石化装置循环水场的技术改造

第24卷第6期石油化工技术与经济2008年12月Technology Economics in Petrochemicals石化装置循环水场的技术改造毛春屏(中国石化上海石油化工股份有限公司塑料事业部,200540)摘要:介绍了中国石化上海石油化工股份有限公司塑料事业部在循环水场节能改造中一些技术措施的应用情况,增设旁滤设施和改造冷却塔构件的措施具有良好的节水效果。探讨了变频技术对冷却塔水泵和风机的节电效果,改变药剂处理方式与工业循环水清洗处理方式对提高水的利用率和减小环境污染的意关键词;循环水场节能措施应用文章编号:1674-1099(2008)06-0043-05中图分类号:Tv991.41文献标识码:A国家“十一五”规划纲要中提出,到2010年环水场中的污水排放和新鲜水的补充量。目前,我国万元GDP能耗要降低20%,主要污染物排放为这种过滤目的而增设的旁滤设施所采用的成熟减少10%,并将其列为重要的约束性指标。上海技术主要有石英砂过滤技术和高效纤维过滤技是中国经济发展的龙头,能源消耗和污染物排放术,前者为传统技术,后者是近年来开发的新技的逐年递减目标,使“节能减排”任务日益艰巨。术,能减轻对周边环境和水体的污染,节约新鲜补中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称充水的耗量,但在水处理效果、装置占地面积、工上海石化)作为国内重要的石油化工生产基地,程造价、运行成本、水质和水量的稳定性及节水效每年除了完成上海市下达的综合能源消费量指标果等方面存在差异。以外,还要完成中国石化集团公司下达的万元产1.L.I石英砂过滤器和高效纤维过滤器的性能值综合能耗指标。因此,围绕“低成本战略”展开比较的节能减排工作已成为上海石化的一项重要任传统的砂滤器由于结构形式所限,对提高过务滤效率的贡献并不明显。虽然减小滤料砂的颗粒对上海石化塑料事业部在循环水场中开展的尺寸可增大其比表面积从而提高过滤效率,但在节能改造措施的应用进行分析,在充分依托现有减小滤料尺寸的同时既增大了滤层过滤水压头的设施基础上,通过一些成熟技术的应用,达到了降损失,也增大了滤料在反冲洗操作及过滤操作时低能耗、减少循环水场生产运行成本和节约费用流失的机会。因此,砂滤技术及其他颗粒状滤料的目的,为企业带来了可观的经济效益。过滤技术的过滤效率已受到限制。新型纤维束过滤技术采用软填料,即以纤维节水措施束作为滤元,其滤料单丝直径可达几十微米甚至近年来,随着水资源的日益紧张和水价的不几微米,属微米级滤料(砂滤料属毫米级),具有断上涨,石化企业的节水工作显得尤为重要。由比表面积大,滤层可压缩,堆积密度、过滤精度、过于循环水场系统的用水量一般占到企业总用水量滤阻力均可根据需要调整的特性,其滤层有序稳的60%左右故在确保该系统正常运行情况下节定,使用寿命可达15年以上。表1为高效纤维约用水,是节能的首要目标。目前,企业在循环水过滤器和石英砂过滤器的性能比较。场系统所采用的节水措施主要有:采用高效过滤中国煤化工器、高效收水器等新型节水设备,优化系统旁滤设CNMHG施和冷却塔局部构件;提高循环水浓缩倍数等。作者简介:毛春屏,女,1966年出生,1988年毕业于上海石油1.1循环水场增设旁滤设施化工高等专科学校高分子材料加工机械专业,工程师,长期在工业生产中,通常采用过滤技术来减少循从事投资项目管理工作石油化工技术与经济第24卷第6期44Technology Economics in Petrochemicals2008年12月表1高效纤维过滤器和石英砂过滤器性能比较造前相同时间内补水量约为18973×104m3,节项目高效纤维过滤器石英砂过滤器约补充水量45.85×10m3,折合水费约98万元过滤单元直径/mm<0.01加上节约水处理剂折合的药费214.54万元,合计过滤精度(浊度)/FTU取得效益为312.54万元(当时项目实际投入滤速/(m·h1)15~40110.32万元),项目的投资回报率相当好。截污容量/(kg·m3)1.2冷却塔局部构件改造过滤效率较高较低1.2.1冷却塔局部构件改造方案的制定滤料使用周期/a收水器是循环水冷却塔内部的重要构件之滤层密度可调可控性可调可控不可调2~3其填料降温性能如何直接影响到收水器的收自耗水量,%彻底不彻底水能力和冷却塔的冷却效果。上海石化塑料事业反洗效果(不存在跑料问题)(经常跑砂)部聚烯烃装置的循环水场在使用中存在冷却塔飘吨水造价较低较高水严重的问题,原因是冷却塔的收水器收水效果占地(制取相同水量)/m2不佳。为了改善这一情况,制定了如下改造方案从表1中看出,高效纤维过滤器与传统的砂首先在设计上考虑在原有收水器中再布置层改进型聚氯乙烯(PVC)填料,使其波形布置方滤器相比存在许多优势,主要表现为:占地面积向和原先填料的布置方向相反,以增加带有液态小;过滤的水水质好且稳定;自耗水量小;滤料寿水滴的气流流动惯性,从而形成更多水膜积聚成命长等。大水滴后再回落到冷却塔中。据专业厂家推荐,1.1.2增设旁滤设施方案的制定这种B0160-35改进型PVC收水器,片距从两种过滤技术的比较可以看出,新型纤维mm,高度160mm,具有组装刚度强、通风好和收束过滤技术具有明显的优点。因此,上海石化塑水率高等优点。料事业部聚烯烃装置的循环水场改造所增设的旁其次,对风筒进行改造,即在原风筒顶部加设滤设施方案最终确定选用GXGS型高效纤维过滤段高度为1.lm的风筒导流罩,主要目的是调器。该过滤器的过滤效率和截污容量大,对水中整出塔气流的运动速度和方向,使塔内气流更趋悬浮物的去除率接近10%,过滤后水质浊度符于平缓从而有利于挟带液态水滴的气流在收水合标准。纤维素滤元可以完全放松清洗,使过滤器片上形成水膜积聚,降低出塔气流的噪声。导性能不随时间衰减滤料使用寿命长,日常运行维流风筒的各单元片采用不锈钢螺栓连接,导流风护操作方便。筒的下口和原风筒也采用不锈钢螺栓连接,连接该循环水场改造方案除了增设2套高效过滤部位的外侧加设一对不锈钢钢质法兰,纵向加强旁滤设施外,还拆除了系统中原有的2套小规模筋和风筒压块,同时将原风筒下口法兰的混凝土自动清洗过滤器及部分旧管道和阀门,并同步进二次灌浆层清除干净后重新进行混凝土二次灌浆行土建、电气、仪表和配管的配套改造。通过增加处理,确保加设导流风筒后风筒的整体刚度强度这种高效过滤的旁滤设施后,滤除了循环水中的和稳固性。粉尘和软颗粒解决了循环水浊度不达标的问题,1.2.2冷却塔局部构件改造后的节能效果分析减少了每天近300t的污水排放,节约了新鲜水补该循环水场有四台Φ730mm冷却塔,每小充用量。时循环水量14000t,冷却塔轴线尺寸为160001.1.3增设旁滤设施后的节水效果分析mm×15800mm,现在日补充水量为2200t,日排这一新增旁滤设施建成投用后,不仅使循环污量为500t左右。如果不存在冷却塔飘水严重水水质得到改善(如从2007年初系统投用至引起中国煤化工的日补水量为:2008年8月的统计数据表明,其浊度合格率为CNMHG水量Q为99.9%,平均为3.6FTU,达到设计要求),而且节Q=K×△t%x循环水量(1)水效果明显。根据数据统计,改造措施投用至今式中:K为与昼夜平均环境温度有关的因子19个月,累计补水总量约143.88×104m3,而改△t为冷却水温差第6期(2008)毛春屏.石化装置循环水场的技术改造现设全年昼夜平均环境温度为8℃,(1)式则当水泵的转速改变时,扬程特性随之变化,管阻中对应的K值取0.1,△t=4℃;特性不变。当转速下降时,扬程特性曲线下降为那么,四台冷却塔正常蒸发损失水量为0.1曲线④,管阻特性曲线仍为曲线②,工作点移至4%×14000×24=1344t/d;C,轴功率与面积OECH成正比,节省的功率耗损正常运行时飘逸的水量应为总循环量的与面积HCBF成正比。也就是说,流量正比于转0.01%,故正常飘逸水量为0.01%x14000×24速,轴功率与转速的立方成正比。33.6t/d。(2)正常日补水量应为:500(日排污量)+阀门关小1344(正常蒸发水量)+33.6(正常飘逸水量)=1877.6d,与现在实际补充水量2200td相②2一阀门全开比,存在322.4t/d的差异,也就是说每天有额定转速322.4t的循环水被浪费了。因此,该改造措施实施后,可以降低冷却塔的转速下降飘水损失量,使收水器达到正常收水效果,减少322.4td的补充水量。如果循环水按2元/t计算,每天可节约水费644.8元。在全年平均气象条件下运行,每天可节约成本800元。这一改造措施投资额为84.8万元,每年实际运行时间按300d计算,应用3~4年即可收回投资;与此同图1水泵的特性曲时,由于减少了水滴飘逸和降低了噪声,能满足环从表2(水泵的流量、扬程和轴功率关系)可境保护和职业卫生的达标要求。见,当水泵处于不饱和运行状态时,如果转速由100%下降至50%,其转速平均每下降10%,轴功2节电措施率平均下降17.5%。如果在水泵的流量、扬程损在工业循环水冷却系统中,过去水泵流量控失不低于80%的情况下,利用变频技术使水泵转制很少釆用转速控制方式,多是由鼠笼式异步电速调低10%左右,则其轴功率至少下降20%,存机拖动,进行恒速运转。当需要调节流量时,采用在较大的节能空间。的办法是调节挡板或节流阀。这种控制虽然简表2水泵的流量扬程和轴功率关系单,但却不够节能。随着技术的发展,现在变频节频率/Hz转速,%流量,%扬程,%轴功率,%能技术的应用已非常成熟,它的好处是节电率很高,几乎能将因设计冗余和用量变化而浪费的电能全部节省下来。51.202.1变频技术节能原理变频器能根据装置对循环冷却水的要求变化相应调整风机、水泵电机的转速,从而减少这些电机从电网上吸收电能。其节能原理是通过调节风12.50机、水泵的电动机转速来代替调节挡风板或节流2.2变频调速节能方案的制定阀的流量。从上海石化塑料事业部一期循环水场的实践以水泵为例(见图1),设水泵流量由QA减可知,由于缺少调节手段,在受到季节和生产工艺小为QB,若采用关小阀门的手段来实现管阻特影响中国煤化工时会出现开一台水性将变为曲线③,而扬程特性仍为曲线①,故工作泵不CNMHG象;另外,由于水泵点由A移至B。此时,流量减小,扬程从HTA增电机在工频恒速运行状态下受电网谐波、电力损加为HTB,轴功率与面积OEBF成正比。若保持耗等干扰,实际运行电能的消耗比变频调速要高阀门开度不变,通过改变水泵的转速来调节流量,出10%~30%。石油化工技术与经济第24卷第6期46Technology Economics in Petrochemicals008年12月解决上述问题的有效方法是通过变频调速3其他节费措施及智能化在线远程监控技术对循环水场的风3.1改变工业循环水药剂处理方式机、水泵进行节能改造,这样不仅可以有效提髙3.1.1水处理药剂的种类风机和水泵的电机功率因数,实现系统自控恒循环冷却水在使用之后,水中的Ca2、Mg2压供水,使电机启动平稳,噪音减少,而且在节Cl等离子,溶解固体和悬浮物相应增加,空气中电的同时还能延长设备和管道的使用寿命,降污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料低维修费用3泄露等均可进入循环冷却水系统,使该系统中的因此,利用变频调速技术进行节能的方案可设备和管道腐蚀、结垢,造成换热器传热效率降以确定为:在循环水出水端安装一个温度传感器低,过水断面减少,甚至使设备管道腐蚀穿孔。为和一个压力传感器,当循环水出水温度高于温度解决工业循环水系统的结垢和腐蚀,必须进行正上限设定值时,变频器频率直接优先上调至上限规的工业循环水处理,而处理的有效方法是向水频率;当循环水出水温度低于温度下限设定值时,中添加水处理药剂。变频器频率直接优先下调至下限频率;当循环水水处理药剂包括絮凝剂、缓蚀剂、阻垢剂、杀出水温度介于温度下限设定值与温度上限设定值生剂、分散剂、清洗剂、预膜剂、消泡剂脱色剂整时,通过对循环水出水温度及温度上、下限设定值合剂除氧剂及离子交换树脂等其中缓蚀剂可起进行计算,控制变频频率无级调速,从而达到自动到控制腐蚀保护设备的作用;阻垢剂可防止结调节和监控水泵的运行状况。垢;杀生剂能防止微生物、藻类生成。2.3变频技术的节能效果分析3.1.2水处理药剂投加方式的改变以上海石化塑料事业部一期循环水场的冷却上海石化塑料事业部的聚烯烃循环水场,原水泵进行变频调节控制为例,该系统有6台冷却设计中化学处理采用的药剂类型为缓蚀阻垢剂水泵(电机功率132kW/台),实际运行中常开4分散剂等。杀菌灭藻采用氯化法,设有加氯棚及台。若这一改造项目的设计采用一套变频节能控操作室每班投加一次,一次投加量为5mgL,按制装置来调节监控水泵的运行则该节能控制装循环冷却水的回水余氯量维持在0.5-1.0mgL置包含4台变频器、2台软启动、人机界面、压力进行控制。余氯量小于0.5mgL,投加次数增及温度传感器配套电器控制柜及低压电器设备加操作管理困难而且降低了杀灭菌藻的效果;等。用4台变频器控制常开的4台水泵,这样的余氯量大于1.0mg/L,虽然增加了耗氯量,却没配置既保证了该系统非高峰时段的全变频调节使有明显提高杀灭菌藻的效果,而且加剧金属点腐用,又可最大限度避免人工/变频混用时的效率降蚀,对换热设备损害严重,同时污染周围水源和环低。按充分利用原有电仪线路,不增加高压电缆境。和扩容配电室的经济改造方式做费用估算,预计氯离子指标对循环冷却水处理的影响,主要该项目的投资额为100万元左右,1~2年即可收是限制了循环水浓缩倍数的提高,当氯离子含量回投资成本(见表3)。表3中全年设备运行时间超过国家标准时,系统循环水就不能再继续使用,按800来统计,全年水泵运行电量为132kW由此可见氯离子指标对节约用水具有制约作用。4台×8006=42200W,h;电费按060虽然液氯作为一种常规化工原料成本很低,但是元/(kW·h)计;水泵工/变频节能效率参照20%考虑到液氯在运输、储存和操作中存在安全管理、计算(变频调速装置本身的电能损耗因素已计人员特殊岗位培训及职业卫生、环保等问题,2007入)。如果将冷却塔风机的控制也纳入冷水泵变年中国石化已明令禁用液氯而是采用以氯为主频节能装置进行统一控制,则节能效果更为明显。要化学成分的固体添加药剂。3.1中国煤化工效益评估表3年变频技术的节能效果分析CNMHG年使用新型药剂的设备w3x0860007运输、人员特殊岗位培训职业卫生防护和安全管正常运行总电变频运行总电节电/节约电费/单价成本高出液氯近5倍,但对于节省液氯仓储水泵4.224x理措施费、消除操作安全隐患所带来的长远利益第6期(2008)毛春屏,石化装置循环水场的技术改造47和间接经济效益而言却是利大于弊的。3.2.2不停车清洗效益评估3.2改变工业循环水清洗处理方式通过每年一次的不停车清洗和清洗方案的不3.2.1不停车清洗方案的改进断改进,上海石化塑料事业部的循环水系统冷却上海石化塑料事业部共有6套生产装置,与水处理效果和水质都得到了明显改善,最大限度其配套的循环水系统有4个。要在提高浓缩倍数地避免了因受水质影响造成的设备损坏。以减少运行的前提下满足循环水处理能力与装置正常生次换热器设备因腐蚀内漏而造成的停车检修为产同步,确保换热设备的长周期安稳运行,是对循例,至少可节约因更换和维修1套换热设备及配环水管理和处理水平的考验。应用新药剂,不断管等所发生的费用约420万元,直接或间接效益改进水处理方式,每年对循环水系统进行不停车都非常可观。清洗是一种既不影响装置生产,又可以清除设备、管道表面的生物黏泥、浮锈、软垢等沉积物,改善结束语其换热效率的好方法。石化装置的循环水场节能改造措施可以针对不停车清洗可以根据各自的循环水系统特点循环水系统本身所要解决的不同问题而有所选灵活变动,原则是不影响装置生产,清洗后不产生择,一般根据循环水场现有设施的运行能力、处理腐蚀危害及二次沉积,所以,在选择药剂和pH值水量及温控条件、补水耗量、供电设施在利旧基础控制的尺度上尤为重要。上海石化塑料部的不停上的改造空间和节能减费指标等,可以采用上述车清洗方案经过四年多的不断摸索和改进,在循项或多项节能措施进行综合应用。上述循环水环水系统长周期运行方面取得了一定成效。场节能改造的措施应用表明,企业只要制定出经在不停车清洗过程中,大量污垢从设备、管道济、实用、可行和高效的循环水场节能改造方案,上被清除而游离到水中,若未及时分散并从系统再加以正确实施,就能为自己带来良好的投资收中排除,很容易由于自身的重力逐渐沉降在金属益和节能效益,并且在达到节能减排目标的同时,表面,反映为监测挂片、试管上腐蚀、黏附速率等为保护环境做出了企业应有的贡献。几项指标均不合格。所以,在后续的不停车清洗方案中,在黏泥剥离,尤其是分散剂的选择上又1陈国锋,刘凡清.纤维束滤料与均质石英砂滤料过滤效果的作了进一步改进,以阻止细小的金属盐类结晶比较[门].苏州科技学院学报(工程技术版),2007,(2):57和尘埃、泥沙微粒与微生物黏泥在水中碰撞、聚集、长大,并由于自身的重力,逐渐沉降在金属2周漠仁流体力学泵与风机[M.北京:中国建筑工业出版表面,又随着时间的推移,沉积物增多、增厚,将社,1985金属表面全部覆盖,在金属表面温度变化中演3干希兵,水泵调速节能技术在石化水厂的应用[J].石油化工技术与经济,2008,24(3):47-49变为硬而紧密的结垢,造成金属表面传热效果4徐悦妹。循环水系统不停车清洗方案改进[].洗净披术,显著下降4。2004,(1):57-61Technical Reform of Circulating Water Reservoir in Petrochemical PlantMao ChunpingPlastic Division, SINOPEC Shanghai Petrochemical Co, Ltd. 200540)ABSTRACTThis paper introduced the application of some technical measures in energy -conserving reform ofcirculating water reservoir in Plastics Division of SINOPEC Shanghai Petrochemical Co.. Ltd., and found thatadding side filtering facility and reforming the structural comp中国煤化 good water-singresult. It also discussed the power- saving result of convertCNMH Gwer water pump andblower, as well as the significance of changing agent treatment mode and industrial circulating water cleaningtreatment mode on the increase of water utilization ratio and reduction of environment pollutionKeywords: circulating water reservoir, energy reservation, measure, application