石油煉制循環冷卻水系統的優化運行措施研究

馮彥（中國石油天然氣股份有限公司呼和浩特石化分公司，內蒙古 呼和浩特 010070）

循環冷卻水系統（recirculating cooling water system）是一種冷卻水換熱水并經降溫，再循環使用的給水系統。該系統能夠實現對冷卻水的循環使用，能夠大大降低生產過程中冷卻水的用量，在石油煉制中發揮著非常重要的作用。循環水在工業設備和冷卻塔之間的循環是通過水泵來驅動的，需要耗用大量電能，泵的揚程和流量一般都有富余.必然系統具有大量的多余水流能量，而用于循環水補水的新鮮水約占全廠新鮮水總耗量的20%-40%，因此循環水系統優化運行，有效降低能耗水耗是當前石油石化企業面臨的一個重要問題。

1 石油煉制循環冷卻水系統工作原理

在循環冷卻水系統中，冷卻水在循環泵的工作下被送入各個系統中，然后在換熱器、冷卻工藝熱介質的作用下水溫升高成為熱水，帶走系統中的廢熱。然后熱水在水泵工作下被送往冷卻塔頂部，由布水管道噴淋到塔內填料上冷卻，將水中熱量排除到自然環境當中，水溫下降變為冷水，然后再次回到系統中進行循環使用。

2 石油煉制循環冷卻水系統運行常見問題

2.1 水冷器運行問題

(1)部分水冷器循環水出口溫度偏高。主要由于工藝側溫度偏高導致，易導致藥劑分解，并且會造成水冷器管程內結垢速率增加，阻力系數增大，昀終導致工藝測物流夏季冷卻困難，循環水系統管網壓降增大、循環水泵電耗增加等系統問題。

(2)水冷器水側流速偏低，未做管理要求，水側流速偏低導致結垢趨勢加快，導致壓降增大、冷卻效果不佳和垢下腐蝕，甚至造成水冷器泄漏。隨之而來循環水系統用大量新鮮水置換，造成水資源的嚴重浪費。

(3)水冷器熱流換后溫度有調整空間，存在過冷狀況，導致部分循環水用量較多。

(4)部分水冷器循環水進出口溫差較小，存在系統調整優化的潛力。

2.2 供水壓力及系統壓降問題

循環水場的供水壓力普遍偏高，均在0.5MPa以上，供水壓力高，水泵耗電量大。通過一定的優化手段，一般煉油企業循環水場的供水壓力可以優化至0.4MPa左右。

2.3 循環水溫差

（1）換熱器設計不合理，傳熱系數低、換熱面積小、流速低容易積垢都會導致循環水溫差減小；

（2）工藝介質本身性質傳熱系數低，導致循環水出口溫度較低，出入口溫差不大；

（3）系統管理工作不到位，如冷卻水水質降低導致比熱容下降、沒有根據實際生產情況調節循環水量、為了提高溫差而降低循環水出口閥流速導致污垢沉積管道內表面等。

2.4 其他因素

夏季氣溫較高的情況下為了達到有效的冷卻效果，往往需要使用軸流風機進行冷卻水的降溫而消耗大量電能。冬季對水冷的需求負荷較低，循環水供水溫度越低，水冷器換熱效率越高，對循環水量的需求越小，將導致對水冷器循環水流量調控的越小，將加速結垢的形成，造成惡性循環，水冷器結垢越來越嚴重，更加要求循環水場降低供水溫度，增大供水壓力，冬季供水溫度較低，也不利于長周期運行。又如，循環系統中離心泵的運行效率能夠影響電能的消耗量，冷卻水過濾系統的運行效率能夠影響水消耗量。

3 石油煉制循環冷卻水系統優化措施

針對石油煉制循環冷卻水系統當前的能耗及運行現狀，本文從系統優化角度進行了討論和研究。在用戶端和供水端均有一定的優化潛力情況下，無論從節能需求還是提高水冷器長周期運行降低泄漏風險，都需從系統角度進行分析和改進。

3.1 多目標優化的科學合理用水

通過對重點、關鍵水冷器能用水量進行詳細核算，來達到合理用水的效果。首先，通過運用智能化信息化技術收集實時監控水冷器所采集的流速、壁溫及出口溫度等關鍵指標。然后在滿足生產工藝所需的側冷后溫度的基礎上，使用專業軟件對系統中的重點、關鍵水冷器的用水量進行核算，計算出符合相關標準規范的合理水側流速、壁溫、出水溫度等參數，并在此基礎上總結出一套多目標優化的科學合理用水方法，在確保水冷器長周期安全運行的同時實現節約用水。

在計算用水量的過程中，需要結合工藝冷卻要求和實際工況，對于冷卻效果不佳或易腐蝕的冷卻器要重點進行分析，并對水量糾偏調整方案進行討論。然后通過總結所有相關數據，對整個循環水系統及各單元的供回水進行糾偏調整，科學合理的優化控制整個系統的上回水溫差。

3.2 降低系統局部壓損

對用戶端水冷器和循環水管網的不合理降壓問題進行分析，找出導致壓力損失的主要原因，如用戶端水冷器流速不合適、結垢、換熱器選型流量分配不當，循環水管網損壞等。用戶端水冷器主要從以下幾個方面進行分析：（1）控制方式不合理，例如用熱旁路控制工藝側溫度，冬季時需要冷卻負荷減少，循環水流速低導致結垢；（2）進出口溫度控制不合理，例如全廠大部分冷卻器進出口溫度執行一個標準，導致某些換熱器循環水流速低易結垢；（3）工藝側入口溫度高使得管壁溫度高，導致換熱器結垢等；（4）換熱器選型與實際工況變化，導致實際工況下水量分配不佳壓降較大等。對循環水管網的分析主要是利用專業軟件查找沿程損失和局部損失較大的部位并采取措施進行改造、維護。

3.3 以新的水量揚程等參數定制高效水泵

首先，結合用戶端和管網的核算及調整分析數據，提出兩套循環水系統合理的循環量及壓力要求，然后通過循環水系統降壓試驗進行現場驗證。在降壓試驗中，需要在關鍵線路上設置相應數量的臨時監控點（臨時壓力表和便攜式流量測試）對各段實際運行數據進行監控和校核計算模型。第二，在保證水冷器冷卻效果良好的前提下，結合降壓試驗結果確定循環水系統的實際需求流量和壓力，然后再結合全年運行數據，定循環水泵的選型條件。第三，明確高效水泵定制要求，根據以理論核算結果以及降壓試驗驗證數據，在保證合理流量和揚程下選擇高效水泵替代現有水泵，針對個別裝置關鍵線路水冷器增上借力泵。第四，在改造完成后再次進行試驗工況下運行，確保水泵的實際效率得到提高。

3.4 實時監測診斷與優化操作

在循環水系統改造的基礎上，建立起能夠實時監測診斷與優化操作的軟件系統，保障循環水系統安全長周期運行，降低系統運行的能耗，獲得循環水系統優化運行的效益。該系統的建設主要通過流程模擬、優化和計算機技術等現代化專業技術有機結合，實現對循環水系統（包括換熱設備、循環水場、管網等）的在線監測、診斷和優化，在線模擬和監測系統的運行狀況，從而有效的診斷出循環冷卻系統中存在的問題并實時給出操作優化調整指導方案，實現循環水的科學化管理。

4 某石油煉制企業循環冷卻水系統優化措施成效

（1）建立了一套科學合理用水的操作方法，有利于加強水冷器的運行管理，降低水冷器漏油和壓降增大風險，提高水冷器運行安全性，水冷器泄露發現率提高70%。

（2）軟件監控的信息化管理平臺，達到了對水冷器及循環水系統的智能化管理。

（3）通過科學用水方法，合理優化控制循環水系統總溫差，達到合理節水的目的，比實施前節水10%以上；利用高效水泵節電率可達20%，年節能效益300萬元。

5 結語

綜上所述，在石油煉制中，循環冷卻水系統的優化控制能夠實現科學化管理，進而降低能耗水耗，提高資源利用效率，對石油企業可持續發展的實現有著重要意義。