炼油项目循环冷却水处理设计*

陈越

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

炼油项目循环冷却水处理设计*

陈越

（中国寰球工程公司辽宁分公司，辽宁抚顺113006）

结合大炼油项目工程循环水场设计实例，从循环水补充水源、水场布置方式、浓缩倍数的取值、循环冷却水处理杀菌消毒方法确定及旁流水系统处理的设计等方面说明循环冷却水处理的设计理念。

循环冷却水处理；监测换热；旁流；浓缩倍数；缓蚀；阻垢

千万吨炼油、百万吨乙烯工程是中国石油抚顺石化公司依据“十一五”总体发展规划方案对抚顺石化公司原油集中加工、炼油结构调整技术改造的一个大型改扩建项目，由800万t/a常减压蒸馏、240万t/a延迟焦化、80万t/a汽柴油加氢精制、200万t/a加氢裂化、180万t/a柴油加氢精制、6万t/a制氢、50万t/a烃重组、硫磺装置及其相应的配套辅助生产设施和公用工程系统组成。工程总投资约13 742万元，针对石油二厂循环水场现状，考虑到原有及新建各个装置布局和生产发展的需要，依据对石油二厂循环水场进行“集中优化、分质、分压供水”改造的原则，优化方案为停运一、二、三、四、五、六、八水场，新建西循环水场及对七循环水场进行改扩建，全厂目前形成了二个循环水场，即西循环水场与七循环水场，并对系统管道进行调整，同时对不完善的生产设施进行改造，集中优化后，利于循环水系统的集中管理和控制，集中水处理、降低成本，提高供水效率，节省占地。根据总体与可研设计要求，以及全厂各个工艺装置及辅助装置对循环水量需要，西循环水场设计规模按33 000 m3/h设计。循环冷却给水温度t2=30℃、回水温度t1=40℃，冷却温差Δt=10℃。循环冷却水系统为敞开式，设计选用6间5 500 m3/h钢筋混凝土大跨距框架结构逆流式机械通风冷却塔，其配套风机为Φ10.06 m轴流风机。

1 循环冷却水处理系统设计

循环冷却水处理工艺流程的设计是根据热交换设备对污垢热阻和腐蚀率的要求，补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准，同时吸取了抚顺石化公司现有七循环水场成功的运行经验，通过方案比较后确定的。

1.1 设计参数

装置边界供水压力：0.45（G）MPa；

装置边界回水压力：0.25（G）MPa；

供水温度：30℃；

回水温度：40℃；

冷却温差：10℃；

浓缩倍数：≥4，本工程取5；

污泥热阻：（1.72～3.44）×10-4m2·K/W；

旁滤水量：3%～5%，本工程取4.85%。

1.2 循环水补充水的水质指标

循环水场补水水源采用生产给水系统、净水场补水系统及污水回用水系统共3种水源，其补充水质应满足《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007、《污水再生利用工程设计规范》GB50335-2002等相关规范对循环水水质要求，工程补充水源优先采用污水回用系统，不足部分则采用新鲜水系统及净水场预处理补水系统，补充水水质应确保新建循环水场循环水供水水质的要求[1-3]。补充水用水指标如下：

（1）污水回用水水质指标：pH（25℃）：7.0～8.5；悬浮物：≤10 mg/L；甲基橙碱度（以CaCO3计）：≤200 mmol/L；浊度：≤5 NTU；BOD5：≤5 mg/L；CODCr：≤30 mg/L；Mn2+≤0.2 mg/L；游离氯：末端0.1～0.2；铁：≤0.5 mg/L；钙硬度（以CaCO3计）：≤250 mg/L；石油类：≤5 mg/L；NH3-N：≤5 mg/L；Cl—≤250 mg/L；总磷（以P计）：≤1 mg/L；细菌总数：<1 000个/mL；溶解性总固体：≤1 000 mg/L。

（2）石油二厂的工业用水水源及净水场预处理补水系统为大伙房水库水，其浊度和藻类两项指标将随季节变化而变化。正常浊度＜10度，藻类＜10万个/L，水质数据如下（其中*号数字，1年中只出现几天）。

温度：4～20℃；pH：7.1～7.7；色度：10.9度；悬浮固体：6～450*mg/L；甲基橙碱度：1.2 mmol/L；总固体：138～582 mg/L；溶解固体：132 mg/L；总硬度：1.91 mmol/L；重碳酸盐硬度（以CaCO3计）：73.2 mg/L；游离CO2：7.9 mg/L；Cl—：4.38 mg/L；SO2-4：35.6 mg/L；SiO2：8.4 mg/L；PO3-4：0.015 mg/L；K+：2.6 mg/L；Na+：5.02 mg/L；NO-3：3.1 mg/L；Ca2+：26.1 mg/L；Mg2+：7.5 mg/L；总Fe：0.16 mg/L；Cu2+：0.01 mg/L；溶解氧：9.2 mg/L；Mn2+：0.12 mg/L；油：检不出；菌类8.5～825*万个/L。

1.3 循环冷却水的水质标准

循环冷却水的水质标准执行《工业循环冷却水处理设计规范》（GB50050-2007）标准。具体如下：

浊度≤10 mg/L；pH值：6.8～9.5；总铁≤1.0 mg/L；Cu2+≤0.1 mg/L；Fe2+<0.5 mg/L；Cl—≤700 mg/L；SO2与Cl—之和≤2 500 mg/L；硅酸（以SiO2计）＜175 mg/L；游离氯（循环水回水总管）：0.2～1.0 mg/L；石油类＜5 mg/L（炼油类为10 mg/L），CODcr≤100 mg/L。

1.4 循环冷却水处理工艺及设备选择

为了及时掌握冷却水处理动态指标并指导循环冷却水系统运行，除主工艺流程外，加药、消毒系统、监测换热器系统、旁滤系统作为循环冷却水处理的组成部分，其设备选择尤为重要。

1.4.1 工艺流程

来自各个生产装置的循环冷却回水，利用余压直接回冷却塔，经冷却塔配水系统均匀分布后，在冷却塔内自上而下进行气水换热降温，冷却后进入塔底水池至吸水池，水温由40℃降至30℃，后经循环水泵由吸水池吸水提升加压后进入循环冷却给水系统管网，用于供应工艺装置的各个换热设备的冷却用水。循环冷却回水则利用余压通过循环冷却回水系统管网返回循环水场，进行冷却换热。如此循环往复。

1.4.2 水场布置方式

根据总体平面规划，新建水场位置设于厂西北，该处地势为全厂区较为低洼地段，介于以往经验及“7.29”洪水所造成的危害及损失状况，本工程循环水泵房及冷却塔等构筑物均采用地上式结构布置，其布置方式即可减少土建费用，又可降低不可预见的自然危害。近期厂内一次大口径DN700生产给水管线爆管，造成对厂西建、构筑物水淹，而对在建水场影响较小，故根据不同地理位置，结合工程实际情况，选择不同的水场布置方式，即能满足相关规范对水场平面布置要求，又能满足水场工艺的需要。

1.4.3 加药、消毒系统

为了稳定水质，控制与降低循环冷却水流经的管道和热交换设备的腐蚀、结垢，控制微生物生长，以确保生产的正常运行，须向循环冷却水系统投加缓蚀阻垢药剂、分散剂、生物分散剂、多种杀菌剂（如次氯酸钠）、杀菌增效剂等，循环水处理药剂应根据试验或相似条件运行进行选择。为了方便对加药、消毒系统的统一管理、统一采购，将药剂成本费用降至最低，本工程参考相似运行条件（七循环水场加药系统，运行状况良好），采用加药消毒系统总承包的方式对循环水系统进行自动加药处理，以解决循环水系统存在的腐蚀、结垢及生物粘泥等问题。承包方采用其特有的专用药剂，一种按循环量，夏季每天4次，冬季每天2次，保证余氯0.3～0.8 mg/L达到8 h；一种为夏季每月2次，冬季每月1次冲击性投加；一种作为物料泄漏时冲击性加药，负责自动加药系统的日常运行、维护管理以及常规与非常规药剂投加工作，使自动加药系统的日常运行以及药剂投加过程全面受控，确保生产的安全进行；水质稳定处理的技术指标，水处理指标应达到《中国石油天然气股份有限公司司炼油化工企业工业水管理制度》和《中国石油天然气股份有限公司炼化企业循环水场达标考核理办法》的要求。

1.4.4 监测换热系统

循环冷却水系统在正常运行的过程中，采用必要的监测手段，以随时掌握循环冷却水处理的效果，并根据监测所得数据及时采取相应的措施，以期达到良好的效果。本项目中，为了及时掌握冷却水处理动态并指导调整加药配方，在循环水系统设置2套电加热形式的智能监测换热器，设于水场监测换热器室内，用以确定各循环水系统的结垢和腐蚀情况。根据监测的数据来评定循环水系统投加药剂的性能，调整循环水化学处理方案，确保循环水系统对装置中的换热器结垢和腐蚀控制在一定的允许范围，从而使生产装置的换热器得以长周期的稳定运行。满足对循环水系统模拟监测的要求，可构成完整的、独立运行的在线检测系统。

1.4.5 旁滤系统

根据《石油化工企业循环水场设计规范》SH301 6-1990、《工业循环水冷却设计规范》GB/T50102-20 03、《工业循环冷却水处理设计规范》GB50050-2007相关规范要求，其处理量通常为循环水量的3%～5%，本工程采用4.85%，系统的旁滤水量为1 600 m3/h。旁流水处理可以降低对补充水的水质要求，在满足浓缩倍数及高浓缩倍数的条件下系统能有效、经济地运行。可减少补水量、排污量，节约水源，减少对环境的污染。

旁滤设备采用节水型纤维束过滤器，因纤维滤料具有孔隙率高、孔隙分布合理和比表面积大等特点，而且滤速可高达20～85 m/h。由于纤维具有柔软性和可压缩性，故随着水流阻力的增大而逐渐被压缩，使滤料上层受力小、孔隙大，下层受力大、孔隙小，充分体现出纤维滤料纳污量大、过滤周期长的特点。纤维滤料过滤器通常需采用气水反冲，借助气体的搅动使截留的悬浮物与滤料分离，再随反洗水排出。纤维过滤器对悬浮物、铁、锰、微生物粘泥都具有良好的截留作用，其过滤精度高，通常出水浊度＜1NTU。

2 浓缩倍数N取值

浓缩倍数即循环冷却水的含盐浓度与补充水含盐浓度的比值。循环冷却水在系统运行过程中有蒸发损失、风吹损失和排污损失（包括生产中渗漏损失）3种水量损失，这3种水量损失的总和由补充水补给。系统运行达到平衡时，从系统排出的盐量等于进入系统的盐量，为防止设备产生结垢现象，循环冷却水的碳酸盐硬度应小于极限碳酸盐硬度。在补充水含盐浓度不变的情况下，如果降低循环冷却水的浓缩倍数（N），即降低循环冷却水的含盐浓度，就可以有效地控制系统结垢。但是，降低浓缩倍数，势必以增加排污量为代价，这样一方面影响环境保护；另一方面增加了补充水量，造成水资源的浪费。因此，不加限制地降低浓缩倍数是不经济且不合理的。

本项目中，根据补充水的水质指标、循环冷却水的水质标准，结合现有七循环水场实际运行经验（浓缩倍数已达到4.0），从节约用水、保护环境等因素考虑，将浓缩倍数取为5。

3 监测

3.1 水质监测

即时分析、了解循环冷却水处理的状况和效果，本系统设置了一些日常监测项目和非日常监测项目，详见表1。

表1循环冷却水水质监测项目Table 1Monitoring items of circulating cooling water quality

3.2 运行控制监测

本水场的运行控制监测，采用自动监测和人工化验监测相结合的原则，水场主要控制参数均在计算机屏幕上显示，以方便操作、管理。

4 结束语

因项目建设的特殊性（改扩建），水场建设区域内有部分原有设施在运，如原有八水场（服务于南催化装置等重要装置）短期内无法拆除，故在新建水场功能实施的同时，对待拆迁在运水场的循环水负荷如何切换至新建水场的方案、新老水场外部系统配套部分的功能衔接等诸多问题，在设计时都作了充分考虑，并在施工中得以实施，目前循环水场已投产运行6个多月，运行平稳，循环水各项指标均满足各生产装置对循环水使用的要求，为全厂各装置安全生产起到了至关重要的作用，为企业“节能减排”的生产目标作出了贡献。

[1]GB50050-2007，工业循环冷却水处理设计规范[S].

[2]SH3016-1990，石油化工企业循环水场设计规范[S].

[3]GB50335-2002，污水再生利用工程设计规范[S].

Design Philosophy of Circulating Cooling Water Treatment for Refinery Project

CHEN Yue

（China Huanqiu Contracting&Engineering Corporation Liaoning Branch Company，Liaoning Fushun 113006，China）

By combining the engineering design examples of recycle water field of large refinery project，the design philosophy of circulating cooling water treatment was introduced including supplementary water source of circulating water，water field layout，value of concentration multiple，circulating cooling water disinfection and side stream treatment.

Circulating cooling water treatment；Monitoring of heat exchangers；Side stream；Cycle of concentration；Corrosion inhibition；Scale inhibition

TE 685

A

1671-0460（2010）02-0165-03

2010-03-02

陈越（1966-），女，辽宁抚顺人，工程师，主要从事给排水及消防设计。E-mail：cpecy007@163.com，电话：0413-7593763。