化工水平衡的探討與研究

解振宇

(陽煤集團太原化工新材料有限公司，山西 太原 030000)

1 化工園區的水平衡

水在化工生產中的任一用水單元(設備或裝置)內都存在著水量的平衡關系，均被作為原料和載體，同樣也可以依據質量守恒定律，進行質量平衡計算，這就是水平衡。所謂的水平衡測試，就是指通過對各用水單元的實際測試、統計、分析、得出水量平衡關系確定各用水單元的水量值，根據其平衡關系分析用水合理程度的過程，各用水單元或系統輸入水量之和應等于輸出水量之和[1-3]。

工業用水量和排水量的關系，如圖1所示，水平衡式如式(1)。

Q+A=H+P+L

(1)

圖1 工業用水量和排水量的關系

1)Q工業取水量，包括生產用水和生活用水，主要指建設項目取自用的新鮮水量，生產用水又分間接冷卻水、工藝用水和鍋爐給水。

工業取水量=間接冷卻水量+工藝用水量+鍋爐給水量+生活用水量。

2)C重復用水量：指項目內部循環使用和循序使用的總水量。

3)H耗水量：指整個項目消耗掉的新鮮水量總和。

2 化工項目用水點分析

化工項目水系統主要包括供水脫鹽裝置、化學水裝置、污水處理裝置、循環水系統、生產裝置工藝用水及鍋爐用水等。這幾個部分相互銜接，相互作用，決定了水系統是否達到平衡。

以煤化工項目為例，循環水系統補充水、化學水裝置取用新鮮水及工藝用新鮮水這三個部分為該類項目主要的用水點。結合化工園區用水特點，直接用于全園區的水平衡的新鮮水在總用水中所占比例較低，生活及工藝用水低于10%。新鮮水主要用于脫鹽水系統，占總用水的60%～70%，為下游的用水大戶鍋爐供水，其次是30%左右用于補充循環冷卻水。

2.1 脫鹽水系統

化工項目工藝過程中，化學水處理系統占著重要的地位。新鮮水通過預處理、超濾、反滲透、EDI等環節，最終產出生產蒸汽的介質脫鹽水即除氧水。鍋爐及余熱回收裝置利用脫鹽水產生園區裝置所需的蒸汽，為透平設備提供動力，通過板換調節流體溫度。在一定程度上，減少脫鹽水用量也是化工項目節水的主要措施，因此，合理控制脫鹽水的用量對水系統的平衡其很重要的作用。

2.2 循環水系統

在化工園區生產運行中，循環水系統是工藝生產過程中的重要輔助環節。工藝裝置中流體的溫度需要靠循環冷卻水換熱控制，裝置換熱后的蒸汽凝液回送至循環水系統利用。為提高水的循環利用率，將通過換熱的循環冷卻水(以水或空氣為換熱介質采用強制對流換熱)通過冷卻塔降溫后循環利用，進而構成了循環冷卻水系統。

此外，絕大部分循環水冷卻塔均為開式循環水系統，致使經換熱后的循環水氣在降溫過程中排到空氣中，造成循環水系統缺水嚴重，補水量多，用水所占比例最高。因而，合理控制好循環水池的液位，避免循環冷卻水系統大量補水排水，對于全廠水平衡影響最大。

2.3 工藝用水系統

化工生產裝置運行過程工藝耗水，主要包括三個方面。一是產品含水，即由產品帶走的水，通常以結合水的方式帶走；二是洗滌用水和直接冷卻水，日常維護現場衛生及漏料至裝置地面需進行地坪沖洗，對產品、半成品進行調溫調濕直接冷卻；三是水處理用水，指再生水處理裝配所需用水。

3 水系統平衡關鍵控制環節

化工水系統的平衡關鍵在于控制環節，同樣講究源頭控制、過程管理，末端治理。具體來說就是增加脫鹽產水率，提高水的重復利用率，提高污水的回用率。

3.1 源頭水質管控

原水水質的好壞決定循環水系統的濃水倍數，也決定化學水水處理系統產水的收率，繼而決定裝置能否按要求長期穩定運行，同樣決定產品的好壞。因此，加強水質監測，根據季節合理對原水進行調節，管控好源頭水的PH、COD、氨氮、細菌等關鍵指標，就大幅度的提高了前端的產水率，進而減少了新鮮水的補水量，做好水系統平衡的第一步。

3.2 過程管理避免亂排亂補

加強過程控制，是指在管理各化工裝置現場跑冒滴漏的同時，兼顧避免進行大量循環水系統的亂排亂補的行為。

提高水的循環重復利用率，主要包括循環水的重復利用率和污水回用率，其中無大量補新鮮水及無大量排循環水污水決定循環水的利用率。生產運行中，采用多級串聯利用的工藝，水經過初級沉淀、過濾、凈化處理，一方面將蒸汽凝液作為循環水的補水，另一方面可將符合循環水補水標準的回用中水全部用于循環水補水。

此外，對于開式循環水冷卻塔蒸發損失占其總耗水量約80%左右的比例。因此，為盡量減少循環水蒸發量，達到節水效果，選用設備時應盡量選用閉式循環水冷卻塔。同時應密切關注循環水系統的濃縮倍數，及時保證循環水有效排污，保證循環水得到應有的置換，進而減輕新鮮用水量的需求。

3.3 末端污水回用

對化工項目產生的廢水采取雨污分流，清污分流，污污分流，分質分級的方式進行綜合處理。根據污水的水質進行分級，對于水質等級高的清凈廢水，可將其將不經過處理或者只進行部分處理消除影響因素后回用到用水過程中。這樣可以大大減小污水處理系統的負荷，降低水處理系統的投資和運行費用，提高企業的用水效率。

對于天氣原因的雨季降水，應盡量合理回收，前15 min的初期雨水按污水處理。后期雨水回收化驗分析，根據結果進行相應水處理，根據出水水質，也可作為循環水補水的重要組成部分。

污水處理優先考慮以廢治廢的方式進行節能治污。污水經污水處理裝置的分級處理后的達標排放污水，繼續進入中水成套裝置(多介質過濾、超濾和反滲透單元)的深度處理回用，處理后產生的中水可作為循環水補水、化工園區的綠化及裝置現場的降塵使用。當中水的水質較差時，通常用于夏季的工業園區綠化及馬路降溫，亦可用于備煤倉的降塵及脫硫回收。

對于中水裝置及脫鹽裝置產生的濃鹽水，可直接送至濃水出鹽裝置，即所謂的零排放裝置，產生的回用水的用途與中水一致。

4 結語

化工項目要實現在減少工業水用量，同時達到水系統的平衡，降低噸產品水消耗，是一項極為復雜的系統工程，需要進行全面的管控。一是通過優化水平衡，避免清凈水的浪費，規范排放等管理手段減少原水取水量。二是通過采用各種先進的節水技術減少廢水產生和排放，努力提高循環冷卻水和污水回用率。

在目前的環境氛圍下，首先應該從觀念上建立節水的意識，結合裝置特點開展節水研究，進行工藝優化，技術管控，達到水系統的平衡。合理運用新技術和新工藝，降低循環水裝置水消耗、提高污水處理的出水水質并增加處理能力、提高中水及脫鹽水回收率，并進一步深度處理濃鹽水回用濃鹽水。確保化工園區整體水耗進一步降低，為行業發展提供技術保障。