工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保探討

文_馬健 朱玉 顧紅波 浙江省環(huán)境科技有限公司

現(xiàn)階段我國循環(huán)水用量已經(jīng)占據(jù)工業(yè)總用水量70%，能耗占比也超過70%，且排放循環(huán)冷卻廢水量較大，極大影響企業(yè)運(yùn)行成本，成為能源主管部門和生態(tài)環(huán)境主管部門關(guān)注的重點(diǎn)問題。“力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”是國家做出的重大戰(zhàn)略決策，石油化工行業(yè)在這一決策背景下將面臨重大挑戰(zhàn)。目前，我國石油化工行業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)普遍存在能耗高、污染物排放量大等問題，因此做好工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保工作便顯得極為迫切。

1 目前石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問題

結(jié)合實(shí)際來看，科學(xué)合理的石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保應(yīng)用，可以切實(shí)節(jié)約石油化工企業(yè)非必要成本開支，更對(duì)環(huán)境保護(hù)有著十分重要的促進(jìn)作用。目前，我國石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保應(yīng)用多是圍繞冷卻塔來實(shí)現(xiàn)，冷卻塔本身存在缺陷性特征比較突出，如其開放式運(yùn)行過程，暴露在空氣中，隨時(shí)間推移所聚集廢棄物便會(huì)不斷增多，此類廢棄物必然會(huì)拉低冷卻水運(yùn)行效率，尤其流速較低區(qū)域，一旦油殘?jiān)逊e現(xiàn)象，不僅會(huì)減低系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)效率，甚至?xí)l(fā)設(shè)備故障問題，循環(huán)排污水排放量較大，增加污水站負(fù)荷，同時(shí)也會(huì)損害周邊生態(tài)環(huán)境并增加后續(xù)修理維護(hù)成本。

1.1 水垢及污垢問題

石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在問題相對(duì)較為典型，如冷卻水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，水垢從形成到沉淀過程一直存在，水垢堆積會(huì)致使整個(gè)水循環(huán)效率受阻。與此同時(shí)從水循環(huán)裝置到冷卻塔，若缺乏完備的防護(hù)機(jī)制，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程便會(huì)逐漸產(chǎn)生污垢，這類污垢問題會(huì)直接導(dǎo)致水塔堵塞風(fēng)險(xiǎn)大幅升高，直接影響冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能效益，繼而也會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成較大負(fù)面影響。

1.2 管道腐蝕及菌藻現(xiàn)象

腐蝕現(xiàn)象也是目前我國石油化工企業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)存在主要問題之一。冷卻水運(yùn)行時(shí)水體長期接觸設(shè)備，便會(huì)引發(fā)腐蝕；腐蝕問題一旦出現(xiàn)，整個(gè)設(shè)備檢測維護(hù)難度就會(huì)變大，所以關(guān)注腐蝕檢測十分必要，這也是優(yōu)化冷循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能效益、提升其整體環(huán)保性的關(guān)鍵舉措。除此之外，菌藻作為冷卻水運(yùn)行期間必然會(huì)產(chǎn)生的異物，菌藻會(huì)導(dǎo)致冷卻水渾濁，若長時(shí)間未作有效清理防護(hù)，會(huì)引發(fā)循環(huán)裝置阻塞故障，影響冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能功耗同時(shí)對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境也會(huì)造成極為負(fù)面的影響。

1.3 循環(huán)冷卻系統(tǒng)排污水問題

循環(huán)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，因蒸發(fā)或自然損耗等原因，冷卻水中鹽分濃度升高，極易導(dǎo)致設(shè)備結(jié)垢及腐蝕現(xiàn)象，降低傳熱效率，需定期排放一定量廢水，目前隨著國家相關(guān)行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布及執(zhí)行，該類廢水已納入污水管理，不得直接排入環(huán)境，工業(yè)企業(yè)污水站運(yùn)行負(fù)荷及運(yùn)行成本大幅增加，同時(shí)也增加了企業(yè)污染物總量購買成本。

2 冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化改進(jìn)策略

2.1 應(yīng)用水輪機(jī)改造節(jié)能提升系統(tǒng)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)

根據(jù)調(diào)查，目前較多企業(yè)采用水輪機(jī)改造來達(dá)到提升系統(tǒng)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)的目的。水輪機(jī)改造技術(shù)即改變冷卻塔風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，將原本電機(jī)驅(qū)動(dòng)改為循環(huán)水回水余壓驅(qū)動(dòng)，以此來降低冷卻塔風(fēng)機(jī)電能損耗，對(duì)處于高位用冷卻水裝置的循環(huán)水系統(tǒng)形態(tài)而言，化工裝置會(huì)因此生成較大回水壓力，回水余壓升高，冷卻塔風(fēng)機(jī)便會(huì)隨之驅(qū)動(dòng)，可降低電機(jī)能耗，最終起到節(jié)能降耗的效果。結(jié)合實(shí)際來看，該技術(shù)方法在直接降低電能損耗、維系周邊生態(tài)平衡方面作用顯著，但與此同時(shí)也需要注意，水輪機(jī)經(jīng)改造后，冷卻塔驅(qū)動(dòng)力源自循環(huán)水系統(tǒng)回水余壓動(dòng)能，可回水余壓動(dòng)能與水泵機(jī)械能直聯(lián)，所以水輪機(jī)改造本質(zhì)上可看作是將水泵機(jī)械能轉(zhuǎn)化為冷卻塔風(fēng)機(jī)動(dòng)能，且過程中還涉及到回水動(dòng)能轉(zhuǎn)化，因此兩次轉(zhuǎn)化途中，能量損耗不可規(guī)避，一旦冷卻塔出現(xiàn)故障，維修成本也會(huì)隨之增加。總體來看，應(yīng)用水輪機(jī)改造節(jié)能有一定可行性，但該技術(shù)仍然有待繼續(xù)更新完善。

2.2 通過葉輪切削實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化

通過葉輪切削實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化，即對(duì)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)水泵葉輪邊緣做適度切削，以減低水泵出力來控制揚(yáng)程、流量，水泵運(yùn)行期間能耗便會(huì)因此而逐步降低，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)生態(tài)化特質(zhì)也會(huì)得以有效展現(xiàn)。該技術(shù)方法雖然原理、操作上都較為簡便，但在適用性上也有一定局限，部分化工企業(yè)早期水泵選型明顯過大時(shí)，便可選取此方法，直接對(duì)葉輪切削。同時(shí)需注意，切削后不僅水泵運(yùn)行效率會(huì)有一定程度的下降，且水泵、循環(huán)水系統(tǒng)匹配程度可能會(huì)因此而受到一定影響，會(huì)出現(xiàn)能耗增大的可能，所以選擇應(yīng)用該方法必須遵循“全面調(diào)研、謹(jǐn)慎選擇”的原則。

2.3 利用閉路循環(huán)水系統(tǒng)促進(jìn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化

利用閉路循環(huán)水系統(tǒng)促進(jìn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保品質(zhì)，即發(fā)揮閉路循環(huán)水系統(tǒng)冷卻水無法與外部直接接觸的優(yōu)勢，可切實(shí)規(guī)避空氣中雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)部。以某循環(huán)水場閉路循環(huán)改造為例，該水場原本有開始涼水塔，處理量4000m3/h，占地規(guī)模為720m2，框架結(jié)構(gòu)由鋼筋混凝土組成，其中風(fēng)機(jī)直徑達(dá)到8m，風(fēng)機(jī)功率為180kW，冬季時(shí)的進(jìn)塔水溫為16℃，到夏季便達(dá)到40℃，冬季出塔水溫為12℃，夏季出塔水溫達(dá)到33℃。開式?jīng)鏊\(yùn)行期間，水質(zhì)整體相對(duì)偏差，換熱性能也較弱，嚴(yán)重影響裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)效率，故障風(fēng)險(xiǎn)無法預(yù)控，尤其夏季時(shí)，熱效應(yīng)對(duì)周邊區(qū)域生態(tài)也產(chǎn)生較大不良影響。經(jīng)過閉路循環(huán)水系統(tǒng)改造后，結(jié)垢問題明顯改善，水質(zhì)得到有效優(yōu)化同時(shí)，夏季進(jìn)出塔水溫也得到不同程度的降低，進(jìn)一步促進(jìn)了該系統(tǒng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行效益，節(jié)約能耗同時(shí)達(dá)到保護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境的目的。

2.4 通過改善循環(huán)水進(jìn)水水質(zhì)降低能耗及減少排污量

我國石油化工企業(yè)循環(huán)水主要采用工業(yè)自來水廠，其特點(diǎn)為水質(zhì)含鹽分高、價(jià)格偏低、易結(jié)垢，目前已有部分企業(yè)采用生活自來水水源用于循環(huán)水系統(tǒng)。以浙江東部某聚氯乙烯生產(chǎn)企業(yè)為例，該企業(yè)采用生活自來水水源用于冷卻循環(huán)，補(bǔ)水水質(zhì)中電導(dǎo)率及鹽分濃度較低，電導(dǎo)率基本小于70μS/cm，較低的電導(dǎo)率及鹽分可有效減少管道腐蝕及結(jié)垢現(xiàn)象，降低能耗，延長設(shè)備使用時(shí)間，同時(shí)提高冷卻溫度控制的精確性，循環(huán)水濃縮倍數(shù)可達(dá)到8～9倍，大幅降低了循環(huán)冷卻廢水排放量，有效降低企業(yè)的污水運(yùn)行成本以及污染物總量購置成本。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保探討分析，因地制宜合理選擇最適宜的節(jié)能環(huán)保改造技術(shù)方法至關(guān)重要。如，應(yīng)用水輪機(jī)改造節(jié)能提升系統(tǒng)生態(tài)環(huán)保效應(yīng)、通過葉輪切削實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保優(yōu)化、利用閉路循環(huán)水系統(tǒng)促進(jìn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能和環(huán)保品質(zhì)、改善進(jìn)水水源降低循環(huán)冷卻水排污量并降低能耗等，充分了解不同技術(shù)方法的優(yōu)勢特征和適用性，科學(xué)選擇，方能確保工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保效果完全達(dá)到預(yù)期，這也是我國廣大石油化工企業(yè)得以形成可持續(xù)發(fā)展模式的關(guān)鍵路徑。