化工脫鹽水裝置經濟運行降本增效措施

張雅軍

（國能包頭煤化工有限責任公司 內蒙古包頭 014000）

引言

隨著社會經濟的持續快速發展，煤化工行業已經成為我國重要的戰略性支柱產業，也是我國能源供應的重要組成部分。高耗能及環保問題是制約行業發展的重要因素。面對產品市場環境低迷、生產狀態復雜等不利因素，探索穩定、高效的降本增效措施，對提高企業的競爭力具有重要意義。水處理系統運行指標的建立與控制及運行管理水平直接影響企業的經濟效益。精心組織細化管理，加強績效考核管理質量，降低能源、物料、化學藥劑消耗，加強裝置運行水平，開源節流，減少設備的投入、檢維修費用，提高系統節能效果，實現效益最大化是企業長遠發展的關鍵。

1 項目概況

內蒙古某煤化工企業以煤為原料生產甲醇，甲醇通過MTO 裝置轉化為烯烴，再通過聚合裝置生產出聚乙烯和聚丙烯，同時產出硫磺、丁烯、丙烷和乙烷等副產品。該項目聯合裝置主要包括煤氣化裝置、180 萬t 甲醇裝置、60 萬t MTO 裝置、30t 噸聚乙烯裝置、30t 噸聚丙烯裝置。

脫鹽水裝置作為輔助生產裝置，以黃河水及全公司的冷凝液為水源，采用兩路制水工藝制備合格的二級除鹽水，供熱電站及化工生產裝置使用。工業水制水系統采用雙膜法-離子交換樹脂法制水工藝，系統設計制水量1200m3/h，其工藝流程為黃河水-反應沉淀池-V 型濾池-生水換熱器-生水箱-生水泵-自清洗過濾器-超濾-清水箱-清水泵-高壓泵-反滲透-除碳水箱-除碳水泵-陽離子交換器-陰離子交換器-混合離子交換器-除鹽水箱-除鹽水泵-電站及化工生產裝置。冷凝液回收系統采用活性炭吸附-離子交換樹脂法回收工藝，系統設計制水量800m3/h，其工藝流程為化工冷凝液-冷凝液換熱器-冷凝管回收水箱-冷凝液輸送泵-活性炭過濾器-除鐵過濾器-混合離子交換器-除鹽水箱-除鹽水泵-電站及化工生產裝置。工業水制水系統及冷凝液回收系統的生產廢水經地溝進入2×500m3酸堿中和池，通過酸堿中和、循環回流后，調節廢水的pH 為6～9，經廢水中和泵排放至1000m3廢水緩沖池，經廢水排放泵連續排放至全廠污水回收系統。

2 經濟運行指標

2.1 運行指標分析

系統的經濟穩定運行由設備及工藝操作兩方面決定，因此加強設備管理、優化工藝條件對降本增效具有非常重要的意義。化學水裝置作為獨立的核算單元，其績效考核指標主要包括噸脫鹽水耗工業水、噸脫鹽水耗循環水、噸脫鹽水耗電、噸脫鹽水耗儀表空氣、噸脫鹽水耗工藝空氣、噸脫鹽水綜合能耗，脫鹽水裝置2023 年上半年績效考核指標如表1 所示。

表1 績效考核指標

黃河水經反應沉淀池、V 型濾池過濾沉淀后，經生水換熱器換熱提溫，滿足進水條件，經超濾-反滲透-離子交換器制出合格二級脫鹽水。制水過程中工業水耗率為評價水處理系統中設備運行狀態及工藝操作的重要指標，正常運行工況下，工業水制水系統消耗工業水約900t/h，采用噸脫鹽水耗工業水指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗工業水為1.375t/t。

冷凝液為化工裝置蒸汽做功或換熱后返回的透平冷凝液和工藝冷凝液。冷凝液來水溫度較高，工藝冷凝液來水溫度約96℃，透平冷凝液來水溫度約55℃，需進行換熱后再進入后續回收工藝系統中，防止溫度太高使離子交換樹脂受熱分解。設置2 套共4 臺循環水-工藝冷凝液板式換熱器、1 套共2 臺循環水-透平冷凝液板式換熱器對回收冷凝液進行換熱，循環水用量約2470t/h，采用噸脫鹽水耗循環水指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗循環水為2.2t/t。

水處理系統中水介質主要通過泵來提供驅動力，以完成除雜、脫鹽、輸送、增壓等過程，常用的水泵包括離心泵、自吸泵、潛水泵、計量泵等。脫鹽水裝置用電主要包括驅動電機及公用系統用電，正常運行工況下，耗電量約1260kWh，采用噸脫鹽水耗電指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗電為1.12kWh/t。

為滿足脫鹽水裝置工藝及儀表用氣，設置2臺10m3工藝空氣貯罐、1 臺10m3儀表空氣貯罐，氣源引自全廠壓縮空氣系統。工藝空氣主要用于超濾裝置氣水沖洗、活性炭過濾器反洗、離子交換器反洗分層后混脂、酸堿中和池攪拌等，儀表空氣主要用于氣動閥門及儀表用氣等。正常運行工況下，耗儀表空氣約450m3/h、工藝空氣約350m3/h，采用噸脫鹽水耗工藝空氣、噸脫鹽水耗儀表空氣指標評價其能耗，上半年噸脫鹽水耗儀表空氣為0.40m3/t、噸脫鹽水耗工藝空氣為0.31m3/t。

設置3 臺混合加熱器，熱源采用化工返回0.46Mpa 蒸汽，用于冬季環境溫度較低時加熱工業水，以滿足超濾及反滲透裝置的進水要求。脫鹽水裝置運行過程中能耗主要由工業水、循環水、電能、儀表空氣、工藝空氣、冷凝液及0.46Mpa蒸汽組成，將各種能耗折算成標煤，采用噸脫鹽水綜合能耗指標評價其在運行過程中的能耗水平，上半年噸脫鹽水綜合能耗為0.00344tce/t。

2.2 運行成本分析

脫鹽水單位成本是每生產1t 脫鹽水所發生的全部費用，由單位固定成本與單位變動成本組成，單位固定成本占比17%，單位變動成本占比83%。其中，單位固定成本主要包括設備折舊費、檢維修費、人工成本、檢測檢驗費、環保支出、勞保支出等項目[1]。單位變動成本由藥劑物料成本、動力成本組成，藥劑物料成本占比15%，動力成本占比85%。

藥劑物料成本由藥劑成本和物料成本構成。其中化學藥劑主要包括鹽酸、堿、磷酸三鈉、乙醛肟、氨水、亞硫酸氫鈉、反滲透阻垢劑、次氯酸鈉、反滲透堿性清洗劑、反滲透酸性清洗劑、片堿、檸檬酸、非氧化殺菌劑、超濾清洗劑等。鹽酸及液堿主要用于離子交換器及精處理系統再生、超濾及反滲透化學清洗、再生廢水酸堿中和；非氧化性殺菌劑、氨水、亞硫酸氫鈉、阻垢劑主要用于反滲透系統運行添加，同時氨水也用于調節外供除鹽水pH，與乙醛肟共同調節鍋爐給水pH 在8.8～9.3、溶解氧≤7μg/L，防止鍋爐發生腐蝕；磷酸三鈉、片堿主要用于調節爐水水質，使爐水的pH 穩定在9～10、PO43-的含量穩定在2～10mg/L，防止鍋爐及熱力系統發生腐蝕、結垢、積鹽，確保熱力設備安全穩定運行的同時確保蒸汽品質；反滲透堿性清洗劑、反滲透酸性洗清洗劑、片堿、檸檬酸、超濾清洗劑主要用于超濾及反滲透化學清洗，根據不同的膜污染特征，制定合理的化學清洗方案，以恢復其制水能力；殺菌劑主要用于超濾進水，保持超濾進水中余氯在0.05～0.1mg/L,同時也用于超濾反滲透化學加強洗，降低進水中及膜表面微生物的含量，防止微生物大量繁殖。藥劑成本中阻垢劑因單價較高，成本占比最大，占化學藥劑總成本的30%，其次是液堿氫氧化鈉，因消耗量較大，成本占比26%，再次是非氧化殺菌劑成本占比24%，乙醛肟成本占比4%，鹽酸成本占比3%，其它成本合計占比13%。物料成本主要包括超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭等。工業水來水水質較為穩定，超濾、反滲透膜元件通常每5 年更換1 次，工業水制水系統中離子交換樹脂通常每3 年更換1 次，根據樹脂破損程度，可每年補充部分樹脂。由于化工冷凝液時有污染，冷凝液回收系統中離子交換樹脂及活性炭通常每2 年更換1 次。

動力成本包括工業水、循環水、電、工藝空氣、儀表空氣等成本。其中，工業水因單價較高，成本占比最大，占動力總成本的85%，其次是電成本占比8%，循環水成本占比5%，工藝空氣成本占比1%，儀表空氣成本占比1%。工業水消耗量主要取決于來水水質及設備的自用水率，循環水消耗量主要取決于化工冷凝液來水溫度及水量，耗電量主要取決于水泵的運行時間及啟停頻次，工藝空氣消耗量主要取決于設備的反沖洗及再生頻次，儀表空氣消耗量主要取決于氣動閥的開閉次數。

根據以上分析可知，影響脫鹽水制水成本的主要因素是工業水、循環水和電的消耗量，次要因素是反滲透阻垢劑、液堿氫氧化鈉消耗量，以及超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭的更換頻次。

3 優化措施

3.1 降本增效措施

針對績效考核體系制定有效措施，降低化學藥劑及物料能源消耗，從而降低生產運行成本。通過定期檢測及加裝在線儀表，密切關注工業水的來水水質，特別是當上游裝置出現生產波動及季節變化時，應合理優化超濾、反滲透的運行條件及輔助藥劑的投加，減少來水水質波動對制水設備的影響，減輕膜污染，降低超濾、反滲透化學清洗的頻次，從而減少清洗藥劑的消耗、降低清洗水泵的啟動頻次，同時延長超濾、反滲透的使用壽命，降低設備更換、維護費用。采用氧化性殺菌劑連續投加及非氧化性殺菌劑沖擊式投加相結合的方式，在抑制微生物繁殖的同時，將已產生抗藥性的微生物殺除，有效遏制微生物對膜元件的侵蝕和污染[2]。針對超濾、反滲透裝置膜污染，根據污染特征，制定高效、經濟的化學清洗方案，采用分段、整體、離線、在線相結合的方式，對可逆污染進行深度處理，最大程度恢復膜元件的制水能力。密切關注機爐汽水系統中汽水品質，合理調整磷酸三鈉、乙醛肟、氨水的加藥量，在保證汽水品質的同時降低藥劑的投加量。

反滲透運行工況對進水溫度較為敏感，水溫每降低1℃，反滲透產水電導會升高1～2μs/cm，同時產水量會降低2%～3%[3]。受季節性影響，工業水來水溫度變化較大，應及時調整反滲透裝置的進水溫度，保持合適的產水量及脫鹽率，在提高回收率的同時，降低出水水質對后續工藝離子交換床制水周期的影響，以收到更好的經濟效益。根據化工凝液來水溫度，及時調整循環水流量，防止溫度太高對離子交換樹脂造成的不可逆損傷。

加強透平冷凝液、工藝冷凝液來水水質監督，如來水電導、TOC、Fe2+、Fe3+、Cl-、油等指標超標，應及時將污染凝液排入地溝，及時聯系化工裝置將污染源切除，防止污染凝液對活性炭、離子交換樹脂造成污染，延長活性炭過濾器及離子交換器的制水周期，減少再生頻次，降低鹽酸及氫氧化鈉的消耗量，減少再生泵的啟停次數，從而降低噸脫鹽水電耗、藥耗成本。同時，減少污染，延長濾料活性炭、離子交換樹脂的使用壽命，減少濾料更換頻次，降低冷凝液的回收成本。

合理優化運行操作，保持超濾、反滲透、離子交換、冷凝液回收各系統制水平衡，減少生水泵、清水泵、高壓泵、除碳水泵、冷凝液回收水泵的啟停頻次。優化廢水處理單元中廢水中和池及廢水緩沖池的液位控制，減少廢水中和泵及廢水排放泵的啟停頻次。同時，根據泵的額定出力，及時調整泵的出口閥，使其高效運行，從而降低噸脫鹽水電耗成本。

合理優化再生時間，盡量選擇陽離子交換器及陰離子交換器同步再生，減少再生廢液酸堿中和時酸堿的耗量。離子交換器再生時，現場檢查再生流量、濃度、溫度、反洗分層及混脂效果，確保再生質量，延長離子交換器的制水周期。特別是要控制好堿再生液溫度，在有效去除失效樹脂中附著硅的同時，防止因溫度太高而降低樹脂的使用壽命。合理優化離子交換器再生步序，縮短離子交換器反洗分層、進再生液、置換、沖水正洗的時間，減少再生泵的運行時間，降低再生時自用水的消耗量。

中水回用，回收污水回用產水及高分鹽產水替代部分工業水，減少新鮮水的耗量，降低噸脫鹽水耗工業水量，從而降低制水成本。回收超濾裝置反洗排水、反滲透裝置沖洗排水、離子交換器反洗分層與正反洗排水，用于循環水補水、脫硫工藝用水、卸儲煤裝置用水，在節約用水的同時，還可減少裝置廢水外排量，降低污水處理負擔，減少廢水處理設備的投入、運行和維護費用。

全面發揮各單元成本費用管控工作的主觀能動性，從能源、物料和化學藥劑單耗出發，對標生產運行指標，優化工藝運行條件，做好成本費用預算管控規劃，最大程度降低制水成本，實現利益的最大化。

3.2 經濟性分析

脫鹽水裝置脫鹽水單位成本為9.6 元/t 左右，其中單位固定成本為1.8 元/t 左右，單位變動成本為7.8 元/t 左右。回收污水回用產水及高分鹽產水代替部分工業水，噸脫鹽水耗工業水可由最初的1.41t/t 下降為1.35t/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.5 元/t。合理調整運行操作，減少離子交換器的再生頻次及酸堿中和用量，噸脫鹽水耗酸可由原來的0.15kg/t 下降為0.086kg/t，噸脫鹽水耗堿可由原來的0.18kg/t 下降為0.1kg/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.15 元/t。合理優化運行操作，降低泵的啟停頻次，噸脫鹽水耗電可由原來的1.2kWh/t 降低為1.06kWh/t，脫鹽水單位變動成本可降低0.1 元/t。根據水質及時調整阻垢劑及非氧化殺菌劑用量，脫鹽水單位變動成本可降低0.05元/t，其它化學藥劑合計脫鹽水單位變動成本可降低0.05 元/t。初步估計脫鹽水單邊變動成本可降低0.85 元/t，每天生產脫鹽水約27000t，每天可節約成本2.3 萬元左右，每月可節約成本69 萬元左右，年節約成本828 萬元左右。

結論

影響脫鹽水制水成本的主要因素是工業水、循環水、電量消耗量，次要因素是反滲透阻垢劑、液堿氫氧化鈉消耗量及超濾膜元件、反滲透膜、樹脂、活性炭的更換頻次。

密切監測來水水質，合理優化運行條件，降低能源、物料及化學藥劑消耗量，回收污水回用產水及高分鹽產水代替部分工業水，脫鹽水單位變動成本可降低0.85 元/t，年節約成本828 萬元，具有很好的環境效益和經濟效益，為企業提高市場競爭力提供了有效措施。