胡 雍，劉 偉，劉國富，劉鳳茹，高 勇

（中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113008）

中國石油撫順石化公司是我國煉油工業(yè)的“搖籃”，是集“油化纖塑洗蠟”為一體的大型石油化工聯(lián)合企業(yè)。

“十一五”期間，按照集團(tuán)公司整體發(fā)展戰(zhàn)略和股份公司提出的“做精做優(yōu)煉油、做強(qiáng)做特化工”的原則，努力建成煉油大而有特色，化工專又有規(guī)模，技術(shù)先進(jìn)、特色鮮明、競爭力強(qiáng)的“千萬噸煉油、百萬噸乙烯”世界級煉化生產(chǎn)基地，實施“ 千萬噸煉油結(jié)構(gòu)調(diào)整”工程，形成東、西部兩大集中生產(chǎn)區(qū)域， 實現(xiàn)煉油與化工合理匹配， 生產(chǎn)企業(yè)分布區(qū)域由四區(qū)六地減為二區(qū)三地， 改變了裝置分散、流程長、互供量大、費(fèi)用高等狀況；淘汰 220萬t/a小煉油裝置，初步實現(xiàn)了“大規(guī)模、短流程、高附加、低成本、一體化”目標(biāo)。

1 采用無磷環(huán)保水處理技術(shù),提高濃縮倍數(shù),實現(xiàn)節(jié)水減排

1.1 采用無磷環(huán)保水處理技術(shù)、滿足提高濃縮倍數(shù)和可持續(xù)發(fā)展的需要

撫順石化擴(kuò)建80萬t/a乙烯工程（以下簡稱烯烴廠）共有兩套循環(huán)水系統(tǒng)，總循環(huán)量10.5萬m3/小時，為滿足節(jié)水、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求，循環(huán)冷卻水采用新型綠色無磷水處理方案，克服了傳統(tǒng)水處理劑的弱點。水處理藥劑應(yīng)用更加安全、費(fèi)用節(jié)約和環(huán)境保護(hù)具體參數(shù)詳見表1。

表1 第一、二循環(huán)水場基本情況Table 1 The basic situation of No1 and No2 cooling circulating water plants

納爾科公司2004年最先在中石油4個萬t噸以上循環(huán)量的循環(huán)水場使用全無磷的水處理方案， 吉林安治公司2008年開始在中石油4個t噸以上循環(huán)量的循環(huán)水場使用全無磷的水處理方案，兩家公司均有著豐富的全無磷的水處理運(yùn)行經(jīng)驗。

2012年10月在撫順石化擴(kuò)建80萬t/a乙烯循環(huán)水系統(tǒng)上進(jìn)行無磷水處理藥劑處理應(yīng)用試驗。使用運(yùn)行中水處理各項指標(biāo)均優(yōu)于GB50050-2007《循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》要求，達(dá)到中石化現(xiàn)場監(jiān)測指標(biāo)“很好”的評價級別。應(yīng)用結(jié)果見表2。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)采用綠色無磷方案，循環(huán)水在濃縮倍數(shù)大于5條件下穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果及循環(huán)水水質(zhì)數(shù)據(jù)均達(dá)到并優(yōu)于國標(biāo)規(guī)定的要求。沉積速率和腐蝕速率均明顯優(yōu)于石化公司的限定指標(biāo)。在保證循環(huán)水系統(tǒng)安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行的同時還滿足了環(huán)保排放要求，清洗、預(yù)膜期間置換排污水除了初期色度、懸浮物較高需污水場處理外，后期排水可以直接排放或經(jīng)過簡單處理后回用，減少了環(huán)境污染。在系統(tǒng)運(yùn)行 7個月后，正逢檢修，打開生產(chǎn)設(shè)備的碳鋼、不銹鋼和銅合金換熱器等，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不結(jié)垢、不腐蝕，有效地保證了循環(huán)水系統(tǒng)穩(wěn)定、安全和高效運(yùn)行，保證了裝置的正常生產(chǎn)。

表2 第一、二循環(huán)水場水質(zhì)數(shù)據(jù)Table 2 The water quality data of No1 and No2 cooling circulating water plants

2 冷卻塔平面布置和選型充分考慮節(jié)能、節(jié)水

在冷卻塔平面布置、冷卻塔本體設(shè)計時充分考慮到運(yùn)行時的能耗非常重要。針對本項目的技術(shù)特點，通過考慮濕熱空氣回流對冷卻塔的熱力性能造成的影響，冷卻塔設(shè)備各部件及整體的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了冷卻塔平面布置合理，冷卻塔本體氣流流場流線化、低能耗運(yùn)行、超低飄水損失。現(xiàn)對設(shè)計中現(xiàn)對設(shè)計中節(jié)能降耗部分綜述如下：

2.1 冷卻塔背靠背一列布置，減少濕熱空氣回流對塔群熱力性能的影響

由于受全廠總圖平面布置影響，一、二循占地面積非常緊張，無法采用傳統(tǒng)的單列布置形式。以一循為例，可選擇的布置方式為：一種為3列布置，每列4臺，另一種為1列背靠背布置。經(jīng)過從類似工況的實塔測試總結(jié)的經(jīng)驗公式詳細(xì)計算，采用多列布置的小氣候影響較大，且占地面積較大，濕熱空氣回流將對冷卻塔的熱力性能影響大，最終選用濕空氣回流影響較小的背靠背一列布置形式，并且將進(jìn)風(fēng)口濕球溫度向上修正0.2 ℃。

2.2 優(yōu)化冷卻塔整體設(shè)計，節(jié)能降耗，防凍防凝

優(yōu)化節(jié)能設(shè)計、節(jié)約風(fēng)機(jī)能耗、降低水耗。

冷卻塔的風(fēng)機(jī)能耗主要取決于填料的熱工性能、塔體阻力、風(fēng)機(jī)全壓效率、風(fēng)機(jī)配置、動能回收型風(fēng)筒的應(yīng)用等。在保證設(shè)計工藝要求的前提下，充分考慮以上影響冷卻塔能耗的關(guān)鍵因素，采取一系列有針對性的節(jié)能設(shè)計，可使風(fēng)機(jī)系統(tǒng)長期在低能耗下運(yùn)行。

a.采用高效填料、改進(jìn)噴頭、優(yōu)化塔體設(shè)計降低塔體阻力

在同等換熱量的前提下，填料的熱工性能越好所需要的風(fēng)量就越小。設(shè)計采用的 IC-A型薄膜填料具有比表面積大，有效延長了淋水時水滴在填料段的停留時間，水氣熱交換更加充分的優(yōu)點。

b.采用高效風(fēng)機(jī)、曲線型動能回收型風(fēng)筒達(dá)到節(jié)能目的

設(shè)計工況下， Howden風(fēng)機(jī)效率高達(dá)90.7%，能耗更低。通過采用全壓效率較高的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)軸功率由國產(chǎn)的 164.3 kW，降低為 Howden風(fēng)機(jī)的153.7 kW，節(jié)能效果明顯。

c.優(yōu)化節(jié)水設(shè)計 節(jié)約水耗

在冷卻塔中，蒸發(fā)損失和排污損失由冷卻塔熱力性能、外界氣象條件、循環(huán)水濃縮倍數(shù)等因素決定，通過采用專利技術(shù)的SJ型高效低阻加筋弧形收水器，飄水損失可達(dá)0.001%以下，極大的提高了設(shè)備的收水效率。

針對冷卻塔進(jìn)風(fēng)口處容易產(chǎn)生嚴(yán)重的淋水外濺現(xiàn)象，一循冷卻塔從設(shè)計上采取進(jìn)風(fēng)側(cè)，填料梁底部采取內(nèi)斜角處理并設(shè)有導(dǎo)流板，防止產(chǎn)生壁流水外延（特別是冬季風(fēng)機(jī)關(guān)閉時）；進(jìn)風(fēng)側(cè)水池頂層梁采取下沉500 mm，循環(huán)水浸泡頂梁的設(shè)計，避免淋水撞擊橫梁產(chǎn)生的飛濺：塔下水池池壁外擴(kuò) 1 500 mm，防止淋水受外界氣流影響灑向塔外：同時設(shè)置進(jìn)風(fēng)口側(cè)面導(dǎo)流板，避免淋水被渦流帶出塔外等措施，徹底解決淋水外濺問題。

3 優(yōu)化污水場設(shè)計和運(yùn)行，實現(xiàn)污水資源化，提高污水回用率

根據(jù)“污污分流、分質(zhì)處理”的原則，結(jié)合進(jìn)入污水處理場的污水特性及回用要求，將進(jìn)入污水場的污水分為3類分別處理，即生產(chǎn)生活廢水處理單元（2501），清凈下水處理單元（2502）、反滲透濃水處理單元（2503）。

3.1 優(yōu)化污水場工藝流程設(shè)計，提高水重復(fù)利用率

污水處理場在設(shè)計之初就對各生產(chǎn)、輔助裝置排水鹽平衡進(jìn)行核算，并參照各裝置排水綜合指標(biāo)，對系統(tǒng)流程進(jìn)行了優(yōu)化。含鹽量較低、污染物濃度較高的生產(chǎn)污水進(jìn)入2501單元進(jìn)行處理；含鹽量較高，污染物濃度較低的循環(huán)水場排污水進(jìn)入 2502單元進(jìn)行脫鹽處理。由于兩套系統(tǒng)產(chǎn)水混合后，混合水含鹽量仍無法滿足作為循環(huán)水場補(bǔ)水的水質(zhì)要求，在流程設(shè)計上又考慮了將2501單元產(chǎn)水分100 m3/h進(jìn)入2502單元處理，盡最大可能提高污水回用量，減少外排污水量，提高水重復(fù)利用率，2013年污水場共計回用污水54.989 3萬t。

3.2 開源節(jié)流，做好裝置開工期間污水回用工作

3.2.1 接收裝置開工期間沖洗水，實現(xiàn)回收利用

為節(jié)約水資源，從2012年5月份開始，污水處理場對各生產(chǎn)、輔助裝置開工期間沖洗管線、設(shè)備的污水進(jìn)行收集，并送到2501單元進(jìn)行處理，通過氣浮、多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器處理后，出水符合進(jìn)入循環(huán)水場要求，在開工期間共回用裝置沖洗水8.51萬t。

3.2.2 收集裝置開工期間酸洗鈍化水，實現(xiàn)廢水利用

丁二烯、聚丙烯、乙烯和低密等裝置相繼進(jìn)行酸洗鈍化，該污水氨氮、總磷較高。其中鈍化污水COD達(dá)到1 000 mg/L，但由于其主要成分為檸檬酸，可生化性好，較容易被微生物降解。因此對該污水的處理主要考慮脫氮除磷。為方便處理，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)，采用2503單元對污水進(jìn)行處理，引進(jìn)高效脫氮菌種，投加到SBR池，進(jìn)行污泥培養(yǎng)、馴化，然后對儲存的高濃度酸洗鈍化污水進(jìn)行分批處理，投加氯化鈣去除總磷。處理后出水氨氮小于0.5mg/l，總磷在0.4~0.5 mg/L之間，水質(zhì)合格回用到循環(huán)水場，共回用污水1.89萬t。

4 優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計，實現(xiàn)分壓、分質(zhì)供排水，實現(xiàn)雨水資源化

烯烴廠地管包括給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分。給水設(shè)置有高壓生產(chǎn)給水、低壓生產(chǎn)給水、生活給水、循環(huán)冷卻水、穩(wěn)高壓消防水、回用水六個系統(tǒng)。排水設(shè)置有生產(chǎn)污水、生活污水、含鹽污水、循環(huán)水排污水、雨水、外排下水六個排水系統(tǒng)。

4.1 分壓供水，實現(xiàn)降耗增效

生產(chǎn)給水設(shè)置為高、低壓2個管網(wǎng)供水。低壓生產(chǎn)給水系統(tǒng)（DN700）向循環(huán)水供補(bǔ)充水，到循環(huán)水界區(qū)線處的水壓≥0.2 MPa(g)，循環(huán)水補(bǔ)水量在1 519~1 969 m3/h范圍內(nèi)（不考慮回用水時 ）。高壓生產(chǎn)給水系統(tǒng)(DN300)向裝置供生產(chǎn)水。該系統(tǒng)到各個裝置區(qū)界區(qū)線處的水壓≥0.4 MPa(g)。根據(jù)用戶壓力需求，將用水量較大的循環(huán)水補(bǔ)水采用低壓供水，實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

4.2 分質(zhì)供排水、實現(xiàn)雨水回收利用，節(jié)能減排

在管網(wǎng)設(shè)計過程中要求各裝置排水做到清污分流，污污分流。各裝置區(qū)內(nèi)生產(chǎn)過程中排出的生產(chǎn)污水與雨水分開，用單獨系統(tǒng)收集和排放。有污染的生產(chǎn)裝置劃分污染區(qū),并將污染區(qū)的初期污染雨水與后期清凈雨水進(jìn)行切換。初期污染雨水送到污水場處理，后期清凈雨水和廠區(qū)非污染區(qū)的清凈雨水收集到全廠11 000 m3的清凈雨水池，雨水作為輕度污染的水資源，經(jīng)簡單處理后回用于循環(huán)水場補(bǔ)充水。2013年回收雨水量約6萬t。

4.3 選用新型管材，實現(xiàn)安全、穩(wěn)定供排水，降低供水的成本

本項目在地管管材的選擇上進(jìn)行了新的嘗試，生活給水、含鹽污水系統(tǒng)管材為鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管，電熔焊接；生活污水管道采用聚丙烯（PPH）管材；雨排系統(tǒng)管道材質(zhì)為高密度聚乙烯（HDPE）纏繞增強(qiáng)管（B型），承插電熔焊連接。新型管材的使用可以保護(hù)飲用水免受污染，而且施工快捷，內(nèi)壁光滑，輸送阻力小，減少使用中能耗，連接可靠，不會滲漏因此經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益非常顯著。

5 全面DCS控制,提高水系統(tǒng)自動化控制水平，節(jié)能降耗

隨著計算機(jī)過程控制技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)石化企業(yè)自動控制水平的提高，DCS集散控制系統(tǒng)在石化企業(yè)公用工程系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。大大提高了生產(chǎn)自動化水平，通過實施DCS自動控制，使工藝參數(shù)達(dá)到給定值，使運(yùn)行控制精細(xì)化、提高運(yùn)行平穩(wěn)率，既可以節(jié)能降耗，又可以提高水處理效果。

5.1 應(yīng)用自動加藥監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)自動加藥

無磷方案相對于有磷方案，有著更高的控制要求，水質(zhì)控制區(qū)間更為窄小。為避免操作風(fēng)險和偏離操作區(qū)域帶來的不可逆負(fù)面影響，自動控制和監(jiān)控系統(tǒng)對高濃縮倍數(shù)無磷方案尤為重要［3］。自動加藥監(jiān)控系統(tǒng)可以自動在線監(jiān)測循環(huán)水的pH值、電導(dǎo)率、ORP(余氯)、腐蝕率及藥劑濃度的投加濃度，根據(jù)設(shè)定值，自動控制添加各種藥劑。

5.2 循環(huán)水質(zhì)在線實時監(jiān)控，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性

為了提高循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定控制平穩(wěn)率，在循環(huán)水場設(shè)計時，設(shè)置了循環(huán)水在線分析儀，工藝管理人員和操作人員根據(jù)在線儀分析數(shù)據(jù)及時進(jìn)行旁濾反洗、在線排污等操作調(diào)整，設(shè)置的在線分析儀有循環(huán)水余氯分析儀、TOC分析儀、監(jiān)測換熱器、ORP、循環(huán)水在線腐蝕率儀、循環(huán)水在線沉積率測試儀和循環(huán)水及補(bǔ)充水電導(dǎo)率儀。在線實時監(jiān)控系統(tǒng)解決了循環(huán)水因人工分析頻率低，分析數(shù)據(jù)滯后等影響操作調(diào)整的及時性和準(zhǔn)確性問題，并且在系統(tǒng)出現(xiàn)泄漏，發(fā)生低pH漂移等異常情況時可以快速反饋循環(huán)水質(zhì)的變化情況。為循環(huán)水系統(tǒng)高濃縮倍數(shù)下長期穩(wěn)定運(yùn)行提供充分的技術(shù)支持。保障了循環(huán)水場在高濃縮倍數(shù)下的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了循環(huán)水運(yùn)行管理的自動化水平。

5.3 設(shè)置系統(tǒng)攝像監(jiān)視系統(tǒng)，實施遠(yuǎn)程監(jiān)控

在各水泵房、冷卻塔、水池、硫酸間設(shè)置了工業(yè)攝像頭,引線進(jìn)入DCS系統(tǒng)。攝像頭可 360°轉(zhuǎn)角遙控,提高了水系統(tǒng)監(jiān)控水平。為水系統(tǒng)現(xiàn)場無人管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控,拓展了更大的發(fā)展空間。

6 下一部水系統(tǒng)優(yōu)化的思路

6.1 冷卻塔增設(shè)消霧設(shè)施，消除安全隱患、節(jié)能節(jié)水

北方的春秋、冬季節(jié)，此時由于環(huán)境溫度低或者環(huán)境濕度很大，冷卻塔內(nèi)的空氣與冷卻水經(jīng)過熱質(zhì)交換后，高溫高濕空氣排出塔外時被外界冷空氣冷卻，冷凝而產(chǎn)生很多液滴，形成冷卻塔羽霧。當(dāng)冷卻塔風(fēng)筒出口的羽霧很大時，使冷卻塔周邊道路能見度降低，地面濕滑，影響通行人員安全；會對其周圍區(qū)域的氣候產(chǎn)生變化，使得該區(qū)域空氣濕度增大，從而影響周邊南北總變電所的運(yùn)行安全；造成大量循環(huán)水的損失，增加循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用。所以從環(huán)境保護(hù)、節(jié)水、安全的角度，需要解決冷卻塔羽霧問題。

6.2 多措并舉，克服污水水質(zhì)復(fù)雜帶來的困難，提高污水回用率，實現(xiàn)環(huán)評要求

烯烴廠各生產(chǎn)裝置經(jīng)過近一年的調(diào)整運(yùn)行，生產(chǎn)狀況由頻繁波動逐漸步入正常階段，但丁苯橡膠裝置所排生產(chǎn)污水因工藝原因，排污水質(zhì)超出污水處理場設(shè)計進(jìn)水標(biāo)準(zhǔn)，污水處理場在現(xiàn)有流程基礎(chǔ)上，雖經(jīng)多次工藝調(diào)整，仍無法保證排水達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

6.2.1 對丁苯橡膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行預(yù)處理改造，實現(xiàn)環(huán)評要求

丁苯橡膠生產(chǎn)廢水中含有大量環(huán)狀有機(jī)物和低聚物，主要污染物為苯乙烯、甲苯、乙苯、苯甲醛、丁二烯、LAS (凝集劑——三烷基氯化銨、二腈二胺甲醛縮合物)等［4］，廢水氨氮、總磷、懸浮物、含鹽量等主要污染物濃度高，COD很難生物降解，B/C值低，是當(dāng)前石化行業(yè)難處理的生產(chǎn)廢水之一，裝置開車以來對污水處理場平穩(wěn)運(yùn)行影響很大，所以說，對丁苯橡膠生產(chǎn)廢水進(jìn)行水質(zhì)預(yù)處理改造是保證實現(xiàn)環(huán)評要求的必經(jīng)之路。經(jīng)實驗研究， “復(fù)合鐵鹽除磷+PACT法+電吸附脫鹽”的工藝路線適合丁苯橡膠生產(chǎn)廢水預(yù)處理改造，并且PACT法抗污染物沖擊能力、操作靈活性較強(qiáng)，可以根據(jù)污染物濃度的變化及時調(diào)整粉末活性炭投加量［5］，流程末端再增設(shè)一套脫鹽系統(tǒng)可以解決產(chǎn)水含鹽量高的問題。經(jīng)過上述改造，COD、總磷、氨氮、電導(dǎo)率四類污染物可以得到治理，污水處理場可以實現(xiàn)設(shè)計水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

6.2.2 深化東部水平衡，實現(xiàn)污水零排放

為減少撫順石化東部地區(qū)污水排放量，需對烯烴廠、新老電廠工業(yè)用水和排水進(jìn)行整合。電廠污水進(jìn)行“清污分流”后，全部送到烯烴廠污水處理場進(jìn)行處理。其中新老電廠中和池高鹽污水送到2502單元進(jìn)行脫鹽處理，其它低鹽生產(chǎn)、生活污水送到2501單元處理，兩個單元產(chǎn)水共同回用，預(yù)計滿負(fù)荷條件下，回用水量將達(dá)到600 t/h以上；反滲透濃水送回到電廠作為沖灰用水和脫硫脫硝用水，最終實現(xiàn)環(huán)評要求的污水“零排放”。

7 結(jié)束語

隨著國家節(jié)水減排的不斷推進(jìn)，要求企業(yè)生產(chǎn)成本越來越低，因此從根本上節(jié)約用水，減少排放，使有限的資源發(fā)揮最大的作用越來越重要。

對于石化企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)，可通過合理的控制濃縮倍數(shù)、做好污水回用、搞好循環(huán)水管理，可以達(dá)到減少新鮮水的消耗。污水回用等水處理新技術(shù)的應(yīng)用，使循環(huán)水質(zhì)更加多元化和復(fù)雜化，工業(yè)循環(huán)冷卻水處理也將面臨新的機(jī)遇和更大的挑戰(zhàn)，以科技創(chuàng)新為深入推進(jìn)節(jié)水減排工作的核心推動力，進(jìn)行工業(yè)水系統(tǒng)的整體優(yōu)化（污水整合及水資源優(yōu)化），全面提高水資源綜合利用率。通過自主創(chuàng)新、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新、集成創(chuàng)新等形式，突破節(jié)水技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)節(jié)水減排不斷登上新高度。

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