炼油企业循环水系统理论分析.pdf

第 3 9卷第 6 期 2 0 1 0 年 1 2月 当 代 化 工 C ont e mp or ar y Ch e mi ca1 I nd ust r y Vo1 39，No 6 De c em be r，2 01 0 炼油企业循环水系统理论分析 郭 宏山 (抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1)摘 要：对我 国炼油企业敞开式循环水系统给排水、盐度、浊度、C O D 等平衡进行 了理 论分析。结果表 明，循环水系统新鲜水消耗量高的主要原因是泄漏大、风吹损失高、旁滤反洗量大，导致浓缩倍数低；采用适 当控制措施后，可将泄露率降至 5 、风吹损失系数 降至 O 0 4 、反洗用水耗率降至 2，使系统补充水量得到显 著降低；鉴于循环水和补充水的水质要求，建议开发适应高浓缩倍数的药剂、新型旁滤及污水回用技术。关键词：循环冷却水；浓缩倍数；污水回用；节水；石油炼制 中图分类号：T E 6 8 5 文献标识码：A 文章编号：1 6 7 1 0 4 6 0(2 0 1 0)1 2 0 6 8 6 0 4 Th e o r e t i c a l Ana l y s i s o f Ci r c ul a t i ng Co o l i ng W a t e r S y s t e m i n Re fin e r y G p Ho n e-s h a h (F u s h u n R e s e a r c h I n s t i t u t e o f P e t r o l e u m a n d P e t r o c h e mi c a l s，L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 0 1，C h i n a)Ab s t r a c t：Wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e，s a l i n i t y，t u r b i d i t y a n d C OD o f t h e o p e n t y p e c i r c u l a t i n g c o o l i n g wa t e r s y s t e m in d o me s t i c r e fi n i n g e n t e r p r i s e s we r e a n a l y z e dTh e r e s u l t s s h o w t h a t t h e ma i n r e a s o n s t o r e s u l t i n t h e c u r r e n t s y s t e m t o n e e d a l a r g e q u a n t i t y o f f r e s h wa t e r s u p p l e me n t a r e l a r g e s y s t e m l e a k s，h i g h e v a p o r a t i o n l o s s，a n d l a r g e b a c k wa s h wa t e r i n s i d e fi l t r a t i o n s y s t e m，wh i c h l e a d i n g t o a r e l a t i v e l y l o w c o n c e n t r a t i o n mu l t i p l e o f t h e s y s t e m Th e a p p r o p r i a t e me a s ur e s c a n r e d uc e t he l e a ka g e r a t e t o 5 ，t he e va po r a t i o n l os s c oe ffi c i e n t t o 0 04 ，a nd ba c kwa s h wa t e r c o n s u mp t i o n r a t e t o 2 a s we l l a s m a k e s u p p l e me n t a r y wa t e r o f t h e c u r r e n t s y s t e m r e d u c e o b v i o u s l y Du e t o t h e q u al i t y r e q ui r e me n t s of c i r cu l a t i n g wa t e r a nd s u pp l e me nt a ry wa t e r,i t i s r e c omme n d e d t o d o t e c h nol o gy r e s e a r c he s f r o m t h r e e a s p e c t s a s f o l l o ws：d e v e l o p i n g t h e p h a r ma c y wh i c h c a n a d a p t t o t h e h i g h c o n c e n tra t i o n c i r c u l a t i n g wa t e r，d e v e l o p i n g n e w s i d e fil t e r p r o c e s s t e c h n o l o g y a n d r e u s i n g wa s t e wa t e r Ke y wo r ds：Ci r c u l a t i ng c oo l i n g wa t e r；Con c e n t r a t i on mul t i pl e；W a s t e wa t e r r e u s e；W a t e r-s a vi n g；Refin e ry 炼油企业循环水系统大多采用敞开式结构，目 前用于系统的新鲜水补充量约 占企业总消耗量 的 3 5 t 1。补充水量高的原因来 自于多个方面，如管 理和药剂水平差、系统泄漏严重、风冷塔风吹损失 高、旁滤处理效率低和反洗用水量大等。鉴于水资 源的日益短缺、节水减排和吨油耗新水指标定额的 需要，多数企业将降低循环水系统新水用量作为节 水的首要任务。对此，本文对敞开式循环水系统的 水量、总盐、浊度、C O D平衡进行 了理论计算，并 根据 现 有 状 况和 水 平进 行 了具 体 分析，在 此基 础 上，提出循环水系统节水的根本措施。1 敞开式循环水系统的平衡方程 1 1 流程 框图 现有敞开式循环水系统的流程见图 1。图 1 敞开式 循环水冷却系统流程框图 Fi g 1 Fl o w di ag r a m o f t he ope n t ype c i r cu l a t i ng c o o l i n g wa t e r s ys t e m R 一 循环水量；一 保有水量，m ；Q 一 旁滤处理量：Q#一 强制排污量；O 一 旁滤系统反洗水用量；Q 蒸发损失量；Q 一 管网漏失量；Q 一 风吹损失量；Qr系统补充水量。单位：m h。1 2 相关参数定义及对应关系 循环水系统相关参数有 8项，定义如下：口 一系统泄漏率，泄漏量占补充水量的百分 比；6 一风 吹损 失系数，风 吹损失 占循环水量 的百分 收稿 日期：2 0 1 0-1 卜1 9 作者简介：郭宏山(1 9 6 7-)，男，辽宁抚顺人，高级工程师，1 9 8 9 年毕业于大连理工大学环境工程专业，主要从事石油化工污水处理技术研 究工作。E-m a i l：g u o h o n g s h a n 2 0 0 3 1 2 6，t o m，电话：0 4 1 3-6 3 8 9 2 3 7。第 3 9 卷 第 6期 郭宏 山：炼油企 业循环水 系统理论 分析 6 8 7 比：广 旁滤处理率，旁滤处理量 占循环水量的百分 比；一强制排污率，排 污晕占补 充水 量的百分比；月 一 旁滤 反洗水耗 率，旁滤反洗水 占旁滤 水量 的百分 比：蒸发损 失系 数，1 ；f 一冷 却塔进 出水温度差，；循环水浓缩倍数，循环水盐含量 补 充水盐含量。相关参数与水量的对应关系如下：Q*c R (1)Q&c R (2)Q Q (3)Q =小Q (4)Q =七 At R (5)Q =b R (6)1 3 系统 平衡 及方 程式 建立 l-3 1 水量平衡 依 据水 量平 衡：Q补=Q吹+Q泄+Q o+Q 洗+Q强 排 代入相应关系得到补充水量与循环水量的关 系为：Q (6+k At+o n)(1 一 a 一 (7)1 3 2 盐平 衡 依据盐平衡：Q XC =(Q +Q 十 Q )C +Q C 得 到补充水与循环水盐含量及其浓缩倍数 关 系：C =C X 6(1 一 a 一 +(七 A t+b+c )(口+(什6+c )一(1 一 a 一 c n (8)_ 七 6+(a+C o n 6+(尼 什c )(口+(9)1 3-3 浊度平衡 设旁滤系统浊度去除率为，则补充水与循 环水的浊度关系为：C =C X(b+e )+(日+(At+c c 6)(k At+b+c )(1 O)1-3 4 C O D 平衡 设旁滤系统 C O D去除率为、循环水系统通 过药剂和生物氧化处理后 C O D被去除，则补充 水与循 环水 的 C O D关系 为：C c o D”=6+c +y)+(口+(k At+c-一 c 一 y)】(七 ，+6+)Cc o D循 (I 1)1 4 相关参数值的选取与分析 1 4 1 值 仅随企业的环境温度有关，取值见表 1。1 4 2f 值 f是反映循环冷却塔运行状况的综合指标，设计值一般为 8 1 0。但实际运行 中，由于 循环水设计量和系统保有水量裕度过大、冷却 塔泄露、布水不均匀以及填料不适合等诸 多因 素影响，使f 难 以达到设计值 J。经调查，目 前 运行 状况较 好 的企业 一般 可达 到 6 以上，个别较差企业仅为 3。表 1不 同环境温度下的 值 Tabl e 1 K v a l ue unde r di ffer e nt t e mpe r a t ur e 气温 C 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 K值 X1 0 c。8 1 0 1 2 1 4 1 5 1 6 1 4 3 a值 a 是反映循环水管道泄露的程度指标，与 管道的安装水平、腐蚀老化率有关。由于 目前 系统管网多数布置于地下，系统查漏和修补都 较为困难，a一般取值为 5 -1 5 。1 4 4 b值 b用于反映循环水在冷却塔风冷过程中的 飘逸损失，主要与冷却塔型式、气水比、风速、风 压、淋水 密度 等有 关。目前b值 一般 为 0 O 4 0 1。1 4 5 c 值 在循环水系统中，为避免悬浮物、胶体、浊度等累积造成生物粘泥加剧，一股采用砂滤 或纤维过滤对部分循环水脱浊度处理，使浊度 2 0或 3 0 m g L。目前 c值为 2 5。1 4 6 d值 d主要取决于系统的浓缩倍数。由于 目前 多数循环水系统设计峪度过大、风冷损失高、特别是伴随管网的泄露，要求保持系统盐和其 它物质平衡所要求的系统排污量很小。1 4 7 值 用于反映旁滤设备的反洗耗水水平，与 采用 的过滤工艺和过滤材料有较大关系。对于 传统过滤设备，因滤料利用率低、清洗效果差，z 一 般达 5 以上；而对 于纤 维束、流砂 过滤 器 等新型设备，值一般为 2 3 。1 4 8 N值 是反映循环水系统运行最重要的技术经 济指标。由于技术、设备、管理等方面的原因 导致 目前炼油企业浓缩倍数仅为 3 0左右，与 发 达 国家 的 4 5相 比差距 明显 J。1 4 9 值 是反映旁滤处理设备运行效率的状况指 标，一般为 5 0 6 0 。1 4 1 0 值 6 8 8 当 代 化 工 2 O 1 0 年1 2 月 在旁滤系统中，随着悬浮胶体、生物粘泥和浊 度的去除，将使循环水中的C O D 得到一定程度去除，卢值一般取 1 0 。1 4 I I ，值 循环水在循环过程 中，由于杀菌剂的氧化作用 以及经过冗长的管道、换热器和凉水塔所发生的兼 氧、厌氧和好氧生物氧化，使循环水 中的 C O D被部 分降低，值一般取 0 2 0 3 。2 典型循环水系统状况分析 2 1 泄漏率和风吹损失对循环水系统的影响 采用以上方程对某循环水厂泄漏率、风吹 损失对循环水系统的影响进行了模拟分析，相 关参数及计算结果详见表 2。表 2 泄漏率和风吹损失对循环水 系统 的影响结果 T a b l e 2 E ffe c t s o f l e a k ag e r a t e a nd e v a po r a t i o n l o s s o n t he c i r c u l a t i ng c o o l i ng wa t e r s y s t e m d，C*C C 劬 Q*d R 1 5 2 6 5 1 42 1 4 7 O 6 8 0 6 4 1 3 5 1 21 1 8 l 9 8 1 42 1 4 7 0 68 0 6 4 1 35 1 21 注：J【：O 0 0 1 4(1 )(2 0 )，A t-5 ，C=3 ，H=3 ，6=5 0 ，：1 0 ，y：O 2 表 2结果表 明：系统泄露率、风冷损失对系统 补充量影响较大；若保持系统稳定运行，补充水总 盐不宜大于循环水值的 1 、浊度不宜大于 1 5 6 倍、C O D不宜大于 0 6 8倍。2 2 旁滤系统水耗率对循环水系统的影响 采用以上方程对某循环水厂旁滤水耗率对 循环水系统的影响进行 了模拟分析，相关参数 及计算结果详见表 3。表 3 旁滤 系统反洗水耗对循环水系统 的影响结果 T a b l e 3 Ef f e c t o f ba c k wa s h wa t e r c o ns umpt i on on t h e c i r c u l a t i ng c o o l i ng wa t e r s ys t e m 注：J(=0 0 0 1 4 (1 t )(2 0)，f=6，b=0 0 8，a=l O，6=5 0，=1 0，y=0 2 表 3结果表明：旁滤处理量和反洗水用量对系 机导流系统、降低风阻和水压等，设法使风吹 统补充水量也产生较大影响。在旁滤处理率为 2 损失系数降低到 0 0 4 以下。的状况下，若保持系统稳定运行，补充水总盐不宜 3 3 降低旁滤系统反洗水耗 大于循环水值的 1 、浊度不宜大于 1 1 1 倍、C O D 鉴于 目前循环水旁滤系统反洗水耗高的问 不宜大于 0 6 3 倍。题，企业应结合水质状况，通过比选采用纤维 3循 环 水 系 统 的 节 水 措 施 惹 篙 3 1 降低泄露率 发，使之适用于高浓缩倍数的循环水处理中，鉴于管 网泄露是造成循环水系统补充水量大 降低对循环水水质的控制要求。的主要原因之一，企业应对管道系统采取有效的查 3 4 污水回用做补充水 漏、补漏和预防措施，将系统泄漏率控制在 5 以下。用净化处理后的污水回用做系统补充水是 3 2 降低风冷塔风吹损失 循环水系统节水的根本措施。风吹损失主要是风冷塔出 口空气 中携带的小 通过上面所述理论分析，结合 目前药剂对 水滴，应通过改造塔体及填料结构、提高淋水密度、循环水水质浊度 3 0 m g L、C O D 1 2 0 m g L的一 增加高效收水器、对塔壁防腐及堵漏处理、完善风 般性要求，将补充水浊度和(下转第6 9 2 页)懈 s O=兮 B 4 控 如 m 枷 0 9 据蝎 铋 鹏 位 m O 昕：m 伪 鹪 加 当 代 化 工 2 0 1 0 年 1 2 月 在选择脱硫方法的时候应考虑一下因素：(1)在天然气中，酸气的类型和各种酸性组 分的含量；(2)天然气处理量、压力、温度；(3)是否需要选择性地脱除某种酸气组分，从酸气中回收硫磺的可行性；(4)重烃和芳香烃在气体中的数量；(5)管输要求，下游加工工艺要求，以及销 售合同，环保等强制性要求等。3结束语 L N G原料气的预处理是关系到天然气液化装置 得以运行的前提，对于不同类型的 L N G厂，由于原 料气组分的差异和来源不同，其预处理方法、工艺 过程 以及预处理指标也不尽相同。而三甘醇脱水和 醇胺法脱硫相对于其他方法有巨大优势，在一般情 况的 L N G原料气预处理采用这种方法 比较实际有 效。参考文献：1 敬加强，粱光川，蒋宏业 液化天然气技术问答 M 北京：化学工 业 出版社，2 0 0 6 2 顾安忠 液化天然气技术 伽 北京：机械工业出版社，2 0 0 4 3 杨世铭，陶问铨 传热学 M 北京：高等教育出版社，2 0 0 6 4 白执松，罗光熹 石油及天然气无形预测 岫 北京：石油工业出版 社，1 9 95 5 冯叔初，郭揆常 油气集输与矿场加工 M j 山东：中国石油大学出 版社，2 0 0 6：3 7 4 0 (上接第 6 8 5 页)(1)油库罐区尽可能选择较低的地方布置油 罐，这样尽可能减小风速对浮顶油罐损耗 的影响；(2)油罐 内壁应进行光滑 以减少罐壁粗糙度 降低损耗；(3)采用密封装 置与罐壁的压紧程度更好的 密 封；(4)合理调度油品，改进油罐的收发操作，在 条件允许时尽可能减少油罐 中油品的周转次数和 发送油品高度在 1 8 II l 以上来减少回逆损耗；(5)严格控制罐内原油的加热温度，以降低油 品蒸气压，减少油量的损耗。(6)采用分子膜覆盖材料及配套技术 降低损 耗【。参考文献：1 马晓宇，费逸伟，佟丽萍 油品蒸发损耗控制的研究进展 油气储运，2 0 0 9，2 8(5)：1-4 2 郭光臣，董文兰，张志廉 油库设计与管理 M】东营：石油大学出版 社。1 9 9 4 3 张灯贵，王英波，鲍时付，等原油库的油品损耗及其控制 J】_ 油气 储运，2 0 0 5，2 4(3)：4 6 5 0 4 谭力文，敬加强，陈其 油罐区降低油品蒸发损耗工艺研究 J】油气 储运，2 0 0 8，2 7(4)：2 9 3 1 (上接第 6 8 8 页)C O D分别控制 3 0 m g L和 5 0 m g L 以下，回用做系统补充水是可行的。4 结论与建议 对炼油企业循环冷却水系统的理论分析表明，目前系统新鲜水补充量大的主要原因是泄露量大、风吹损失高、旁滤反洗水量大，最终导致系统浓缩 倍数偏低。企业应通过强化管理和技术进步等综合 措施，将泄露率降至 5 、风吹损失系数降至 0 0 4 、反洗水耗率降至 2 以下，提高系统浓缩倍数，降低 补充水 量。循环水系统给排水、盐、浊度和 C O D平衡结果 表 明，按 目前药剂对循环水水质浊度 3 0 m g L、C O D 1 2 0 m g L的要求，补充水浊度应控制 3 0 m g L 以下、C O D应控制在 5 0 m g L以下。建议对炼油污 水进行适度处理后回用做循环水系统的补充水。参考文献：1 郭宏山，林大泉 炼油厂用水与节水 J】石油炼制与化工，2 0 0 2，3 3 (3)：6 l。6 5 2 任秀珍，刘伟循环冷却水 系统浓缩倍数的管理 J _贵州化工，2 0 0 9，3 4(3)：4 8 5 1 3 李明玉 炼油企业节水减排技术与应用情况分析【J】石油炼制与化 工，2 0 0 8，3 9(7)：5 9 6 3 4 王丽莉，王新l 炼油污水回用中高效阻垢缓蚀剂的研究 J 应用化工，2 0 0 8 3 7(I O)：l l 4 7 1 1 5 O 5】马增国 胜利炼油厂循环水场节水减排措施探讨【J】齐鲁石油化工，2 0 0 9，3 7(2)：】3 3 】3 6