工业冷却循环水系统节能与环保探讨

文_马健 朱玉 顾红波 浙江省环境科技有限公司

现阶段我国循环水用量已经占据工业总用水量70%，能耗占比也超过70%，且排放循环冷却废水量较大，极大影响企业运行成本，成为能源主管部门和生态环境主管部门关注的重点问题。“力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”是国家做出的重大战略决策，石油化工行业在这一决策背景下将面临重大挑战。目前，我国石油化工行业冷却循环水系统普遍存在能耗高、污染物排放量大等问题，因此做好工业冷却循环水系统节能与环保工作便显得极为迫切。

1 目前石油化工企业冷却循环水系统节能与环保应用现状及存在问题

结合实际来看，科学合理的石油化工企业冷却循环水系统节能与环保应用，可以切实节约石油化工企业非必要成本开支，更对环境保护有着十分重要的促进作用。目前，我国石油化工企业冷却循环水系统节能与环保应用多是围绕冷却塔来实现，冷却塔本身存在缺陷性特征比较突出，如其开放式运行过程，暴露在空气中，随时间推移所聚集废弃物便会不断增多，此类废弃物必然会拉低冷却水运行效率，尤其流速较低区域，一旦油残渣堆积现象，不仅会减低系统运转效率，甚至会引发设备故障问题，循环排污水排放量较大，增加污水站负荷，同时也会损害周边生态环境并增加后续修理维护成本。

1.1 水垢及污垢问题

石油化工企业冷却循环水系统存在问题相对较为典型，如冷却水循环系统运行时，水垢从形成到沉淀过程一直存在，水垢堆积会致使整个水循环效率受阻。与此同时从水循环装置到冷却塔，若缺乏完备的防护机制，系统运转过程便会逐渐产生污垢，这类污垢问题会直接导致水塔堵塞风险大幅升高，直接影响冷却循环水系统节能效益，继而也会对周边生态环境造成较大负面影响。

1.2 管道腐蚀及菌藻现象

腐蚀现象也是目前我国石油化工企业冷却循环水系统存在主要问题之一。冷却水运行时水体长期接触设备，便会引发腐蚀；腐蚀问题一旦出现，整个设备检测维护难度就会变大，所以关注腐蚀检测十分必要，这也是优化冷循环水系统节能效益、提升其整体环保性的关键举措。除此之外，菌藻作为冷却水运行期间必然会产生的异物，菌藻会导致冷却水浑浊，若长时间未作有效清理防护，会引发循环装置阻塞故障，影响冷却循环水系统节能功耗同时对区域生态环境也会造成极为负面的影响。

1.3 循环冷却系统排污水问题

循环冷却系统运行一定时间后，因蒸发或自然损耗等原因，冷却水中盐分浓度升高，极易导致设备结垢及腐蚀现象，降低传热效率，需定期排放一定量废水，目前随着国家相关行业污染物排放标准的发布及执行，该类废水已纳入污水管理，不得直接排入环境，工业企业污水站运行负荷及运行成本大幅增加，同时也增加了企业污染物总量购买成本。

2 冷却循环水系统节能和环保优化改进策略

2.1 应用水轮机改造节能提升系统生态环保效应

根据调查，目前较多企业采用水轮机改造来达到提升系统生态环保效应的目的。水轮机改造技术即改变冷却塔风机驱动模式，将原本电机驱动改为循环水回水余压驱动，以此来降低冷却塔风机电能损耗，对处于高位用冷却水装置的循环水系统形态而言，化工装置会因此生成较大回水压力，回水余压升高，冷却塔风机便会随之驱动，可降低电机能耗，最终起到节能降耗的效果。结合实际来看，该技术方法在直接降低电能损耗、维系周边生态平衡方面作用显著，但与此同时也需要注意，水轮机经改造后，冷却塔驱动力源自循环水系统回水余压动能，可回水余压动能与水泵机械能直联，所以水轮机改造本质上可看作是将水泵机械能转化为冷却塔风机动能，且过程中还涉及到回水动能转化，因此两次转化途中，能量损耗不可规避，一旦冷却塔出现故障，维修成本也会随之增加。总体来看，应用水轮机改造节能有一定可行性，但该技术仍然有待继续更新完善。

2.2 通过叶轮切削实现冷却循环水系统节能和环保优化

通过叶轮切削实现冷却循环水系统节能和环保优化，即对冷却循环水系统水泵叶轮边缘做适度切削，以减低水泵出力来控制扬程、流量，水泵运行期间能耗便会因此而逐步降低，系统运转生态化特质也会得以有效展现。该技术方法虽然原理、操作上都较为简便，但在适用性上也有一定局限，部分化工企业早期水泵选型明显过大时，便可选取此方法，直接对叶轮切削。同时需注意，切削后不仅水泵运行效率会有一定程度的下降，且水泵、循环水系统匹配程度可能会因此而受到一定影响，会出现能耗增大的可能，所以选择应用该方法必须遵循“全面调研、谨慎选择”的原则。

2.3 利用闭路循环水系统促进冷却循环水系统节能和环保优化

利用闭路循环水系统促进冷却循环水系统节能和环保品质，即发挥闭路循环水系统冷却水无法与外部直接接触的优势，可切实规避空气中杂质进入循环水系统内部。以某循环水场闭路循环改造为例，该水场原本有开始凉水塔，处理量4000m3/h，占地规模为720m2，框架结构由钢筋混凝土组成，其中风机直径达到8m，风机功率为180kW，冬季时的进塔水温为16℃，到夏季便达到40℃，冬季出塔水温为12℃，夏季出塔水温达到33℃。开式凉水塔运行期间，水质整体相对偏差，换热性能也较弱，严重影响装置正常运转效率，故障风险无法预控，尤其夏季时，热效应对周边区域生态也产生较大不良影响。经过闭路循环水系统改造后，结垢问题明显改善，水质得到有效优化同时，夏季进出塔水温也得到不同程度的降低，进一步促进了该系统装置稳定运行效益，节约能耗同时达到保护周边生态环境的目的。

2.4 通过改善循环水进水水质降低能耗及减少排污量

我国石油化工企业循环水主要采用工业自来水厂，其特点为水质含盐分高、价格偏低、易结垢，目前已有部分企业采用生活自来水水源用于循环水系统。以浙江东部某聚氯乙烯生产企业为例，该企业采用生活自来水水源用于冷却循环，补水水质中电导率及盐分浓度较低，电导率基本小于70μS/cm，较低的电导率及盐分可有效减少管道腐蚀及结垢现象，降低能耗，延长设备使用时间，同时提高冷却温度控制的精确性，循环水浓缩倍数可达到8～9倍，大幅降低了循环冷却废水排放量，有效降低企业的污水运行成本以及污染物总量购置成本。

3 结语

综上所述，通过对工业冷却循环水系统节能与环保探讨分析，因地制宜合理选择最适宜的节能环保改造技术方法至关重要。如，应用水轮机改造节能提升系统生态环保效应、通过叶轮切削实现冷却循环水系统节能和环保优化、利用闭路循环水系统促进冷却循环水系统节能和环保品质、改善进水水源降低循环冷却水排污量并降低能耗等，充分了解不同技术方法的优势特征和适用性，科学选择，方能确保工业冷却循环水系统节能与环保效果完全达到预期，这也是我国广大石油化工企业得以形成可持续发展模式的关键路径。