基礎(chǔ)油、聚乙烯、聚丙烯等28種主要產(chǎn)品。

項目建設(shè)規(guī)模為油品及化學品400萬t/a(公稱)，其中高溫法為200萬t/a，低溫法為200萬t/a。由3個大的工藝步驟組成：煤制合成氣(包括空分)，合成氣經(jīng)費托合成轉(zhuǎn)化成液體(油)，煤基油經(jīng)加氫改質(zhì)、蒸汽裂解等后續(xù)加工成油品和化學品。本著按世界先進水平進行管理和操作的原則，總定員為3000人。

2 用水合理性分析

2.1 給水系統(tǒng)

項目給水系統(tǒng)主要包括原水給水處理系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)、循環(huán)水補水系統(tǒng)、穩(wěn)高壓消防水給水及泡沫系統(tǒng)、回用水給水系統(tǒng)。

2.1.1 原水給水處理系統(tǒng)

生產(chǎn)、生活用水水源經(jīng)處理達標后供水至廠區(qū)圍墻外1m處。生活水質(zhì)需符合《生活飲用水水源水質(zhì)標準》(CJ 3020—93)要求，生產(chǎn)水質(zhì)執(zhí)行《石油化工給水排水水質(zhì)標準》(SH 3099—2000)要求，項目廠區(qū)內(nèi)不需設(shè)置給水處理系統(tǒng)，只設(shè)加壓泵房即可。

2.1.2 加壓泵房及水池

項目設(shè)置4處給水及消防泵站，每處設(shè)置加壓泵房1座及生產(chǎn)消防水池1座。在加壓泵房內(nèi)設(shè)置生產(chǎn)水加壓系統(tǒng)、穩(wěn)高壓消防水系統(tǒng)。

2.1.3 生活給水系統(tǒng)

在煤化工區(qū)加壓泵房內(nèi)設(shè)置生活水加壓系統(tǒng)。項目設(shè)置生活變頻供水設(shè)備1套，供水能力為30L/s，供水壓力為0.5MPa，配置3臺水泵，2用1備。

2.1.4 循環(huán)水補水系統(tǒng)

項目循環(huán)水主要采用回用水作為補充水，不足部分用新鮮水補充。

2.1.5 化學水站

項目建一座化學水站，為供熱鍋爐房、工藝裝置供應合格的脫鹽水，并集中處理工藝裝置回收的冷凝液。化學水站包括脫鹽水、凝結(jié)水、透平凝液處理系統(tǒng)。

2.1.6 穩(wěn)高壓消防水給水及泡沫系統(tǒng)

項目消防用水設(shè)計，火災按2處考慮，采用以水和泡沫消防為主、其他消防為輔的消防方案，項目分片區(qū)共設(shè)4個穩(wěn)高壓消防給水系統(tǒng)，每個消防加壓系統(tǒng)保護半徑不大于1200m，保護面積不大于200hm2。

2.1.7 回用水給水系統(tǒng)

回用水處理站的來水主要由污水處理出水和清凈廢水組成。廢水的主要污染物為TDS。生產(chǎn)清凈下水主要來自循環(huán)水排污及脫鹽水站排出的濃鹽水。中水主要回用于循環(huán)水站補水。

項目新鮮水量總計為4645m3/h，其中生活用水新鮮水量為30m3/h，生產(chǎn)用水新鮮水量為4615m3/h。水量平衡表(年平均)見表1。根據(jù)水量平衡，生產(chǎn)、生活污水全部收集處理回用，項目實現(xiàn)污水不外排是可行的。

表1 水量平衡表(年平均) 單位：m3/h

2.2 用水合理性分析指標評價體系構(gòu)建

按照《建設(shè)項目水資源論證導則》(GB/T 35580—2017)、《節(jié)水型企業(yè)評價導則》(GB/T 7119—2018)、《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50102—2014)、《企業(yè)水平衡測試通則》(GB/T 12452—2008)相關(guān)規(guī)定，本次生活用水系統(tǒng)評價選取職工人均生活日新水量指標，生產(chǎn)用水系統(tǒng)評價選取水重復利用率、間接冷卻水循環(huán)率、冷卻塔蒸發(fā)損失率、冷卻塔風吹損失率、循環(huán)水濃縮倍率、新水利用系數(shù)和單位產(chǎn)品耗水量、污水處理及回用系統(tǒng)評價共計9項指標，構(gòu)建用水合理性分析指標評價體系，見圖1。

圖1 用水合理性分析指標評價體系

2.3 用水指標合理性分析

2.3.1 水重復利用率

根據(jù)《中國城市節(jié)水2010年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》成果，我國石油化工工業(yè)重復利用率到2010年將達到95.00%。本項目水重復利用率達到98.66%，高于行業(yè)規(guī)劃目標值的要求。

2.3.2 冷卻水循環(huán)率

項目間接冷卻水循環(huán)率接近98.66%，符合《中國城市節(jié)水2010年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》提出的2010年規(guī)劃目標間接冷卻水循環(huán)率不小于97.00%的指標要求。

2.3.3 冷卻塔蒸發(fā)損失率

項目循環(huán)水站均為開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，采用節(jié)水消霧型冷卻塔的蒸發(fā)損失率為1.07%，優(yōu)于規(guī)定的冷卻塔蒸發(fā)損失率達到1.2%～1.6%的要求，用水合理。

2.3.4 冷卻塔風吹損失率

冷卻塔風吹損失率為0.1‰，相關(guān)規(guī)定要求有除水器的風吹損失率取0.2%，本次風吹損失取0.1‰，比規(guī)定要求更節(jié)水。

2.3.5 循環(huán)水濃縮倍率

項目設(shè)計循環(huán)水濃縮倍率為5.2，符合《工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計規(guī)范》(GB/T 50102—2014)中間冷開式系統(tǒng)設(shè)計濃縮倍率不宜小于5.0的要求。

2.3.6 新水利用系數(shù)

項目新水利用率為100%，根據(jù)《中國城市節(jié)水2010年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》成果，到2010年工業(yè)企業(yè)新水利用率將達到80%～100%。因此，本項目新水利用率滿足該規(guī)劃要求。

2.3.7 單位產(chǎn)品耗水量

針對煤間接液化項目，目前沒有明確的能耗計算標準，項目產(chǎn)品包含多種油品和化學品，像蒸汽裂解裝置等裝置反應生成的產(chǎn)品既有油品又有化學品，產(chǎn)品組分復雜，油品和化學品在反應過程中相互轉(zhuǎn)化，導致無法準確獲取各化學品或某類化學品的用水量。項目油品加工裝置生產(chǎn)的產(chǎn)品種類及產(chǎn)量較化學品加工裝置多，故本項目能耗計算方式借鑒《煤直接液化制油單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 30178—2013)，按下式進行計算：

e=E/P

式中：e為單位產(chǎn)品水耗,m3/t；E為油品加工裝置取用新鮮水總量，m3/h；P為油品加工裝置生產(chǎn)產(chǎn)品總產(chǎn)量，t/h。

根據(jù)國家能源局公布的《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中規(guī)定，新建示范項目應符合以下技術(shù)指標：“煤液化示范項目(間接液化)單位產(chǎn)品新鮮水耗基準值小于等于7.5m3/t，先進值小于等于6.0m3/t。”本項目油品加工裝置單位產(chǎn)品新鮮水水耗為6.0m3/t，符合《煤炭深加工產(chǎn)業(yè)示范“十三五”規(guī)劃》中的技術(shù)指標的先進值。且項目單位產(chǎn)品用水量優(yōu)于《陜西省行業(yè)用水定額》中新建、擴建項目煤間接制油用水定額不超過8m3/t的標準。

2.3.8 職工人均生活日用新鮮水量

項目職工人均生活日用新鮮水量為240L/(人·d)，按照《中國城市節(jié)水2010年技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃》成果，到2010年石油化工業(yè)人均生活用水量為250L/(人·d)，省內(nèi)同行業(yè)其他項目該項指標也基本在300～400L/(人·d)，考慮本項目全廠行政生產(chǎn)辦公樓、科研樓、保安樓、檔案樓、文體中心、賓館等辦公生活設(shè)施大部分依托一期示范項目已配套設(shè)施，生活福利設(shè)施依托社會，本文認為職工人均生活用水定額取240L/(人·d)合理。

2.3.9 污水處理及回用系統(tǒng)評價

生產(chǎn)污水和生活污水首先進入污水處理站處理，生產(chǎn)污水主要有氣化污水、高濃度污水、含油污水和其他污水。其中，氣化污水、高濃度污水和含油污水以及生活污水均先分別經(jīng)預處理后，再與其他污水一起進入生化處理工藝，經(jīng)處理后進入回用水處理系統(tǒng)，回用水處理系統(tǒng)出水回用于循環(huán)水站補水，從而降低新鮮水耗水量。

項目用水分析指標見表2。

表2 用水分析指標

3 節(jié)水潛力分析

3.1 節(jié)水潛力

由上述指標分析可以看出，項目整個用水過程中將節(jié)水措施的落實作為一項重要的建設(shè)和管理內(nèi)容，整體貫徹了節(jié)水理念，但還存在一定節(jié)水潛力。建議通過進一步減少污泥含水率，從而減少新鮮水的使用量。

項目污水處理場及中水回用系統(tǒng)處理完產(chǎn)生的污泥含水率約為75%，本次按危廢管理要求，污泥含水率應小于50%，可使污水處理場及中水回用過程損失水量進一步減小。從技術(shù)可行性分析，利用脫水離心機可使污泥含水率降低。

3.2 節(jié)水管理

3.2.1 建立三級計量體系

為了節(jié)約用水，建議在主要用水系統(tǒng)入、出口處設(shè)置用水監(jiān)控設(shè)施，實時掌握各環(huán)節(jié)用水量。執(zhí)行國家水資源監(jiān)控能力和取水許可系統(tǒng)傳輸公約的要求，裝置在線監(jiān)測設(shè)施，并接入水行政部門取水在線系統(tǒng)。計量儀表選用節(jié)流裝置(帶溫度、壓力補償裝置)或其他類型儀表，如電磁流量計、渦街流量計和超聲波流量計。本項目用水計量設(shè)施配備情況見圖2。

3.2.2 節(jié)約考核管理

加強供水管網(wǎng)、設(shè)備的維護和管理，杜絕跑、冒、滴、漏；加強用水管理，嚴禁亂用、混用，禁止使用循環(huán)水、消防水沖地；提高回用水系統(tǒng)的回收率。各班組控制生產(chǎn)用水量在制定的單耗定額指標范圍內(nèi)，對于低于單耗定額的責任班組進行獎勵；對于超額用水的考核責任班組進行相應處罰。

4 結(jié) 語

圖2 主要計量設(shè)施配備示意圖

本文根據(jù)煤間接液化項目的特點，選取了水重復利用率、單位產(chǎn)品取水量等9項指標，作為評價煤間接液化項目用水合理性的基礎(chǔ)。因目前針對煤間接液化項目沒有明確的能耗計算標準，且產(chǎn)品組分復雜，油品和化學品在反應過程中相互轉(zhuǎn)化，本文能耗計算方式借鑒《煤直接液化制油單位產(chǎn)品能源消耗限額》(GB 30178—2013)。本文以陜西未來榆林煤間接液化一期后續(xù)項目為例，分析了項目用水合理性，為今后煤間接液化項目用水合理性分析提供借鑒。建議國家今后對煤間接液化項目制定相應的能耗計算標準。